pdfcoffee com_soldagem-fundamentos-e-tecnologia-villani-modenese-bracarense-3a-ed-pdf-free

Prévia do material em texto

Universidade Federal de Minas Gerais
(teitor: Cléfio CampoSrta Diniz 
Wce-Rtitora: Rocksane de Carvalho Norton
Editora UFMG
Diretor: Wander Melo Miranda 
Vice-Diretor: Roberto Alexandre do Carmo Said
Conselho Editorial 
Winder Melo Miranda (presidente)
Ravio de Lemos Carsalade 
Hdocsa Marta Murgd Starfing 
Mirdo Gomes Soares 
Maria das Grafas Santa Bárbara 
Marta Helena Damasceno e SSva Megale 
Paulo Sífgio Lacerda Berio 
Roberto Alexandre do Carmo Said
Paulo Villani Marques 
Paulo José Modenesi 
Alexandre Queiroz Bracarense
SOLDAGEM
FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
3a edição atualizada 
1a reimpressão
BELO HORIZONTE | EDITORA UFMG 2011
Coordenação Editorial 
Assistência Editorial 
Editoração de texto 
Revisão e normalização 
Revisão de provas 
Atualização ortográfica 
Projeto gráfico 
Formatação e capa 
Produção gráfica
Danivia Wotff
EBane Sousa e Euciídia Macedo 
Ana Maria de Moraes 
María do Carmo Leite Ribeiro 
Alexandre Vasconcelos de Melo 
Karen M. Chequer e Daniel 10 Silva 
Paulo Schmidt 
Warren Maniac 
Warren Marüac
2005, Paulo Vtllani Marques, Paulo losé Modenesi, Alexandre Queiroz Bracarense 
©2005, Editora UFMG 
© 2007,2* ed. rev. e ampl.
© 2009,3* ed. atual.
2011, l*reimpr.
Este livro ou parte dele não pode ser reproduzido sem autorização escrita do Editor.
M357s Marques, Paulo Villani
Soldagem: fundamentos e tecnologia / Paulo Vilani Marques, Paulo 
José Modenesi, Ataundre Queroz Bracarense - 3* níçâo atuaüzada • Beto Horizonte:
Etftora UFMG. 2009.
363 p.1- (Didática)
Incfcn btfaSografta.
IS8N: 978-85-7041-7480
1. Soldagem. 2. Solda e soldagem. I. Modenesi, Paulo José.
II. Bracarense. Alexandre Queiroz. (II. Tttulo.
COO; 621.791
____________________________________________________________________________CDU: 621.791___________
Ficha catalogrifica elaborada pela CCQC - Central de Controle de Qualidade da CatalogaçSo da Biblioteca Universitária da UFMG
Editora UFMG
Av. Antônio Carlos, 6.627 - Ala direita da Biblioteca Central - térreo 
Campus Pamputha - CEP 31270-901 • Belo Horizonte/MG 
Tel.: +55 31 3409-4650 | Fax: +55 31 3409-4768 |edtora@ufmgi>r | wvweditora^ fmgJjr
SUMÁRIO
PREFÁCIO À PRIMEIRA EDIÇÃO 13
PREFÁCIO À SEGUNDA E TERCEIRA EDIÇÕES 14
APRESENTAÇÃO 15
PARTE 1 
FUNDAMENTOS DA SOLDAGEM
Capítulo 1 
Introdução è Soldagem
1. Métodos de união dos metais 17
2. Definição de soldagem 18
3. Formação de uma junta soldada 19
4. Processos de soldagem 21
5. Comparação com outros processos de fabricação 23
6. Breve histórico da soldagem 25
7. Exercícios 27
Capítulo 2
Terminologia e Simbologia da Soldagem
1. Introdução 29
2. Terminologia da soldagem 30
3. Simbologia da soldagem 36
4. Exercício 41
Capítulo 3
Princípios de Segurança em Soldagem
1. Introdução 43
2. Roupas de proteção 44
3. Choque elétrico 45
4. Radiação do arco elétrico 46
5. Incêndios e explosões 48
6. Fumos e gases 48
7. Outros riscos 49
8. Recomendações finais 49
9. Exercícios 50
Capítulo 4 
0 Arco Elétrico de Soldagem
1. Introdução 51
2. Características elétricas do arco 52
3. Características térmicas do arco 56
4. Características magnéticas do arco 57
5. Exercícios e práticas de laboratório 61
Capítulo 5
Fontes de Energia para Soldagem a Arco
1. Introdução 63
2. Requisitos básicos das fontes 63
3. Fontes convencionais 64
4. Fontes com controle eletrônico 72
5. Conclusão 79
6. Exercícios 80
Capítulo 6 ‘
Fundamentos da Metalurgia da Soldagem
1. Introdução 81
2. Metalurgia física dos aços 82
3. Fluxo de calor 88
4. Macroestrutura de soldas por fusão 92
5. Características da zona fundida 93
6. Características da zona termicamente afetada
7. Descontinuidades comuns em soldas
8. Exercícios e práticas de laboratório
98
100
112
Capítulo 7
Tensões Residuais e Distorções em Soldagem
1. Introdução 113
2. Desenvolvimento de tensões residuais em soldas 115
3. Consequências das tensões residuais 119
4. Distorções 121
5. Controle das tensões residuais e distorção 123
6. Exercícios 125
Capítulo 8 
Automação da Soldagem
1. Fundamentos 127
2. Equipamentos 130
3. Programação de robôs para a soldagem 133
4. Aplicações industriais 134
5. Exercícios 135
Capítulo 9
Normas e Qualificação em Soldagem
1. Introdução 137
2. Normas em soldagem 139
3. Registro e qualificação de procedimentos e de pessoal 141
4. Exercícios 145
Capítulo 10
Determinação dos Custos de Soldagem
1. Introdução 151
2. Custo da mão de obra 152
153
155
155
156
156
156
157
159
161
162
167
170
173
174
175
176
177
179
180
181
183
3. Custo dos consumíveis
4. Custo de energia elétrica
5. Custo de depreciação
6. Custo de manutenção
7. Custo de outros materiais de consumo
8. Considerações finais
9. Exemplo
10. Exercício
PARTE 2 
PROCESSOS DE SOLDAGEM E AFINS
Capítulo 11 
Soldagem e Corte a Gás
A-Soldagem a gás
1. Fundamentos
2. Equipamentos
3. Consumíveis
4. Técnica operatória
5. Aplicações industriais
B - Oxi-Corte
1. Fundamentos
2. Equipamentos
3. Consumíveis
4. Técnica operatória
5. Aplicações industriais
6. Exercícios e práticas de laboratório
Capítulo 12
Soldagem com Eletrodos Revestidos
1. Fundamentos
2. Equipamentos
3. Consumíveis 186
4. Técnica operatória 196
5. Aplicações industriais 202
6. Exercícios e práticas de laboratório 203
Capítulo 13 
Soldagem TIG
1. Fundamentos 205
2. Equipamentos 206
3. Consumíveis 211
4. Técnica operatória 214
5. Aplicações industriais 217
6. Exercícios e práticas de laboratório 217
Capítulo 14 
Soldagem e Corte a Plasma
Soldagem
1. Fundamentos 219
2. Equipamentos 221
3. Consumíveis 223
4. Técnica operatória 225
5. Aplicações industriais 227
Corte
1. Fundamentos 228
2. Equipamentos 228
3. Consumíveis 230
4. Técnica operatória 230
5. Aplicações industriais 232
6. Exercícios 232
Capítulo 15
Soldagem MIG/MAG e com Arame Tubular
A - Soldagem MIG/MAG
1. Fundamentos 233
2. Equipamentos 244
3. Consumíveis 248
4. Técnica operatória 252
5. Aplicações industriais 254
B - Soldagem com arames tubulares
1. Fundamentos 255
2. Equipamentos 256
3. Consumíveis 257
4. Técnica operatória 261
5. Aplicações industriais 261
6. Exercícios e práticas de laboratório 261
Capítulo 16 
Soldagem a Arco Submerso
1. Fundamentos 263
2. Equipamentos 265
3. Consumíveis 268
4. Técnica operatória 272
5. Aplicações industriais 275
6. Exercícios e práticas de laboratório 275
Capítulo 17
Soldagem por Eletroescória e Eletrogás
A - Soldagem por eletroescória
1. Fundamentos 277
2. Equipamentos 279
3. Consumíveis 281
4. Técnica operatória 283
5. Aplicações industriais 287 
B - Soldagem eletrogás
1. Fundamentos 288
2. Equipamentos 289
3. Consumíveis 289
4. Técnica operatória 290
5. Aplicações industriais 290
6. Exercícios 291
Capítulo 18 
Soldagem por Resistência
1. Fundamentos 293
2. Equipamentos 296
3. Técnica operatória 300
4. Aplicações industriais 304
5. Exercícios 306
Capítulo 19
Processos de Soldagem de Alta Intensidade
A - Soldagem a laser
1. Fundamentos 307
2. Equipamentos 309
3. Técnica operatória 310
4. Aplicações industriais 312
B - Soldagem com feixe de elétrons
1. Fundamentos 313
2. Equipamentos 313
3. Técnica operatória 314
4. Aplicações industriais 315
5. Exercícios 315
Capítulo 20 
Outros Processos de Soldagem
1. Soldagem por fricção convencional 317
2. Variações recentes da soldagem por fricção 320
3. Soldagem por explosão 323
4. Soldagem poraluminotermia 326
5. Soldagem a frio 329
6. Soldagem por ultrassom 330
7. Soldagem por laminação 331
8. Exercícios 333
Capítulo 21 
Brasagem
1. Fundamentos 335
2. Equipamentos 337
3. Consumíveis ' 338
4. Técnica operatória 346
5. Aplicações industriais 349
6. Exercícios 349
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR 
ÍNDICE ALFABÉTICO 
SOBRE OS AUTORES
351
353
3 6 3
PREFÁCIO À PRIMEIRA EDIÇÃO
Em uma era de constantes mudanças, quebras de paradigmas e crescente valorização 
do capital intelectual, a Universidade, através dos autores de Soldagem - fundamentos e 
tecnologia, transcende o conceito de Academia — baluarte da ciência pura — disponibili­
zando sólidos e modernos conhecimentos na área de soldagem. A tão cobrada e mencionada 
Responsabilidade Social está aqui perfeitamente demonstrada no pleno engajamento dos 
autores, pesquisadores renomados, difundindo ricos ensinamentos obtidos ao longo de 
anos de estudos e pesquisas.
Com este livro, busca-se uma forma mais abrangente de divulgação, acessível a toda 
a sociedade, ao contrário das apostilas, que possuem um público limitado e exclusivo.
A soldagem, tema caracterizado por alta complexidade, porém de importância e aplicação 
inquestionável em todos os setores da indústria, é aqui tomada fácil, de entendimento 
imediato, e perfeitamente ajustada às autênticas necessidades dos leitores. A sequência 
apresentada permite o entendimento do tema de forma gradativa e constante. Inicia-se 
pelos conceitos fundamentais e terminologias; introduz informações direcionadas sobre 
física do arco elétrico e eletricidade; define os equipamentos e dispositivos de soldagem, 
os riscos e a forma segura de operação. A metalurgia da soldagem é apresentada com uma 
linguagem clara e objetiva, permitindo a assimilação de sua dinâmica. O livro conclui a 
vasta caminhada pelos conhecimentos no assunto com uma ampla abordagem dos processos 
de soldagem. Todo o conteúdo é enriquecido com ilustrações de nítido caráter explicativo. 
As questões apresentadas ao final de cada capítulo permitem ao leitor avaliar o grau de 
entendimento e avançar além do texto, incitando-o a expor suas ideias.
A adequação desta obra à realidade é perfeita. No momento em que o mercado exige, 
de forma contundente, profissionais abertos ao aprendizado permanente, alertas para 
captar tendências ou inventar técnicas apropriadas para contornar riscos e aproveitar 
oportunidades, Soldagem - fundamentos e tecnologia toma-se um recurso inestimável 
para se atingir um nível de excelência, cumprindo o seu papel de difundir ideias com 
elevada eficácia.
Eng0. Helder Aguiar Neves
PREFÁCIO À SEGUNDA E TERCEIRA EDIÇÕES
No momento em que nosso país discute o Programa de Aceleração do Crescimento 
(PAC), lançado pelo Governo Federal, e começa a trabalhar com a perspectiva de 
resolver seus graves problemas sociais ancorado no crescimento da economia, é mais 
que oportuno o lançamento de uma nova edição de um livro que traz tão importantes 
contribuições ao desenvolvimento científico e tecnológico.
Soldagem é um dos mais importantes processos de fabricação e está presente no dia- 
-a-dia de todos nós. É parte integrante dos currículos de cursos de Engenharia Mecânica, 
Nuclear e Metalúrgica em praticamente todas as Escolas de Engenharia, além de ser 
destacada área dos cursos técnicos em Mecânica e Metalurgia.
Os Doutores Paulo Villani Marques, Paulo José Modenesi e Alexandre Queiroz 
Bracarense, professores da Escola de Engenharia da UFMG e pesquisadores de 
reconhecida competência, no Brasil e no exterior, tiveram a louvável iniciativa de produzir 
um texto didático genuinamente brasileiro para atender às necessidades de estudantes 
e de profissionais que trabalham nas áreas afins. *
Os conceitos são apresentados com clareza e de forma didática, permitindo aos 
leitores um fácil entendimento dos conceitos e uma aprendizagem consistente dos mais 
modernos processos. Além disso, são apresentados os equipamentos e consumíveis 
utilizados através de desenhos de excelente qualidade.
O cuidado dos autores na abordagem ampla e precisa dos diversos aspectos ligados 
a essa área salta aos olhos. Além dos aspectos técnicos, o livro dedica especial atenção 
aos princípios básicos, à história, à terminologia, à segurança, às normas técnicas è aos 
custos ligados à soldagem.
Os diversos processos contemplados em capítulos específicos são apresentados 
de forma simples, direta e objetiva. A divisão uniforme dos capítulos em seções 
- Fundamentos, Equipamentos, Consumíveis, Técnica Operatória, Aplicações Industriais, 
Exercícios e Práticas de Laboratório - apresenta-se como ferramenta de fundamental 
importância para o entendimento dos processos. Destacam-se as práticas laboratoriais 
e os problemas propostos que complementam e criam as habilidades necessárias ao 
exercício desta atividade.
Esta obra reflete os esforços de profissionais que além da competência técnica e 
científica demonstram excepcional espírito público e indiscutíveis qualidades didáticas. 
Não há dúvidas de que os leitores terão muito prazer na leitura deste livro e que inúmeros 
estudantes de Cursos Técnicos e de Engenharia se interessarão por esta área do 
conhecimento.
Prof. Márcio Ziviani
Diretor Executivo - Fundação de Desenvolvimento da Pesquisa
APRESENTAÇÃO
Este texto surgiu do desejo e da necessidade de ampliar e atualizar uma obra anterior, 
publicada em 1991. Muitos foram os avanços obtidos no campo da soldagem desde então 
e, particularmente no Brasil, muitas novidades surgiram com a abertura do mercado, a 
partir de 1994. A oportunidade foi criada quando a PROGRAD - Pró-Reitoria de Graduação 
da UFMG lançou um edital para a seleção de projetos de produção de material didático 
para a graduação, em meados de 2003. Contudo, como esta não seria uma tarefa fácil, 
pois soldagem é um tema muito abrangente, convidei os colegas da UFMG Prof. Dr. 
Paulo José Modenesi e Prof. Dr. Alexandre Queiroz Bracarense para dividirem comigo 
esta empreitada.
Tendo por base o texto de 1991, decidimos que esta nova obra seria dividida em 21 
Capítulos, tendo cada um de nós assumido a produção de sete deles. O Prof. Modenesi 
se responsabilizou pelos Capítulos 1 ,2 ,4 ,5 ,6 ,7 e 9; o Prof. Bracarense pelos Capítulos 8, 
16,17,18,19.20 e 21, e eu, pelos demais, isto é, os Capítulos 3,10,11,12,13,14 e 15. Esta 
divisão foi motivada por questões práticas e de afinidade com os temas abordados.
Entre setembro e novembro de 2003, trabalhamos nos textos individualmente, mas 
procurando manter uma mesma orientação geral, através de reuniões periódicas. Os 
capítulos produzidos foram enviados a técnicos atuantes na área de soldagem em nível 
industrial e acadêmico, para revisão e críticas, o que foi feito nos meses de dezembro 
de 2003 e janeiro de 2004. Em fevereiro de 2004, após outras reuniões para ajustes de 
orientação e manutenção da unidade da obra, as críticas e sugestões dos revisores foram 
incorporadas, chegando-se ao texto final.
Além de conhecimentos técnicos atualizàdos, procuramos colocar no texto experiên­
cias na área acadêmica e industrial obtidas no nosso trabalho em ensino, pesquisa e 
extensão na UFMG. Tentamos, também, oferecer alguma contribuição no que se refere 
à terminologia de soldagem usada no país, que é muitas vezes confusa e redundante, 
resultado da tradução livre, adoção e adaptação de termos de outras línguas e falta de 
normalização nacional.
1 fil
l u FUNOAMarmSE TECNOLOGIA
Nesta edição, foram feitas pequenas alterações no texto de vários capítulos, para 
tornar mais claros alguns conceitos expressos, bem como foram corrigidos os erros da 
primeira edição, na linguagem, figuras e equações.
Muitas pessoas e organizações contribuíram para que se chegasse a este resultado 
final. Em especial, agradeço aos Profs. Modenesi e Bracarensepela disposição em dividir 
o trabalho e pela sua dedicação a ele; ao Prof. Dr. Ronaldo Pinheiro da Rocha Paranhos, 
da UENF, pela contribuição nos Capítulos 3 e 10; ao Prof. Modenesi pelas ilustrações e 
fotos; aos Profs. Américo Scotti e Valtair Antônio Ferraresi, da UFU, pelos filmes sobre 
tranferência metálica; ao Prof. Paranhos, aos Engos. Carlos Castro. Francisco de Oliveira 
Filho, Gustavo Alves Pinheiro, Helder Aguiar Neves, José Roberto Domingues e Óder 
Silva de Paula Júnior e a minha esposa Maria das Victórias de Mello Villani Marques, pela 
revisão e sugestões; às empresas ESAB, RBG e SOLDAGERAIS, pela disponibilização 
de informações técnicas, fotos e equipamentos; à PROGRAD e ao DEMEC, da UFMG, 
pelo suporte financeiro e logístico, e a minha filha Paula de Mello Villani Marques, pela 
digitação. Finalmente, a todos que direta ou indiretamente tornaram possível a conclusão 
deste trabalho, gostaria de manifestar minha gratidão e agradecimentos e apresentar 
minhas desculpas pela incapacidade de citá-los nominalmente.
Paulo Villani Marques
PARTE 1
FUNDAMENTOS DA SOLDAGEM
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO À SOLDAGEM
1. Métodos de União dos Metais
Os métodos de união dos metais podem ser divididos em duas categorias prin­
cipais, isto é, aqueles baseados na ação de forças macroscópicas entre as partes 
a serem unidas e aqueles baseados em forças microscópicas — interatômicas e 
intermoleculares. No primeiro caso, do qual são exemplos a parafusagem e a rebi­
tagem, a resistência da junta é dada pela resistência ao cisalhamento do parafuso 
ou rebite mais as forças de atrito entre as superfícies em contato. No segundo, a 
união é conseguida pela aproximação dos átomos ou moléculas das peças a serem 
unidas, ou destes e de um material intermediário adicionado à junta, até distâncias 
suficientemente pequenas para a formação de ligações químicas, particularmente 
ligações metálicas e de Van der Waals. Como exemplo desta categoria citam-se a 
brasagem, a soldagem e a colagem.
A soldagem é o mais importante processo de união de metais utilizado indus­
trialmente. Este método de união, considerado em conjunto com a brasagem, tem 
importante aplicação desde a indústria microeletrônica até a fabricação de navios
1 n tni nABfia
FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
e outras estruturas com centenas ou milhares de toneladas de peso. A soldagem é 
utilizada na fabricação de estruturas simples, como grades e portões, assim como 
em componentes encontrados em aplicações com elevado grau de responsabilidade, 
como nas indústrias química, petrolífera e nuclear, e também na criação de peças 
de artesanato, joias e de outros objetos de arte.
2. Definição de Soldagem
Um grande número de diferentes processos utilizados na fabricação e recupe­
ração de peças, equipamentos e estruturas é abrangido pelo termo "SOLDAGEM". 
Classicamente, a soldagem é considerada como um processo de união, porém, na 
atualidade, muitos processos de soldagem ou variações destes são usados para a 
deposição de material sobre uma superfície, visando à recuperação de peças desgasta­
das ou para a formação de um revestimento com características especiais. Diferentes 
processos relacionados com a soldagem são usados para corte de peças metálicas e 
em muitos aspectos estas operações se assemelham a operações de soldagem.
Na literatura, encontram-se algumas tentativas de definição da soldagem:
• "Processo de união de metais por fusão."
Deve-se ressaltar que não apenas os metais -são soldáveis e que é possível se 
soldar sem fusão.
• "Operação que visa obter a união de duas ou mais peças, assegurando na junta a 
continuidade das propriedades físicas e químicas.”
Nessa definição, o termo "continuidade" é utilizado com um significado similar ao 
adotado na matemática. Isto é. considera-se que. embora as propriedades possam 
variar ao longo de uma junta soldada, esta variação não apresenta quebras abruptas 
como ocorre, por exemplo, em uma junta colada na qual a resistência mecânica 
muda abruptamente entre um componente da junta e a cola.
• "Processo de união de materiais usado para obter a coalescência (união) localizada 
de metais e não-metais, produzida por aquecimento até uma temperatura adequada, 
com ou sem a utilização de pressão e/ou material de adição."
Esta definição, adotada pela Associação Americana de Soldagem (American Welding 
Society-AWS), é meramente operacional, não contribuindo com o aspecto conceituai.
Finaliza-se com uma última definição, esta baseada no tipo de forças responsáveis 
pela união dos materiais:
• “Processo de união de materiais baseado no estabelecimento de forças de ligação 
química de natureza similar às atuantes no interior dos próprios materiais, na região 
de ligação entre os materiais que estão sendo unidos."
Esta última definição engloba também a brasagem (Capítulo 21), que pode ser 
considerada, neste contexto, como um processo de soldagem.
CArtTUU) 1 < q
INTRODUÇÃO A SOIDAKM 1 9
3. Formação de uma Junta Soldada
De uma forma simplificada, uma peça metálica pode ser considerada como formada 
por um grande número de átomos dispostos em um arranjo espacial característico 
(estrutura cristalina). 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, como mostra a Figura 1.
Figura 1
Variação de energia potencial para um sistema composto de dois átomos em função da 
distância de separação entre eles
Nesta situação, cada átomo está em sua condição de energia mínima, não tenden­
do a se ligar com nenhum átomo extra. 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. 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, como ilustrado na 
Figura 2. Este tipo de efeito pode ser obtido, por exemplo, colocando-se em contato 
íntimo dois blocos de gelo.
Solda
Figura 2
Formação teórica de uma solda pela aproximação das superfícies das peças
Entretanto, sabe-se que isto não ocorre para duas peças metálicas, exceto em 
condições muito especiais. A explicação para isto está na existência de obstáculos 
que impedem uma aproximação efetiva das superfícies até distâncias da ordem 
de ro. Estes obstáculos podem ser de dois tipos básicos:
SOLDAGEM
rUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
• As superfícies metálicas, mesmo as mais polidas, apresentam uma grande rugosidade 
em escala microscópica e submicroscópica.
Mesmo uma superfície muito bem polida apresenta irregularidades da ordem de 50nm 
de altura, cerca de 200 camadas atômicas. Isto impede uma aproximação efetiva das 
superfícies, o que ocorre apenas em alguns poucos pontos de contato, de modo que 
o número de ligações formadas é insuficiente para garantir qualquer resistência para 
a junta.
• As superfícies metálicas estão normalmente recobertas por camadas de óxido, umidade, 
gordura, poeira etc. (Figura 3), o que impede um contato real entre as superfícies, 
prevenindo a formação da solda. Estas camadas se formam rapidamente e resultam 
exatamente da existência de ligações químicas incompletas na superfície.
Figura 3
Representação esquemática da estrutura de urna superfície metálica em contato com o ar.
A- metal não afetado, B - metal afetado, C - camada de óxido, D - água e oxigênio absorvidos,
E-gordura e F • partículas de poeira
Para superar estes obstáculos, dois métodos principais são utilizados, os quais 
originam os dois grandes grupos de processos de soldagem. O primeiro consiste em 
deformar as superfícies de contato, permitindo a aproximaçãodos átomos a distâncias 
da ordem de r0 (Figura 4). As peças podem ser aquecidas localmente de modo a facilitar 
a deformação das superfícies de contato.
Solda
Figura 4
Soldagem poi pressão ou deformação
CAPÍTULO 1 i o ,
INTRODUÇÃO Á SOLDAGEM *■ 1
O segundo método se baseia na aplicação localizada de calor na região da junta 
até a fusão do metal de base e do metal de adição (quando este é utilizado). Como 
resultado desta fusão, as superfícies entre as peças são eliminadas e, com a solidi­
ficação do metal fundido, a solda é formada (Figura 5).
Metal d e 1- 
adição
Metal de baset
Solda
7N .... /
(a) (b)
Figura 5
(a) Representação esquemática da soldagem por fusão, (b) Macrografia de uma junta
Uma maneira de classificar os processos de soldagem consiste em agrupá-los 
em dois grandes grupos baseando-se no método dominante para produzir a solda: 
(a) processos de soldagem por pressão (ou por deformação) e (b) processos de 
soldagem por fusão.
4. Processos de Soldagem
4.1 - Processos de soldagem por pressão (ou por deformação)
Este primeiro grupo inclui os processos de soldagem por forjamento, por ultras- 
som, por fricção, por difusão, por explosão, entre outros.
4.1.2 Processos de soldagem por fusão
Existe um grande número de processos por fusão que podem ser separados 
em subgrupos, por exemplo, de acordo com o tipo de fonte de energia usada para 
fundir as peças. Dentre estes, os processos de soldagem a arco (fonte de energia: 
arco elétrico) são os de maior importância industrial na atualidade. Devido à ten­
dência de reação do material fundido com os gases da atmosfera, a maioria dos
9 9 SOIOACQI 
“ FUUSAMOfTOSincmiDGtA
processos de soldagem por fusão utiliza algum meio de proteção para minimizar 
estas reações. A Tabela I mostra os principais processos de soldagem por fusão e 
suas características principais.
Tabela I - Processos ds soldagem por fusão
Processo Fonte de calor
Tipo de 
corrente 
e polaridade
Agente protetor Outras carcterísticas Aplicações
Soldagem 
por eletro- 
escória
Aquecimento 
por resistên­
cia da escória 
liquida
Contínua ou 
alternada
Escória Automática/Mecanizada. 
Junta na vertical. Arame 
alimentado mecanicamente 
na poça de fusão. Não 
existe arco elétrico.
Soldagem de aços carbono, 
baixa e alta liga. espessura 
2 50 mm. Soldagem de pe­
ças de grande espessura, 
eixos etc.
Soldagem 
a arco 
submerso
Arco
elétrico
Contínua ou 
alternada.
Eletrodo +
Escória Automática/mecaniz. ou 
semiautomática. 0 arco 
arde sob uma camada de 
fluxo granular.
Soldagem de aços carbono, 
baixa e alta liga. Espessura 
a 10 mm. Posição plana ou 
horizontal de peças estru­
turais, tanques, vasos de 
pressão etc.
Soldagem
com
eletrodo
revestido
Arco elétrico Contínua ou 
alternada.
Eletrodo + 
ou -
Escória e gases 
gerados
Manual. Vareta metálica 
recoberta por camada de 
fluxo.
Soldagem de quase todos os 
metais, exceto cobre puro. 
metais preciosos, reativos ede 
baixo pomo de fusão. Usado na 
soldagem em geral.
Soldagem 
com arame 
tubular
Arco elétrico Contínua. 
Eletrodo +
Escória e gases 
gerados ou 
fornecidos por 
fonte externa. 
Em geral o CO,
Automático ou semiauto­
mático. 0 fluxo está contido 
dentro de um arame tubular 
de pequeno diâmetro.
Soldagem de aços carbono, 
baixa e alta liga com espes­
sura & 1 mm. Soldagem de 
chapas, tubos etc.
Soldagem
M1G/MAG
Arco elétrico Contínua. 
Eletrodo +
Argdnio ou 
Hélio. Argônio 
+ 0,. Argônio + 
COr CO,
Automática/mecaniz. ou 
semiautomática. 0 arame 
é sólido.
Soldagem de aços carbono, 
babe eattaBga. não ferrosos, com 
espessura £1 mm. Soldagem 
de tubos, chapas etc. Qualquer 
posiçõo.
Soldagem 
a plasma
Arco elétrico Continua. 
Eletrodo -
Argônio. Hélio 
ou Argônio + 
Hidrogênio
Manual ou automática. 0 
arame é adicionado separada­
mente. Eletrodo não oonsu- 
mfvel de tungstônio. 0 arco é 
constríto por um bocal.
Todos os metais importantes 
em engenharia, exceto Zn, 
Be e suas ligas, com espes­
sura de até 1.5 mm. Passes 
de raiz.
Soldagem
TIG
Arco
elétrico
Continua ou 
alternada.
Eletrodo -
Argônio. Hélio 
ou misturas 
destes
Manual ou automática. 
Eletrodo não consumível 
de tungsténio. 0 arame é 
adicionado separadamente.
Soldagem de todos os meais, 
exceto Zn. Be e suas ligas, 
espessura entre 1 e 6 mm. Sol­
dagem de não ferrosos e aços 
inox. Ftesse de raiz de soldas em 
tubulações.
Soldagem 
por feixe 
de elétrons
Feixe de 
elétrons
Contínua. 
Alta tensão. 
Peça +
Vácuo (»10*mm 
Hg)
Soldagem automática. Não 
usa, em geral, metal de 
adição. Feixe de elétrons 
permite uma elevada con­
centração de energia.
Soldagem de todos os metas, 
exceto nos casos de evolução de 
gases ou vaporização excessiva, 
em geral a partir de 25 mm de 
espessura. Indústria nuclear e 
aeroespadaL
Soldagem 
a laser
Feixe de luz Argônio ou Hélio Soldagem automática. Nâo 
usa. em geral, metal de 
adição. Laser permite uma 
elevada concentração de 
energia.
Soldagem de todos os metas, 
exceto nos casos de evolução 
de gases ou vaporização exces­
siva. Indústria automobilística, 
nuclear e aeroespadaL
Soldagem 
a gás
Chama oxi- 
acetüênica
Gás (CO. Hy CO,. 
H,0)
Manual. Arame adicionado 
separadamente.
Soldagem manual de aço caibo- 
no. Cu. A). Zn, Pb e bronze. Sol­
dagem de chapas finas e tubos 
de pequeno diâmetro.
capítulo t o « 
ntroduçAo à s o u u k m
Entre os processos de soldagem por resistência (Capítulo 18), alguns podem ser 
considerados como processos de soldagem por deformação. Outros são melhor 
caracterizados como processos de soldagem por fusão.
Os processos de soldagem e afins podem ser classificados de diferentes formas 
alternativas. A Figura 6 mostra uma classificação segundo a AWS - American Welding 
Society, juntamente com as abreviações adotadas por esta associação para designar 
cada processo. Esta classificação e abreviações são muito utilizadas em diversos 
países do mundo. No Brasil, embora estas sejam usadas, designações de processo de 
soldagem de origem europeia são mais comuns. Além destas, abreviações baseadas 
no nosso idioma (como, por exemplo, SAER - Soldagem a Arco com Eletrodos 
Revestidos) foram propostas, mas tiveram uma aceitação muito restrita até o 
presente. A classificação dos processos de soldagem da AWS apresenta deficiências 
como qualquer outro sistema de classificação.
Processos de soldagem e afins, segundo a AWS. Os nomes de diversos processos estão 
resumidos ou truncados por falta de espaço na figura
5. Comparação com Outros Processos de Fabricação
A soldagem é hoje o principal processo usado na união permanente de peças 
metálicas, permitindo a montagem de conjuntos com rapidez, segurança e economia
9 A S01DA6EM 
" \ FUNDAMENTOS E TIOtÔtOGlA
de material. Por exemplo, a ligação de chapas metálicas com parafusos ou rebites 
exige que as chapas sejam furadas, causando uma perda de seção de até 10%, que 
deve ser compensada por uma espessura maior das peças. A utilização de chapas 
de reforço e os próprios parafusos e porcas ou rebites aumentam ainda mais o peso 
final da estrutura. Na união de tubos pode-se fazer considerações semelhantes ao se 
comparar juntas soldadas com juntas rosqueadas. Além disso, as juntas soldadas, 
desde que executadas corretamente, são por si mesmas estanques, não havendo 
necessidade de se recorrer a nenhum tipo de artifício para se prevenir vazamentos, 
mesmo sob pressão elevada.
Comparando-se a soldagem à fundição, como processo de fabricação, constata- 
se que a soldagem apresenta características interessantes, como: possibilidade de 
se terem grandes variações de espessura na mesma peça e inexistência de uma 
espessuramínima para adequado preenchimento do molde com o metal fundido, 
possibilidade de se usarem diferentes materiais numa mesma peça, de acordo com 
as solicitações de cada parte, maior flexibilidade em termos de alterações no projeto 
da peça a ser fabricada e menor investimento inicial.
A soldagem é muito versátil em termos dos tipos de ligas metálicas e das espes­
suras que podem ser unidos. A disponibilidade de um grande número de processos 
de soldagem permite a união da maioria das ligas metálicas comumente utilizada. 
Pode-se unir, através dos diferentes processos de soldagem, desde peças com 
espessura inferior a 1mm (joias, componentes eletrônicos etc.) até estruturas de 
grandes dimensões (navios, vasos de pressão etc.). A soldagem pode ser utilizada 
tanto no chão de fábrica, com condições de tràbalho bem controladas, como no 
campo, em diferentes ambientes (como, por exemplo, no alto de estruturas elevadas 
ou debaixo d'água). Finalmente, a soldagem pode atender, a um custo competitivo, 
diferentes requisitos de qualidade, tornando a sua utilização economicamente viável 
tanto em trabalhos simples, que não apresentam uma grande responsabilidade (por 
exemplo, na fabricação de grades e de peças de decoração), como em situações 
em que ocorrem solicitações extremas e existe o risco de grandes danos no caso 
de uma falha do componente soldado (por exemplo, em navios e outras estruturas 
marítimas e em vasos de pressão).
Por outro lado, algumas limitações da soldagem devem ser consideradas. Como a 
solda é uma união permanente, ela não deve ser utilizada em juntas que necessitam 
ser desmontadas. Praticamente todos os processos de soldagem são baseados na 
aplicação, na região da junta, de energia térmica e mecânica, o que tende a causar 
uma série de efeitos mecânicos (aparecimento de distorções e de tensões residu­
ais) e metalúrgicos (mudanças de microestrutura e alteração de propriedades) nas 
peças. Estes efeitos, juntamente com a formação de descontinuidades como poros 
e trincas na solda, podem prejudicar o desempenho dos componentes soldados e 
causar a sua falha prematura. As consequências de uma falha de um componente 
soldado podem ser ampliadas devido à natureza monolítica deste. Isto é, enquanto 
a fratura de uma peça em uma estrutura rebitada fica confinada somente à peça que 
falhou, em uma estrutura soldada, a fratura pode se estender por toda a estrutura 
devido à eliminação da separação entre as peças. Diversos acidentes com estas 
características já ocorreram, destacando-se. por exemplo, os navios de transporte 
durante a Segunda Guerra Mundial, fabricados por soldagem nos Estados Unidos 
da América.
CAPÍTULO 1 o c 
WTKOOUÇÍOÀ SOLDAGEM
6. Breve Histérico da Soldagem
Embora a soldagem, na sua forma atual, seja um processo recente, com cerca 
de 100 anos, a brasagem e a soldagem por forjamento têm sido utilizadas desde 
épocas remotas. Existe, por exemplo, no Museu do Louvre, um pingente de ouro com 
indicações de ter sido soldado e que foi fabricado na Pérsia, por volta de 4000 a. C.
O ferro, cuja fabricação se iniciou em torno de 1500 a. C., substituiu o cobre e o 
bronze na confecção de diversos artefatos. O ferro era produzido por redução dire­
ta^ conformado por martelamento na forma de blocos com uma massa de poucos 
quilogramas. Quando peças maiores eram necessárias, os blocos eram soldados 
por forjamento, isto é, o material era aquecido ao rubro, colocava-se areia entre as 
peças para escorificar impurezas e martelava-se até a soldagem. Como um exemplo 
da utilização deste processo, cita-se um pilar de cerca de sete metros de altura e 
mais de cinco toneladas existente ainda hoje na cidade de Dehli (índia).
A soldagem foi usada, na Antiguidade e na Idade Média, para a fabricação de 
armas e outros instrumentos cortantes. Como o ferro obtido por redução direta tem 
um teor de carbono muito baixo (inferior a 0,1 %), este não pode ser endurecido por 
têmpera. Por outro lado, o aço. com um teor maior de carbono, era um material 
escasso e de alto custo, sendo fabricado pela cementação de tiras finas de ferro. 
Assim, ferramentas eram fabricadas com ferro e com tiras de aço soldadas nos 
locais de corte e endurecidas por têmpera. Espadas de elevada resistência mecânica 
e tenacidade foram fabricadas no oriente médio utilizando-se um processo seme­
lhante, no qual tiras alternadas de aço e ferro eram soldadas entre si e deformadas 
por compressão e torção. O resultado era uma lâmina com uma fina alternância de 
regiões de alto e baixo teor de carbono.
Assim, a soldagem foi, durante este período, um processo importante na tecno­
logia metalúrgica, principalmente, devido a dois fatores: (1) a escassez e o alto custo 
do aço e (2) o tamanho reduzido dos blocos de ferro obtidos por redução direta.
Esta importância começou a diminuir, nos séculos XII e XIII, com o desenvolvi­
mento de tecnologia para a obtenção, no estado líquido, de grandes quantidades 
de ferro fundido com a utilização da energia gerada em rodas d'água e, nos séculos 
XIV e XV, com o desenvolvimento do alto-forno. Com isso, a fundição tornou-se um 
processo importante de fabricação, enquanto a soldagem por forjamento foi subs­
tituída por outros processos de união, particularmente a rebitagem e parafusagem, 
mais adequados para união das peças produzidas.
A soldagem permaneceu como um processo secundário de fabricação até o sé­
culo XIX, quando a sua tecnologia começou a mudar radicalmente, principalmente, 
a partir das experiências de Sir Humphrey Davy (1801-1806) com o arco elétrico, 
da descoberta do acetileno por Ednhund Davy e do desenvolvimento de fontes pro­
dutoras de energia elétrica que possibilitaram o aparecimento dos processos de 
soldagem por fusão. Ao mesmo tempo, o início da fabricação e utilização do aço
1 Neste processo, o minério de ferro era misturado com carvão em brasa e soprado com ar. Durante esta operação, 
o óxido de ferro era reduzido pelo carbono, produzindo-se ferro metálico sem a fusão do material.
I SOLDAGEM
FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
na forma de chapas tornou necessário o desenvolvimento de novos processos de 
união para a fabricação de equipamentos e estruturas.
A primeira patente de um processo de soldagem, obtida na Inglaterra por Nikolas 
Bernados e Stanislav Olszewsky, em 1885, foi baseada em um arco elétrico estabele­
cido entre um eletrodo de carvão e a peça a ser soldada (Figura 7).
Figura 7
Sistema para soldagem a arco com eletrodo de carvão de acordo com a patente de Bernados
Por voita de 1890, N. G. Slavianoff, na Rússia, e Charles Coffin, nos Estados Unidos, 
desenvolveram independentemente a soldagem a arco com eletrodo metálico nu. 
Até o final do século XIX, os processos de soldagem por resistência, por alumino- 
termia e a gás foram desenvolvidos. Em 1907, Oscar Kjellberg (Suécia) patenteia o 
processo de soldagem a arco com eletrodo revestido. Em sua forma original, este 
revestimento era constituído de uma camada de cal, cuja função era unicamente 
estabilizar o arco. Desenvolvimentos posteriores tornaram este processo o mais 
utilizado no mundo.
Nesta nova fase, a soldagem teve inicialmente pouca utilização, estando restrita 
principalmente à execução de reparos de emergência até a eclosão da primeira 
grande guerra, quando a soldagem passou a ser utilizada mais intensamente como 
processo de fabricação.
Atualmente, mais de 50 diferentes processos de soldagem têm utilização industrial 
e a soldagem é o mais importante método para a 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 influência que a necessidade 
de uma boa soldabilidade tem no desenvolvimento de novos tipos de aços e outras 
ligas metálicas.
CAPÍTULO t í 9 7 
INTRODUÇÃO Á SOLDAGEM |
7. Exercícios
a) O que é soldagem?b) Por que é possível se soldar dois blocos de gelo por aproximação?
c) Quais as principais vantagens e desvantagens da soldagem?
d) Que outros ramos da ciência e da tecnologia contribuem para o desenvolvimento da 
soldagem?
e) Que tipos de materiais, além dos metais, podem ser soldados?
f) Existem produtos impossíveis de serem fabricados sem a utilização da soldagem? 
Cite alguns, se for o caso.
g) Em que casos a soldagem não é recomendada como processo de união?
CAPÍTULO 2
TERMINOLOGIA E SIMBOLOGIA DA SOLDAGEM
1. Introdução
Muitos são os termos com um significado particular quando aplicados à soldagem. 
Definir todos estes termos tornaria este capítulo tedioso e extenso. Assim, preferiu-se 
colocar algumas ilustrações e indicar alguns termos utilizados com frequência em 
soldagem, de modo a tornar o restante do texto compreensível. Para definições 
mais completas e precisas pode-se recorrer à literatura indicada no final do livro. 
De qualquer forma, a própria militância no campo da soldagem se encarregará de 
tomar estes termos familiares.
Quanto à simbologia, serio abordados resumidamente os símbolos usados em 
soldagem e seu significado, bem como sua utilização em desenhos técnicos, por 
meio de algumas ilustrações. Da mesma forma, pode-se consultar a bibliografia 
indicada para um estudo mais completo.
O n i SOLDAGEM
0 U i FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
2. Terminologia da Soldagem
Como se viu no Capítulo 1, soldagem é uma operação que visa obter a união 
de peças, e solda é o resultado desta operação. O material da peça, ou peças, que 
está sendo soldada é o metal de base. Frequentemente, na soldagem por fusão, um 
material adicional é fornecido para a formação da solda, este é o m etal de adição. 
Durante a soldagem, o meta! de adição é fundido pela fonte de calor e misturado 
com uma quantidade de metal de base também fundido para formar a poça de 
fusão. A Figura 1 ilustra estes conceitos.
Figura 1
Metal de base, de adiçáo e poça de fusão
Chama-se jun ta a região onde as peças serão unidas por soldagem. A Figura 2 
mostra os tipos básicos de junta comumente usados.
O posicionamento das peças para união determina os vários tipos de junta. 
Entretanto, muitas vezes, as dimensões das peças, a facilidade de se movê-las 
e as necessidades do projeto exigem uma preparação das peças para soldagem, 
na forma de cortes ou de uma conformação especial da junta. Estas aberturas ou 
sulcos na superfície da peça ou peças a serem unidas e que determinam o espaço 
para conter a solda recebem o nome de chanfro.
)
\ 1 L _ __
Topo . Ângulo Canto
----------- ( ) í- ^ i —
Aresta Sobreposta
Figura 2 
Tipos de junta
Os tipos de chanfro mais comuns usados em soldagem de juntas de topo são 
mostrados na Figura 3. A Figura 4 ilustra a aplicação destes chanfros em diferentes 
tipos de juntas.
CAPÍTULO 2
TERMINOLOGIA E SiMBOLOGlA DA SOLDAGEM
□xitzn
i
X
I ■ \ Â 1
J
F .1 /^ 1 
meio v
Duplo J Duplo U
Figura 3
Tipos de chanfro
Figura 4
Chanfros usados geralmente com os diferentes tipos de junta
O tipo de chanfro a ser usado em uma condição de soldagem específica é esco­
lhido em função do processo de soldagem, espessura das peças, suas dimensões 
e facilidade de movê-las, facilidade de acesso à região da junta, tipo de junta (Figura 
4), custo de preparação do chanfro etc. Chanfros em I são utilizados quando as con­
dições de soldagem permitem obter a penetração desejada (ver definição a seguir)
O 9 SOLDAGEM
° L I FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
sem a abertura de um outro tipo de chanfro, sendo esta situação particularmente 
comum na soldagem de juntas de pequena espessura. Como não necessitam de 
uma usinagem ou corte mais elaborado, este tipo de preparação tende a ser a de 
menor custo. Quando não é possível obter a penetração desejada desta forma, 
torna-se necessário usar um outro tipo chanfro, sendo os tipos mais comuns os 
chanfros em V ou meio V. Quando a espessura da junta que precisa ser soldada 
se torna muito grande, estes chanfros podem se tornar pouco interessantes, pois 
necessitam de um grande volume de metal de adição para o seu enchimento, o que 
pode aumentar o tem po necessário para a soldagem e o seu custo. Neste caso o 
uso de um chanfro em U ou J pode ser mais interessante, embora estes possam ter 
maior custo de preparação. Quando é possível executar a soldagem dos dois lados 
da junta, chanfros em X, K, duplo U ou duplo J podem ser considerados. Estes ainda 
têm a vantagem adicional de melhor equilibrar as tensões térmicas geradas durante 
a soldagem e apresentar, assim, uma menor distorção. Na escolha de um tipo de 
chanfro, deve-se ainda considerar a posição de soldagem (ver definição a seguir). 
Por exemplo, para a soldagem na posição horizontal, um chanfro em meio V ou K 
tende a ser mais adequado que um chanfro em V, pois, para o primeiro, existe uma 
menor tendência da poça de fusão escorrer sob ação da gravidade.
Um chanfro é definido por seus elementos ou características dimensionais. Os 
principais elementos de um chanfro são (Figura 5):
• Face da raiz ou nariz (s): Parte não chanfrada de um componente da junta.
• Abertura da raiz, folga ou fresta (f): Menor distância entre as peças a soldar.
• Ângulo de abertura da junta ou ângulo de bisel (p): Ângulo da parte chanfrada de 
um dos elementos da junta.
• Ângulo de chanfro (a): Soma dos ângulos de bisel dos componentes da junta.
Figura 5
Características dimensionais de chanfros usados em soldagem (s - nariz, f - fresta, r - raio do 
chanfro, a - ângulo do chanfro e (5 - ângulo do bizel)
Os elementos de um chanfro são escolhidos de forma a atender os requisitos do 
projeto e, em particular, permitir um fácil acesso até o fundo da junta, minimizando, 
contudo, a quantidade de metal de adição necessária para o enchimento da junta.
CAPÍTULO 2 I q
TERMINOLOGIA E S1VBOLOQA DA SOLDAGEM ! J
\ V.V, Çh i y a ' , " V '
Existe um grande número de termos para definir o formato e as características 
técnicas dos cordões de solda. Neste capítulo, apenas alguns destes termos serão 
apresentados. A Figura 6 mostra alguns destes termos para uma solda de topo e 
uma solda em ângulo (filete).
Convexidade
Largura | Garganta,
■A* o '
Face da solda
Penetração 
da raiz
Penetração 
da junta
Figura 6
Dimensões e regiões de soldas de topo (a) e de filete (b)
A Figura 7 mostra a seção transversal de uma solda e suas diversas regiões. Neste 
caso, é mostrada também uma peça colocada na parte inferior da solda (raiz), cha­
mada de cobre-junta ou m ata-junta, que tem por finalidade conter o metal fundido 
durante a execução da soldagem. Terminada a soldagem, o mata-junta pode ou não 
ser removido da junta. 0 mata-junta pode ser de um material similar ao que está 
sendo soldado, de cobre ou de material cerâmico. No primeiro caso, o mata-junta, 
em geral, passa a fazer parte da junta soldada, podendo, terminada a soldagem, ser 
removido da peça (por corte) ou não. Nos outros casos, o mata-junta não se torna 
parte da junta soldada e é removido ao final da soldagem.
Zona fundida (ZF)
Zona termicamente 
afetada (ZTA)
Mat3 - jui ua
Figura 7 ^ ; ^
Seção transversal de uma solda de topo por fusão (esquemática)
Metal de 
base (MB)
A zona fundida (ZF) de uma solda é constituída pelo metal de solda, que é a soma 
da parte fundida do metal de base e do metal de adição. A região do metal de base 
que tem sua estrutura e/ou suas propriedades alteradas pelo calor de soldagem é 
chamada de zona term icam ente afetada (ZTA). A zona fundida pode ser constituída 
por um ou mais passes depositados segundo uma sequência de deposição (Figura 
8) e organizados em camadas (conjunto de passes localizados em uma mesma al­
tura no chanfro). Cada passe de solda é formado por um deslocamento da poça de 
fusão naregião da junta (Figura 1). Em diversas situações, o termo cordão é usado, 
significando, em alguns casos, a solda e, em outros, o passe.
o / l SOLDAGEM
FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
Figura 8
Execução de uma solda de vários passes
A posição da peça a ser soldada e do eixo da solda determina a posição da 
soldagem, que pode ser plana, horizontal, vertical ou sobrecabeça. Estas são 
mostradas para soldas de topo, filete e soldas circunferenciais em tubulações, nas 
Figuras 9, 10 e 11. A soldagem na posição vertical pode ser executada na direção 
ascendente ou descendente. Em tubulações fixas, a posição de soldagem muda 
durante a operação (Figura 11). A posição de soldagem tem uma forte influência 
sobre o grau de dificuldade da sua execução e na sua produtividade, sendo a sol­
dagem na posição plana, em geral, a mais fácil de ser executada e a que possibilita 
uma maior produtividade.
Sobre cabeça
Vertical
(descendente)
Figura 9
Posições de soldagem para soldas de topo
Plana
Vertical
(ascendente)
Sobre cabeça
Figura 10
Posições de soldagem para soldas de filete
CAPÍTULO2 I o c
TERMINOLOGIA ESIVISOLOGIA DA SOLDAGEM | 0 0
Plana Horizontal Circunferencial
Figura 11
Posições de soldagem para soldas em tubulações
As posições de soldagem são designadas pela ASME - American Society of 
Mechanical Engeneers por um dígito seguido de uma letra. Assim, as posições 
plana, horizontal, vertical e sobrecabeça são designadas, respectivamente, por 1G, 
2G. 3G e 4G nas juntas da Figura 9 e, por 1F, 2F, 3F e 4F, nas juntas da Figura 10. 
No caso de soldas em tubulações (Figura 11), as designações seriam 1G, 2G e 5G, 
respectivamente. Essa forma de indicar as posições de soldagem é amplamente 
usada na indústria.
De acordo com a forma em que é executada, a soldagem pode ser classificada em:
• Manual: toda a operação é realizada e controlada manualmente pelo soldador.
• Semiautomática: soldagem com controle automático da alimentação do metal de 
adição, mas com controle manual pelo soldador do posicionamento da tocha e de 
seu deslocamento.
• Mecanizada: soldagem com controle automático da alimentação do metal de adição, 
controle do deslocamento do cabeçote de soldagem pelo equipamento, mas com o 
posicionamento, acionamento do equipamento e supervisão da operação sob res­
ponsabilidade do operador de soldagem.
• Automática: soldagem com controie automático de praticamente todas as operações 
necessárias. Muitas vezes, a definição de um processo como mecanizado ou auto­
mático não é clara, em outros, o nível de controle da operação, o uso de sensores, a 
possibilidade de programar o processo indicam claramente um processo de soldagem 
automático. De uma forma ampla, os sistemas automáticos de soldagem podem ser 
divididos em duas classes: (a) sistemas dedicados, projetados para executar uma 
operação específica de soldagem, basicamente com nenhuma flexibilidade para 
mudanças nos processos e (b) sistemas com robôs, programáveis e apresentando 
uma flexibilidade relativamente grande para alterações no processo.
Alguns destes termos, embora de uso consagrado na soldagem, têm significado 
diverso do indicado acima para o pessoal envolvido com área de automação. Este 
aspecto será discutido no Capítulo 8 deste livro.
o c SOLDAGEM
° ü FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
3. Simbologia da Soldagem
A simbologia da soldagem consiste de uma série de símbolos, sinais e números, 
dispostos de uma forma particular, que fornecem informações sobre uma determ i­
nada solda e/ou operação de soldagem. Estes elementos, que podem ou não ser 
usados numa situação particular, são, segundo a norma AWS A 2.4:
a) Linha horizontal de referência
b) Seta
c) Símbolo básico da solda
d) Dimensões e outros dados
e) Símbolos suplementares
f) Cauda - Especificação do processo de soldagem ou outra referência.
O elemento básico de um símbolo da soldagem é a linha de referência colo­
cada sempre na posição horizontal e próxima da junta a que se refere. Nesta linha 
são colocados os símbolos básicos da solda, símbolos suplementares e outros 
dados. A seta indica a junta na qual a solda será feita, e na cauda são colocados os 
dados relativos ao processo, procedimento ou outra referência quanto à forma de 
execução da soldagem. Quando existe a possibilidade de se chanfrar uma peça 
ou outra, uma seta quebrada (formada por duas-linhas) indica qual peça deve ser 
necessariamente chanfrada. A Figura 12 mostra a localização dos elementos de um 
símbolo de soldagem.
Figura 12
Localização dos elementos de um símbolo de soldagem
O símbolo básico indica o tipo de solda desejado. Cada símbolo básico é uma 
representação esquemática da seção transversal da solda a que se refere. Se o 
símbolo básico é colocado sob a linha de referência, a solda deve ser feita do mes­
mo lado em que se encontra a seta. Caso o símbolo básico esteja sobre a linha de 
referência, a solda deve ser realizada do lado oposto à seta. A Figura 13 mostra os 
símbolos básicos mais comuns segundo a norma AWS A 2.4. A Figura 14 apresenta 
exemplos de soldas em chanfro e seus símbolos. Mais de um símbolo básico pode 
ser usado de um ou dois lados da linha de referência.
Rimhnln de rnntnm n Símbolo de acabamento
Comprimento da solda 
' Dist. centro a centro 
(soldas intermitentes)
/ Soldagem no campo
Linha de referência
ioldagem em todo 
o contorno
CAPÍTULO 2 | Q 7
TERMINOLOGIA E SIMBOLOGIA OA SOLDAGEM ! ^ '
Soldas em chanfro
’...li... V . / .V......AL. 'N.r A r ...
em I (Bordas em VouX 1/2VouK U ou duplo U J ou duplo J V flangeado 1/2 Vflangeado 
paralelas)
Outros
n ..... l i . . . j z z l ..O ... .3 2 ;. .-=-0 .
Soldas de aresta Solda de Solda de Solda de Solda de Solda de Solda de 
filete tampão ponto costura reverso revestimento
Figura 13
Tipos básicos de soldas e seus símbolos
Figura 14
Sete variações de soldas em chanfro e seus símbolos
o O I SOLDAGEM
^ 0 I FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
Vários números, que correspondem às dimensões ou outros dados da solda, são 
colocados em posições específicas em relação ao símbolo básico. O tamanho da 
solda e/ou sua garganta efetiva são colocados à esquerda do símbolo. Em soldas 
em chanfro, se estes números não são colocados, subentende-se que a penetração 
deve sertotal. A abertura de raiz ou a profundidade de soldas do tipo "plug" ou "s lo t" 
é colocada diretamente dentro do símbolo básico da solda. À direita do símbolo 
podem ser colocados o comprimento da solda e a distância entre os centros dos 
cordões, no caso de soldas intermitentes.
Os símbolos suplementares são usados em posições específicas do símbolo de 
soldagem, quando necessários. Estes símbolos são mostrados na Figura 15. Além 
destes, existem símbolos de acabamento, que indicam o método de acabamento 
da superfície da solda. Estes símbolos são:
• C - rebarbamento (chipping)
• G - esmerilhamento (grinding)
• H - martelamento (hammering)
• M - usinagem (machining)
• R - laminação (rolling)
So ldarem 
tod o o 
contorno
Soldar no 
campo
Fusão no
: ’V. :
rpwprqn
ito m o d a Solda
Plano Convexo Côncavo
'
-
w \ \
Figura 15
Símbolos suplementares
As Figuras 16 a 19 ilustram o que foi apresentado.
Figura 16
Exemplos de soldas de filete e seus símbolos
E X D ___ EZEZl___ r±~i
m
_____________■
li— .,
V- ui'RÏ
I- VT»-.
fpyfS?
SÉ
rdár fr —
m
bí
i l
S ,
1 ‘JÉS?8 S H f
fvKÜ V/i
3 ■ j ■ 3 1
_J\wo.[/'MB \
Figura 17
Exemplos de soldas de filete intermitente
a r» SOLDAGEM
^ U FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
10(13) / \ 
60°
1/4(3/8) 
3/8(112)
Figura 18
Exemplos de símbolos de soldas em chanfro
Figura 19
Exemplos de diversos tipos de solda e seus símbolos
4. Exercício
Desenhe o símbolo ou a solda desejada, conforme o caso.
CAPÍTUtO 2 I
TERMINOLOGIAE SIMBOLOGtA DA SOLDAGEM I
CAPÍTULO 3
PRINCÍPIOS DE SEGURANÇA EM SOLDAGEM
1. Introdução
Considerações sobre segurança são importantes em soldagem, corte e opera­
ções relacionadas a estas práticas, pois os riscos envolvidos nestas atividades são 
numerosos e podem provocar sérios danos ao pessoal, equipamentos e instalações. 
Neste capítulo serão estudados os principais riscos das operações de soldagem e 
afins e as práticas usuais para se evitar ou minimizar a ocorrência de acidentes. Além 
dessas práticas, as recomendações e instruções dos fabricantes de equipamentos 
e produtos devem ser rigorosamente observadas.
/) Um componente fundamental da segurança em soldagem e outras práticas 
industriais é o apoio, orientação e envolvimento direto das chefias e gerências, que 
devem estabelecer claramente os objetivos e o Plano de Segurança da empresa. 
Este deve considerar a seleção das áreas para operações de soldagem e corte, 
exigências de compra de equipamentos de soldagem e equipamentos de segurança 
devidamente aprovados, estabelecimento e fiscalização de normas de segurança 
internas, execução de programas de treinamento no uso do equipamento de trabalho 
e de segurança, procedimentos em caso de emergências ou acidentes, utilização 
de sinais de advertência para os perigos de cada área específica e a inspeção e 
manutenção periódica dos equipamentos e instalações.
Como diversas outras operações industriais, a soldagem e o corte de materiais 
apresentam uma série de riscos para as pessoas envolvidas. Os principais riscos 
incluem a possibilidade de incêndios e explosões, de recebimento de choque elétrico, 
de exposição à radiação gerada pelo arco elétrico e a fumos e gases prejudiciais à 
saúde. As principais causas destes riscos serão 'apresentadas em cada caso, bem 
como as formas de preveni-los.
A A SOLDAGEM
H 4 ! FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
2. Roupas de Proteção
As operações de soldagem e corte envolvem a manipulação de materiais a 
temperaturas elevadas, a exposição a uma quantidade considerável de luz e a 
outras formas de radiação eletromagnética e o contato com partículas metálicas 
incandescentes projetadas em alta velocidade (respingos). Os soldadores, expostos 
diretamente a estes riscos, necessitam de vestimentas e equipamentos próprios 
para a proteção do corpo, da cabeça e dos olhos. Estes devem permitir liberdade 
de movimentos e ao mesmo tem po cobrir e proteger adequadamente as diversas 
partes do corpo para minimizar a chance de queimaduras e outras lesões.
Roupas de raspa de couro são as mais adequadas ao soldador, devido à durabi­
lidade e resistência ao fogo. Tecidos sintéticos ou de algodão devem ser evitados, 
pois podem fundir ou pegar fogo quando expostos a calor intenso. As roupas de­
vem ser mantidas livres de graxa e óleo, pois estas substâncias podem pegar fogo 
e queimar com o seu aquecimento excessivo e, em particular, na presença de uma 
concentração elevada de oxigênio. Dobras em luvas e calça podem reter fagulhas 
ou metal quente e possibilitar a ocorrência de queimaduras. As pernas das calças 
devem sobrepor às botas (e não ser colocadas dentro destas) para evitar que 
partículas quentes caiam dentro das botas. O soldador deve usar botas de couro, 
de cano alto e com biqueira de aço.
As principais peças de vestuário usadas pelo soldador para a sua proteção incluem 
vários itens mostrados na Figura 1. Além destas, é importante o uso de óculos de 
proteção por baixo do capacete.
Figura 1
j Vestuário de proteção típico a ser usado por um soldador: (1) Avental de couro. (2) manga 
de couro. (3) luva de couro, (4) perneiras de couro, (5) sapatos de segurança. (6) capacete de 
proteção, (7) óculos de segurança. (8) ombreira de couro
3. Choque Elétrico
CAPÍTULO 3 , C
miNCiPIOS ÜE SEGURANÇA EM SOLDAGEM ‘ ♦O
Acidente por choque elétrico é um risco sério e constante nas operações de 
soldagem baseadas no uso da energia elétrica, particularmente na soldagem a arco. 
O contato com partes metálicas "eletricamente quentes" pode causar lesões ou até 
morte, devido ao efeito do choque elétrico sobre o corpo humano, ou pode resultar 
em uma queda ou em um outro acidente devido à reação da vítima ao choque.
A gravidade de um choque elétrico não está relacionada com a tensão da fon­
te que o provoca, mas sim com a intensidade da corrente que passa pela vítima, 
ao seu percurso no corpo do acidentado e à sua duração. A Tabela I apresenta os 
efeitos e sensações experimentadas por uma pessoa normal quando submetida 
a correntes de diferentes intensidades. Uma corrente acima de cerca de 80 mA, 
passando pela região torácica da vítima, pode ser fatal, provocando um fenômeno 
chamado "fibrilação do coração" e a consequente perda de capacidade deste de 
bombear o sangue.
Tabela I - Efeitos fisiológicos do choque elétrico
In t e n s id a d e da c o r r e n t e Efe it o
Até 5 mA Formigamento fraco
5 até 15 mA Formigamento forte
15 até 50 mA Espasmo muscular
50 até 80 mA Dificuldade de respiração até desmaios
80 mA até 5 A Fibrilação do ventrículo do coração; 
parada cardíaca; queimaduras de alto grau
Acima de 5 A Morte certa
A resistência interna do corpo humano é relativamente baixa (cerca de 500 Cl), sendo 
a resistência da pele, quando seca, muito mais elevada (da ordem de 105Í2). Este valor 
pode, contudo, ser grandemente reduzido quando a pele está úmida, aumentando o 
risco de choques mesmo para tensões relativamente baixas (em torno de 100 V).
Acidentes com choque elétrico podem ser divididos em duas categorias diferen­
tes: choque com a tensão de entrada (isto é, 230, 440 V) e choque com a tensão 
secundária, ou seja, o circuito de soldagem (60-100 V).
No primeiro caso, o choque tende a ser mais forte e perigoso. Pode ocorrer, 
por exemplo, ao se tocar um fio dentro de um equipamento de soldagem quando 
a alimentação de energia está conectada e ao mesmo tempo tocar na carcaça da 
máquina ou outra parte metálica. Mesmo com a máquina desligada, energia elétrica 
pode estar armazenada em dispositivos como bancos de capacitores no interior da 
máquina. Assim, apenas técnicos capacitados devem fazer reparos no equipamento 
se este não estiver funcionando adequadamente, e a carcaça da máquina deve ser 
adequadamente aterrada.
AP souMsai
H O l RmOAHBnCSETECNOtUOA
Choque com a tensão secundária ocorre quando se toca uma parte do circuito do 
eletrodo ao mesmo tempo em que outra parte do corpo está em contato com a peça 
metálica que está sendo soldada. O uso de luvas secas e de roupas de proteção para 
se isolar do circuito de soldagem minimiza o risco de choques neste caso.
^ As precauções que devem ser tomadas para se evitar o choque elétrico são: ater­
rar todo o equipamento elétrico, trabalhar em ambiente seco. manter as conexões 
elétricas limpas e bem ajustadas, usar cabos de dimensões corretas, evitar trabalhar 
sobre circuitos energizados e usar roupas, luvas e calçados secos.
Em caso de choque elétrico, o circuito deve ser imediatamente interrompido e, 
caso isto não seja possível, a vítima deve ser afastada do contato. Não se deve to­
car o acidentado diretamente, mas com um material isolante, como um pedaço de 
madeira ou tecido seco. A respiração artificial (boca-a-boca) deve ser imediatamente 
iniciada após retirar a vítima do circuito elétrico, caso se constate parada respiratória, 
e continuada até a chegada de socorro médico.
4. Radiação do Arco Elétrico
O arco elétrico é formado em gases ionizados a uma temperatura muito elevada 
e capaz de gerar radiação eletromagnética intensa .na forma de infravermelho, luz 
visível e ultravioleta. Chamas e metal quente também emitem radiação, mas com 
uma intensidade muito menor.
É essencial proteger os olhos da radiação do arco, pois esta pode causar a queima 
da retina e catarata. Mesmo uma pequena exposição à radiação do arcopode causar 
uma irritação dos olhos conhecida como "flash do soldador”. Normalmente ela só é 
sentida várias horas após a exposição, causa grande desconforto e provoca inchaço 
dos olhos, secreção de fluidos e cegueira temporária. O flash do soldador é tempo­
rário, mas exposições prolongadas ou repetidas podem levar a lesões permanentes 
nos olhos.
C A radiação do arco pode também causar queimaduras na pele, ofuscamento, fadiga 
visual e dor de cabeça. A proteção deve evitar a exposição do soldador e de terceiros 
tanto à radiação direta quanto à indireta (isto é, resultante da reflexão da radiação). 
Individualmente, o soldador deve se proteger com o uso de roupas opacas e máscaras 
com filtros de luz adequados. A máscara, usada junto com o capacete, protege ainda 
a região da cabeça contra calor, respingos, chamas e choques. Os filtros de proteção 
contra a radiação são especificados por números que indicam a sua capacidade de 
filtrar a radiação (Tabela II). A proteção de terceiros pode ser proporcionada com o 
uso de biombos e cortinas não refletoras.
r
cAFfnjun A-j 
FHNCiTOSDESEGtfiUNÇABtSOUlASa« H l
Tabela II - Lentes de proteção para operadores de soldagem e corte
Soldagem a arco elétrico
Operação Di&metro 
do Eletrodo (mm)
Corrente de 
soldagem (A)
nitro para 
proteção minima
Filtro sugerido 
para conforto
<2.5 <60 7 -
Eletrodo 2.5-4.0 6 0 -160 8 10
revestido 4.0-6.4 160 - 250 10 12
>6.4 250-550 11 14
<60 7 -
MIG-MAG 6 0 -1 6 0 10 11
Arame tubular 160 - 250 10 12
250 - 500 10 14
<50 8 10
TIG - 50 -1 5 0 8 12
150-500 10 14
<500 10 12
Goivagem -
500-1000 11 14
Soldagem e corte oxtacetltònico
Operação Espessura da chapa (mm) Filtro sugerido para conforto
Leve <3.2 4 ou 5
Soldagem Média 3.2-12.7 5 ou 6
Pesada >12,7 6 ou 8
Leve <25,4 3 ou 4
Corte Médio 25 -150 4 ou 5
Pesado >150 5 ou 6
Nos anos 1990, surgiram máscaras eletrônicas, baseadas na tecnologia de cristal 
líquido. Este tipo possui um visor que é claro quando não há arco aberto e permite 
enxergar normalmente. Quando um arco é iniciado e há emissão de radiação, o visor 
escurece em milésimos de segundo, oferecendo assim uma proteção adequada, sem 
que haja necessidade de nenhuma ação do soldador. Existem disponíveis no mercado 
diferentes modelos deste equipamento que permitem, por exemplo, ajuste manual ou 
automático do <jrau de escurecimento do visor, desligamento automático quando não 
há emissão de radiação por um certo período de tempo e célula solar para recarga da 
bateria interna. O custo das máscaras de cristal líquido é ainda relativamente elevado, 
mas com tendência de queda, com o aumento da demanda.
A n I S01MEEMHOl FUKiMMBnasEncMOiaou
5. Incêndios e Explosões
Para que se inicie um incêndio são necessários três elementos atuando 
conjuntamente: uma fonte de calor, um material combustível e oxigênio.
Na maioria das operações de soldagem e corte, o oxigênio estará presente no 
ar que circunda a solda. Além disso, oxigênio puro existirá em cilindros ou em ins­
talações centralizadas de armazenamento deste gás. O arco elétrico, a chama de 
soldagem ou os respingos atuam como fontes de calor. Assim sendo, é fundamental 
controlar e, se possível, evitar a presença de materiais combustíveis próximos à área 
de operação de soldagem para se prevenir incêndios.
b Nos ambientes industriais, inúmeros são os materiais combustíveis presentes. 
Estes podem ser sólidos, líquidos ou gasosos. Muitas vezes, materiais inflamáveis, 
como tintas, solventes, graxas e óleos, são utilizados nas imediações de áreas de 
soldagem. Assim, todo o cuidado deve ser tomado para manter estes materiais em 
recipientes adequados, tampados e afastados da área de soldagem e corte. Estopas, 
panos e papéis embebidos em solventes e outros líquidos inflamáveis devem ser 
retirados da área antes de se iniciar quaisquer dessas operações. É evidente que a 
limpeza e a organização da área de soldagem são fundamentais para a segurança.
Na soldagem de manutenção de tanques de combustível ou recipientes que 
armazenavam combustíveis ou materiais inflamáveis, muitas vezes há a formação 
de vapores explosivos. Antes de se iniciar a soldagem ou corte, estas peças devem 
ser rigorosamente limpas ou lavadas. É recomendável que sejam preenchidas par­
cialmente com água de forma conveniente a não prejudicar a soldagem.
Na soldagem a gás, pode ocorrer o fenômeno conhecido como "engolimento de 
chama", que será visto no Capítulo 11. que também pode ser causa de incêndio ou 
explosão. Este risco é minimizado pelo uso de válvulas de fluxo de sentido único.
6. Fumos e Gases
As operações de soldagem podem gerar fumos e gases que podem ser prejudiciais 
à saúde por diversos motivos. Por exemplo, vapores de zinco podem causar dor de 
cabeça intensa e febre, enquanto que vapores de cádmio podem ser fatais.
Os gases de proteção usados em alguns processos de soldagem (argônio, C02 
e misturas), não são tóxicos, mas deslocam o ar, pois são mais pesados que este e 
podem causar asfixia e morte, se forem usados em ambientes fechados.
Assim, as operações de soldagem e corte devem ser efetuadas em locais bem 
ventilados e, se necessário, devem ser usados ventiladores e exaustores. Quando 
isto não for possível, o soldador deve usar uma máscara contra gases ou equipa­
mentos de proteção respiratória.
CAPÍTULO 3 J .Q
PRINCÍPIOS OE SEGURANÇA EM SOIDAGEM
O soldador deve ficar atento para a direção tomada pela coluna de fumos gerados 
durante a soldagem e tentar se posicionar de forma a se manter afastado desta.
Sistemas de exaustão de gases podem ser acoplados às tochas de soldagem, 
mas isto encarece o custo do equipamento e aumenta o peso que o soldador precisa 
sustentar durante a operação.
7. Outros Riscos
(ò Outros riscos comuns em áreas de soldagem e operações afins são: quedas de 
objetos e ferramentas, quando da soldagem acima do nível do solo, queda de pes­
soal trabalhando em andaimes e plataformas ou locais elevados e movimentações 
de cargas no nível do solo ou elevadas. Capacetes de segurança devem sempre ser 
usados nestes casos, e cintos de segurança são recomendados quando se trabalha 
em locais elevados.
Oj Fagulhas e partículas frias ou aquecidas podem ser lançadas durante o 
esmerilhamento, limpeza e goivagem em áreas de soldagem. Acesso restrito 
e uso de biombos, óculos de segurança e proteção auricular devem ser imple­
mentados.
[> Cuidados especiais devem ser tomados com os cilindros de gás. Estes podem 
conter gases a pressão muito elevada (de até cerca de 200 atm), podendo se tornar 
projéteis pesados caso o gás escape deforma descontrolada (no caso da ruptura de 
sua válvula, por exemplo). Apenas cilindros contendo o gás de proteção adequado 
para o processo de soldagem em uso e reguladores de pressão próprios para este 
gás e sua pressão devem ser usados. As mangueiras e suas conexões devem ser 
adequadas para a aplicação e estar em boas condições de uso. Os cilindros devem 
ser mantidos em pé e presos a um suporte de forma que não possam cair. O seu 
transporte deve ser sempre feito com a proteção da válvula.
8. Recomendações Finais
0 A segurança em instalações industriais é uma tarefa coletiva. Todos devem ser 
engajados na prevenção de acidentes e conscientizados que só se consegue um 
resultado favorável na medida em que cada indivíduo se comprometa efetivamente 
com a segurança.
A maior regra de segurança continua sendo PENSE ANTES DE AGIR E AJA 
SEMPRE COM BOM SENSO. A perseverança é fundamental. Regras de segurança 
passam a ser negligenciadas e relegadas a um segundo plano com o passar do 
tempo. Somente a ATENÇÃO e ALERTA constantes podem minimizar o risco de 
acidentes.
c n «omMBiÜU RmMBITOSETECNnOeU
9. Exercícios
a) Que equipamentos de proteção individual são recomendados para a segurançade 
soldadores e operadores de soldagem?
b) Cite medidas de segurança para a proteção de instalações e equipamentos de solda­
gem.
c) Qual a diferença entre segurança pessoal e de terceiros?
d) Por que a segurança é uma tarefa coletiva?
e) Por que esforços individuais são pouco efetivos na prevenção de acidentes?
CAPÍTULO 4
0 ARCO ELÉTRICO DE SOLDAGEM
1. Introdução
O arco elétrico é a fonte de calor mais utilizada na soldagem por fusão de mate­
riais metálicos, pois apresenta uma combinação ótima de características, incluindo 
uma concentração adequada de energia para a fusão localizada do metal de base, 
facilidade de controle, baixo custo relativo do equipamento e um nívet aceitável de 
riscos à saúde dos seus operadores. Como consequência, os processos de solda­
gem a arco têm atualmente uma grande importância industrial, sendo utilizados na 
fabricação dos mais variados componentes e estruturas metálicas e na recuperação 
de um grande número de peças danificadas ou desgastadas. Este capítulo apresenta 
uma descrição geral das características do arco elétrico, em particular aquelas impor­
tantes para a sua aplicação em soldagem. A ênfase aqui será nos fenômenos físicos 
que controlam a soldagem a arco e não nos aspectos tecnológicos, industriais ou 
metalúrgicos da soldagem. Apesar de muito estudado, o arco elétrico é bastante 
complexo e os conhecimentos obtidos até agora permitem um entendimento apenas 
parcial dos fenômenos envolvidos. Algumas dessas informações serão apresentadas 
neste capítulo, de forma simplificada.
O arco elétrico consiste de uma descarga elétrica, sustentada através de um gás 
ionizado, a alta temperatura, conhecido como plasma, podendo produzir energia 
térmica suficiente para ser usado em soldagem, pela fusão localizada das peças 
a serem unidas. Atribui-se a primeira observação do arco elétrico em condições 
controladas a Sir Humphrey Davy, no início do século XIX. O termo arco foi aplicado 
a este fenômeno em função de sua forma característica resultante da convecção 
dos gases quentes gerados pelo mesmo. O limite superior de corrente em um arco 
elétrico não é bem definido, podendo atingir dezenas ou centenas de milhares de 
ampéres em certos circuitos. Para a soldagem a arco, correntes acima de 1000 A
r n ! SOLDAGEM
3 L j FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
são utilizadas no processo a arco submerso (Capítulo 16) e da ordem de 1 A ou 
inferiores são usadas na soldagem com microplasma (Capítulo 14). Os valores mais 
comuns, contudo, são da ordem de 101 a 102A.
Em soldagem, o arco, em geral, opera entre um eletrodo plano, ou aproxima­
damente plano (a peça), e outro que se localiza na extremidade de um cilindro (o 
arame, vareta ou eletrodo), cuja área é muito menor do que a do primeiro. Assim, a 
maioria dos arcos em soldagem tem um form ato aproximadamente cônico ou "de 
sino", com o diâmetro junto da peça maior do que o diâmetro próximo do eletrodo 
(Figura 1). Exceções podem ocorrer nos processos de soldagem a plasma (Capítulo 
14) e a arco submerso. No primeiro, um bocal de constrição na tocha restringe o 
arco, tornando-o aproximadamente cilíndrico. Na soldagem a arco submerso, o arco 
ocorre dentro de uma câmara cujas paredes são formadas pelo fluxo fundido que se 
expandem e contraem periodicamente. Na soldagem com eletrodo revestido (Capí­
tulo 12), o arco pode se mover rápida e de forma errática na superfície do eletrodo 
em associação com o movimento de líquidos na extremidade deste.
1 1 mm
Figura 1
Imagem do arco elétrico observado entre um eletrodo de tungsténio e um bloco de cobre em 
uma atmosfera de argônio
2. Características Elétricas do Arco
Eletricamente, o arco de soldagem pode ser caracterizado pela diferença de 
potencial entre suas extremidades e pela corrente elétrica que circula por este. A 
queda de potencial ao longo do arco elétrico não é uniforme, distinguindo-se três 
regiões distintas, como ilustrado na Figura 2.
CAPÍTULO« ro
0 ARCO ELÉTWCO DE SOLDAGEM | 3 J
D istância
Figura 2
Regiões de um arco de soldagem (esquemáticas): (a) Zona de Queda Catódica,
(b) Coluna do Arco e (c) Zona de Queda Anódica. Ia - Comprimento do arco
As regiões de queda anódica e catódica são caracterizadas por elevados gradientes 
térmicos e elétricos, da ordem de 106 °C/mm e de 103 a 105 V/mm, respectivamente, 
e as somas das quedas de potencial nessas regiões é aproximadamente constante, 
independentemente das condições de operação do arco.
A parte visível e brilhante do arco constitui a coluna de plasma, que apresenta 
gradientes térmicos e elétricos bem mais baixos que as regiões anteriores, da ordem 
de 103oC/mm e 1 V/mm, respectivamente. A diferença de potencial nesta região 
varia de forma aproximadamente linear com o comprimento do arco. Assim, para 
um dado valor de corrente de soldagem, a diferença de potencial entre o eletrodo 
e a peça é, em uma primeira aproximação, dada por (ver Figura 2):
(Eq.1)
A diferença de potencial entre as extremidades do arco, necessária para manter a 
descarga elétrica, varia com a distância entre os eletrodos, chamada de comprimento 
do arco (la), com a forma, tamanho e material dos eletrodos, composição e pressão 
do gás na coluna de plasma e corrente que atravessa o arco, entre outros fatores.
A Figura 3 mostra a variação da tensão.no arco elétrico com a corrente de solda­
gem, para três diferentes comprimentos de arco e com outros parâmetros, como 
a composição do gás de proteção, mantidos fixos. Esta curva é conhecida como 
"característica estática do arco". A curva característica do arco difere da curva de uma 
resistência comum, para a qual vale a Lei de Ohm (V = fí.l), que tem o formato de 
uma reta passando pela origem. Por sua vez, a curva do arco passa por valor mínimo
M uiusaiRJWJMiams Eiaaouw*
de tensão para valores intermediários de corrente e aumenta tanto para maiores 
còmo menores valores de correntes. O aumento da tensão para os valores elevados 
de corrente é similar ao observado em uma resistência comum. O comportamento 
encontrado para baixos valores de corrente é próprio do arco elétrico e reflete o fato 
de que. neste, a condução da corrente elétrica é feita por (ons e elétrons gerados por 
ionização térmica. Quando a corrente é baixa, existe pouca energia disponível para o 
aquecimento e ionização do meio em que o arco ocorre, resultando em uma maior 
dificuldade para a passagem da corrente e. como consequência, em um aumento da 
tensão elétrica do arco.
Corrente (A)
Figura 3
Curvas características estáticas do arco entre um eletrodo de tungsténio e um anodo do cobre
para diferentes comprimentos de arco
A Figura 4 mostra esquematicamente uma curva de variação da queda de tensão 
ao longo do arco com o seu-comprimento para dois valores de corrente. Observa-se 
uma relação aproximadamente linear entre a tensão e o comprimento do arco e que, 
quando este último torna-se muito curto, o valor da tensão não tende para zero, o 
que está de acordo com a equação 1.
CAFfTUUX e c 
OARCOaÉrmCODESOMGEM I 3 3
O
»CO
CO
c
.03
2 4 6
Comprimento do Arco (mm)
figura 4
Variação da diferença de potencial entre as extremidades de um arco de soldagem com a 
distância de separação entre elas. para diferentes níveis de corrente (dados da figura anterior)
0 plasma é constituído por moléculas, átomos, íons e elétrons. Destes, os dois 
últimos são os responsáveis pela passagem da corrente elétrica no arco. Assim, a 
estabilidade do arco está intimamente ligada às condições de produção de elétrons 
e íons, em grande quantidade. Elétrons e íons são produzidos, na coluna de plasma, 
por choques entre os constituintes desta coluna que ocorrem nas elevadas tempe­
raturas existentes nesta. Contudo, devido à sua massa muito menor, a velocidade 
dos elétrons tende a ser muito superior à dos outros constituintes e mais de90% da 
corrente elétrica do arco de soldagem pode ser transportada pelos elétrons. Desta 
forma, para manter a neutralidade elétrica do arco, elétrons adicionais precisam ser 
gerados junto ao eletrodo negativo (cátodo).
Quando o material do cátodo tem um elevado ponto de fusão (por exemplo, 
tungsténio ou carbono), neste pode-se atingir temperaturas suficientemente altas 
(acima de cerca de 3.500 K) para que ocorra a emissão termiônica dos elétrons. 
Esta forma de emissão é caracterizada por uma tensão de queda catódica (Vc) 
relativamente baixa (cerca de 5 V) e por uma região de contato do arco com o 
eletrodo (ponto catódico) relativamente difusa e estática.
Quando o material do cátodo tem uma menor temperatura de fusão (por exem­
plo, aço, alumínio e cobre), a temperatura da região catódica fica abaixo de 3.500 K, 
sendo insuficiente para gerar uma quantidade suficiente de elétrons por emissão 
termiônica. Assim, processos alternativos precisam operar. Na soldagem com um
56 SOLDAGEMFUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
cátodo de material não refratário, o mecanismo mais comum envolve a emissão dos 
.elétrons a partir de filmes de óxido existentes na superfície do material, ocorrendo a 
destruição destes filmes com a emissão dos elétrons. Este mecanismo de emissão 
("emissão a frio") é caracterizado por uma tensão de queda catódica maior (entre 10 
e 20 V), pela existência de múltiplos pontos catódicos que se movem com elevada 
velocidade na superfície do cátodo e pelo efeito de limpeza (remoção de óxido) desta 
superfície. Em particular, este efeito de limpeza é de importância fundamental na 
soldagem a arco com proteção gasosa de ligas de alumínio e magnésio (metais que 
possuem uma camada de óxido de elevada temperatura de fusão).
A possibilidade de ocorrência de diferentes mecanismos de emissão de elétrons 
junto com diferenças de composição, forma e temperatura dos eletrodos faz com 
que a polaridade dos eletrodos influencie significativamente a estabilidade do arco 
e outras características operacionais de um processo de soldagem. A estabilidade 
é importante, tanto do ponto de vista operacional quanto da qualidade da solda. Um 
arco instável é mais difícil de ser controlado pelo soldador, já que este precisa ter 
maior habilidade para mantê-lo operando e executar a solda de maneira adequada. 
Além disso, o cordão de solda obtido com um arco instável tende a ter uma forma 
mais irregular com dimensões variáveis e pode apresentar uma maior quantidade 
de porosidade, tornando-se muitas vezes inaceitável.
3. Características Térmicas do Arco
O arco de soldagem apresenta, em geral, uma elevada eficiência para transfor­
mar a energia elétrica em energia térmica e transferi-la para a peça. O calor gerado 
num arco elétrico pode ser estimado, a partir de seus parâmetros elétricos, pela 
equação:
Q = V I t (Eq. 2)
onde Q é energia térmica gerada, em Joules (J), 1/ é a queda de potencial no arco, 
em Volts (V); / é corrente elétrica no arco, em Ampéres (A), e t é o tempo de opera­
ção, em segundos (s).
Para que a ionização do plasma e, portanto, a capacidade deste de conduzir cor­
rente não sejam perdidas, altas temperaturas devem ser mantidas no arco elétrico. 
A Figura 5 mostra o perfil térmico de um arco de soldagem estabelecido entre um 
eletrodo de tungsténio e uma peça de cobre refrigerada a água, separados por 5mm, 
em atmosfera de argônio. Obviamente, esta distribuição de temperatura depende do 
processo e das condições de soldagem. Por exemplo, um aumento da corrente de 
soldagem, ocasionando uma maior geração de energia no arco, leva ao aparecimento 
de temperaturas mais altas além de aumentar as dimensões do arco. Na soldagem 
com eletrodo consumível, uma quantidade de vapor metálico pode ser incorporada 
ao arco. Como esse vapor é, em geral, mais facilmente ionizável que os gases que 
normalmente formam o arco (como o argônio e o oxigênio), a temperatura do arco 
tende a se reduzir.
CAPITULO 4 | r-j
0 ARCO ELÉTRICO OE SOLDAGEM 3 '
CAPÍTULO 4
5 mm
T
200 A 
12,1 V 18.000 K
16.000
15.000
14.000
13.000
12.000 
11.000 
10.000
í +
Figura 5
isotermas de um arco elétrico típico. V = 12 V, I = 200 A
Além de calor, o arco elétrico gera radiação eletromagnética de alta intensidade, 
nas faixas do infravermelho, visível e ultravioleta, devendo ser observado com filtros 
protetores adequados.
4. Características Magnéticas do Arco
O arco de soldagem é um condutor gasoso de corrente elétrica. Quando compa­
rado com um fio metálico, tende a ser muito mais sensível à influência de campos 
magnéticos.
Campos magnéticos são criados por cargas elétricas em movimento. Desta for­
ma, em torno de qualquer condutor elétrico percorrido por uma corrente, existe um 
campo magnético circular induzido por esta corrente.
Por outro lado, se um condutor de comprimento I, percorrido por uma corrente 
elétrica i, é colocado em uma região onde exista um campo magnético B (orientado 
perpendicularmente a I), ele experimenta uma força F, conhecida como "Força de 
Lorentz", que é dada por:
A força Fé perpendicular a ambos. Bei, e o seu sentido pode ser obtido aplicando- 
-se a "Regra do Parafuso", isto é, imaginava-se um parafuso convencional que gira 
no sentido de I para B. O sentido de F será aquele de avanço do parafuso. As forças 
de origem magnética aumentam com a corrente elétrica e, portanto, os seus efeitos 
tendem a se tornar mais intensos na soldagem com corrente elevada.
F = B IA (Eq. 3)
c o i SOLDAGEM
ü ° I f UNDAMENTOS E TECNOLOGIA
É de especial importância para a soldagem a arco a força de compressão que o 
campo magnético induzido pela corrente que passa por um condutor exerce sobre 
si próprio. Para um condutor cilíndrico, esta força, considerada na forma de pressão 
(p), é dada por:
H l2
R2
(Eq. 4)
ondepA è a pressão atmosférica, fio,(4rr.10‘7 H/m) é a permeabilidade magnética do 
vácuo, f í é o raio do condutor e r é a distância ao centro do condutor (r < R). Con­
siderando os valores comuns de corrente em soldagem, pode-se mostrar que esta 
pressão é muito pequena para causar qualquer efeito importante em um condutor 
sólido, mas que seus efeitos podem ser consideráveis no arco ou no metal fundido 
na ponta de um eletrodo durante a soldagem.
No arco elétrico, esta pressão desempenha um papel importante devido ao for­
mato cônico usual do arco (Figura 1). Devido a este formato, o valor de R junto ao 
eletrodo é menor do que o seu valor junto da peça, onde, portanto, p é menor. Esta 
diferença de pressão induz, no arco, um intenso fluxo de gás do eletrodo para a 
peça que é independente da polaridade e do tipo de corrente usados e é conhecido 
como "Jato de Plasma", Figura 6.
Eletrodo
Figura 6
Representação esquemática da formação do jato de plasma
O jato de plasma direciona os gases quentes do arco contra a peça, sendo, 
assim, um dos mecanismos responsáveis pela penetração da solda. Além disso, 
ele garante ao arco elétrico uma certa rigidez (o arco é um jato de gases) e afeta a 
transferência de metal do eletrodo para a poça de fusão (soldagem com eletrodos 
consumíveis).
CAPÍTULO 4 r g
0 ARCO ELÉTRICO DE SOLDAGEM 3 3
As mesmas forças magnéticas que atuam no arco e causam a formação do 
jato de plasma exercem uma influência similar na extremidade fundida de eletro­
dos consumíveis. Estas forças tendem a estrangular, ou apertar ("pinch"), o metal 
líquido na região em que o seu diâmetro é menor e, desta forma, podem contribuir 
para separá-lo do fio sólido (Figura 7). Este efeito, particularmente para valores de 
corrente de soldagem elevados, pode exercer um papel direto na transferência de 
metal do eletrodo para a peça.
__A __
Eletrodo
Figura 7
Efeito "Pinch" (esquemático)
Um outro efeito importante de origem magnética na soldagem a arco é o chamado 
"sopro magnético", que consistede um desvio do arco de sua posição normal de 
operação e que tende a ocorrer de uma forma intermitente e similar a uma chama 
sendo soprada. O sopro magnético resulta de uma distribuição assimétrica do campo 
magnético em torno do arco, o que causa o aparecimento de forças radiais atuando 
sobre o arco e levando à alteração de sua posição. Esta distribuição assimétrica do 
campo magnético pode ser causada por variações bruscas na direção da corrente 
elétrica (Figura 8-a) e/ou por um arranjo assimétrico de material ferromagnético em 
torno do arco, como mostrado esquematicamente nas Figuras 8-b (extremidades 
das peças) e 8-c (peças de diferentes espessuras).
r n SOLDAGEM
D U FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
(a)
Indução
magnética
Eletrodo
Direção 
do sopro 
magnético
Concentração de 
linhas de campo
Salda de 
corrente
Figura 8
Causas de sopro magnético (esquemático): (a) mudança brusca da direção da corrente na sua 
passagem do arco para a peça; (b) concentração do campo magnético na borda de uma junta 
de material ferromagnético e (c) concentração do campo no lado menos espesso de uma junta 
do mesmo tipo de material
CAPlTUlO 4
O ARCO ELÍTTtICO DE SOLDAGEM 61
O sopro magnético é quase sempre indesejável na soldagem, pois orienta o arco 
para direções que, em geral, prejudicam a penetração e uniformidade do cordão de 
solda, além de causar a instabilidade do arco e dificultar a operação.
O sopro magnético pode ser minimizado ou eliminado através de algumas me­
didas simples, entre elas:
• inclinar o eletrodo para o lado para o qual se dirige o arco;
• soldar com arco mais curto;
• usar mais de uma conexão de corrente na peça, visando balanceá-la em relação ao 
arco;
• usar corrente de soldagem mais baixa, quando possível; e
• usar corrente alternada, pois o efeito do sopro é menor.
5. Exercícios e Práticas de Laboratório
a) Por que o arco elétrico é a fonte de calor mais usada, hoje em dia, para a soldagem 
por fusão?
b) Como é possível determinar experimentalmente a soma das quedas de potencial nas 
regiões anódica e catódica?
c) Por que a corrente de soldagem é transportada principalmente por elétrons?
d) Que proporção da corrente elétrica no arco é transportada por elétrons? E por íons 
positivos?
e) Calcule quantos elétrons e íons são necessários para transportar uma corrente de 
150 A.
f) Explique como cada uma das medidas citadas no texto pode minimizar o sopro mag­
nético.
g) Estabeleça um arco elétrico de soldagem TIG sobre um bloco de cobre, refrigerado a 
água. com o eletrodo ligado ao polo negativo da fonte de energia. Meça a queda de 
tensão no arco para várias correntes de soldagem, mantendo fixos o comprimento do 
arco e o ângulo da ponta do eletrodo. Meça a tensão no arco para diferentes compri­
mentos, com a corrente e o ângulo da ponta fixos. Repita as experiências anteriores 
para diferentes ângulos da ponta do eletrodo. Trace gráficos V x I e V xjí. para cada 
ângulo. Explique o resultado das experiências.
h) Discuta qual é o significado físico da tangente à curva V x I.
i) Discuta qual é o significado físico da tangente à curva V x£
j) Determine a soma das quedas de tensão anódica e catódica.
;
.
'
CAPÍTULO 5
FONTES DE ENERGIA PARA SOLDAGEM A ARCO
1. Introdução
A soldagem a arco utiliza uma fonte de energia (ou máquina de soldagem) pro­
jetada especificamente para esta aplicação e capaz de fornecer tensão e corrente, 
em geral, na faixa de 10 a 40 V e 10 a 1.200 A, respectivamente. Nas últimas três 
décadas, ocorreu um grande desenvolvimento no projeto e construção de fontes 
para soldagem com a introdução de sistemas de controle eletrônicos nestes equipa­
mentos. Atualmente, pode-se encontrar no mercado tanto máquinas convencionais, 
cuja tecnologia básica vem das décadas de 1950 e 1960, como máquinas "eletrôni­
cas", de desenvolvimento mais recente (décadas de 1970, 1980 e 1990). No Brasil, 
a grande maioria das fontes fabricadas ainda são convencionais. Em países do pri­
meiro mundo, a situação é bastante diferente. No Japão, Europa e Estados Unidos, 
a maior parte dos equipamentos fabricados para alguns processos de soldagem a 
arco são eletrônicos.
2. Requisitos Básicos das Fontes
Uma fonte de energia para soldagem a arco deve atender a três requisitos básicos:
• produzir saídas de corrente e tensão com características adequadas para um ou mais 
processos de soldagem;
rafaellneves10
Realce
rafaellneves10
Realce
• permitir o ajuste dos valores de corrente e/ou tensão para aplicações específicas e
• controlar, durante a soldagem, a variação dos níveis de corrente e tensão de acordo 
com os requisitos do processo e aplicação.
Adicionalmente, o projeto da fonte precisa considerar os seguintes requisitos 
adicionais:
• estar em conformidade com exigências de normas e códigos relacionados com a 
segurança e funcionalidade;
• apresentar resistência e durabilidade em ambientes fabris, com instalação e operação 
simples e segura;
• ter controles/interface de fácil uso e compreensão para o usuário; e
• quando necessário, ter interface ou saída para sistemas de automação.
SOLDAGEM
i FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
3. Fontes Convencionais
3.1 - Características e stática s e d inâm icas
O funcionamento de uma fonte de energia depende fundamentalmente de suas 
características estáticas e dinâmicas. Ambas afetam a estabilidade do arco e a aplica­
bilidade da fonte para um dado processo de soldagem, mas de uma forma diferente. 
Características estáticas se relacionam com os valores médios de corrente e tensão 
de saída da fonte como resultado da aplicação de uma carga resistiva.
As características dinâmicas envolvem variações transientes de corrente e 
tensão fornecidas pela fonte em resposta a mudanças durante a soldagem. Estas 
variações envolvem, em geral, intervalos de tem po muito curtos, da ordem de 10'2 s 
ou menos, sendo de caracterização mais difícil que as características estáticas. As 
características dinâmicas são importantes, em particular, (1) na abertura do arco, (2) 
durante mudanças rápidas de comprimento do arco, (3) durante a transferência de 
metal através do arco e (4), no caso de soldagem com corrente alternada, durante a 
extinção e reabertura do arco a cada meio ciclo de corrente. As características dinâ­
micas das fontes são afetadas por: (1) dispositivos para armazenamento temporário 
de energia, como bancos de capacitores ou bobinas. (2) controles retroalimentados 
em sistemas regulados automaticamente e (3) mudanças na forma de saída da fonte. 
As duas últimas formas de controle das características dinâmicas não são usadas 
em fontes convencionais, sendo típicas de fontes com controle eletrônico.
As características estáticas da fonte são indicadas na forma de curvas caracte­
rísticas. obtidas através de testes com cargas resistivas, e que são, muitas vezes, 
publicadas pelo fabricante da fonte no seu manual. Com base na forma de sua curva
rafaellneves10
Realce
rafaellneves10
Realce
rafaellneves10
Realce
rafaellneves10
Realce
característica, uma fonte pode ser classificada como de corrente constante (Cl1) ou de 
tensão constante (CV). A Figura 1 ilustra os diferentes tipos de curva característica. 
Esta Figura ainda mostra, sobrepostas às curvas das máquinas, curvas características 
do arco (Capítulo 3) e o ponto de operação resultante das duas.
CAPÍTULO 5 ! c c
fONTES OE ENERGIA PARA SOLDAGEM A ARCO j D * 3
Tensão Tensão
Corrente Corrente 
(a) (b)
Figura 1
Curvas características de fontes mostradas juntamente com uma curva 
característica do arco. (a) corrente constante e (b) tensão constante
As fontes de corrente constante apresentam uma tensão em vazio (tensão na 
ausência de qualquer carga) relativamente elevada (entre cerca de 55 e 85 V). Na 
presença de uma carga, esta tensão cairapidamente. A inclinação ("slope") da curva 
característica tende a variar ao longo da curva, mas, na região de operação do arco, 
situa-se entre cerca de 0,2 e 1,0 V/A para fontes convencionais de Cl. Em contraste, 
máquinas modernas com saída de Cl podem ter uma inclinação quase infinita, isto 
é, uma saída quase vertical na faixa de tensões de trabalho.
Fontes de corrente constante permitem que, durante a soldagem, o comprimento 
do arco varie sem que a corrente de soldagem sofra grandes alterações. Eventuais 
curtos-circuitos do eletrodo com o metal de base não causam, também, uma eleva­
ção importante da corrente. Este tipo de equipamento é empregado em processos 
de soldagem manual, nos quais o soldador controla manualmente o comprimento 
do arco (SMAW, GTAW e PAW, ver Capítulos 12, 13 e 14, respectivamente), em 
processos mecanizados de soldagem com eletrodo não consumível (PAW e GTAW) 
e, em alguns casos, em processos semiautomáticos, mecanizados ou automáticos 
com eletrodo consumível, quando o equipamento apresenta algum mecanismo 
especial de controle do comprimento do arco.
1 Neste livro, serâo usadas as abreviaturas Cl para corrente constante e CC oara corrente contínua.
r r SOLDAGEM
0 0 | FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
Fontes de tensão constante fornecem basicamente a mesma tensão em toda a 
sua faixa de operação. A inclinação deste tipo de fonte situa-se entre cerca de 0,01 e 
0,04 V/A. Estas fontes perm item grandes variações de corrente durante a soldagem 
quando o comprimento do arco varia ou ocorre um curto-circuito. Este comportamento 
permite o controle do com prim ento do arco por variações da corrente de soldagem (a 
qual controla a velocidade de fusão do arame) em processos de soldagem nos quais 
o arame é alimentado com uma velocidade constante (por exemplo, nos processos 
GMAW e SAW, ver Capítulos 15 e 16, respectivamente). Adicionalmente, o grande 
aumento de corrente, que ocorre quando o eletrodo toca o metal de base, facilita a 
abertura do arco e possibilita a transferência do metal de adição do eletrodo para a 
poça de fusão durante o curto-circuito.
Alguns processos de soldagem a arco, como a soldagem a arco submerso (ver 
Capítulo 16), podem utilizar mais de um arame. Nesta situação, os arames podem ser 
energizados pela mesma fonte ou por fontes separadas. Quando se trabalha com corrente 
alternada, uma diferente fase da mesma fonte pode ser usada para cada arame.
3.2 - C iclo de trabalho
Os componentes internos de uma fonte de energia tendem a se aquecer pela 
passagem da corrente elétrica durante uma operação de soldagem (Figura 2). Por 
outro lado, quando o arco não está operando, o equipamento tende a se resfriar, 
particularmente quando este apresenta ventiladores internos. Assim, em uma fonte 
operando continuamente por um período longo de tempo, a sua temperatura interna 
pode se tornar muito elevada. Caso ela ultrapasse um valor crítico, dependente das 
características construtivas, o equipamento poderá ser danificado pela queima de 
algum componente ou pela ruptura do isolamento do transformador, ou poderá ter 
sua vida útil grandemente reduzida.
Temperatura
Tempo
Figura 2
Ciclos de aquecimento e resfriamento interno durante a operação de uma fonte
CAPÍTULO 5
FONTES DE ENERGIA PAHA S010AGEM A ARCO
O cicio de trabalho (ou fator de trabalho) é definido como a relação entre o tempo 
de operação (X^cc) permitido durante um intervalo de teste especificado (tTESTE, em 
geral, igual a 10 minutos), isto é:
Ct = Í aB£Q_ * -| oo% (Eq1)
{TESTE
Assim, por exemplo, uma fonte com Ct = 60% pode operar por até seis minutos 
em cada intervalo de 10 minutos.
Para uma dada fonte, o valor do ciclo de trabalho vem geralmente especificado 
para um ou mais níveis de corrente de trabalho. É importante não utilizar uma fonte 
acima de seu ciclo de trabalho de forma a evitar o aquecimento excessivo de seu 
transformador e de outros componentes. O ciclo de trabalho é um fator determinante 
do tipo de serviço para o qual uma dada fonte é projetada. Unidades industriais 
para a soldagem manual são, em geral, especificadas com Ct de 60% na corrente 
de trabalho. Para processos semiautomáticos, mecanizados ou automáticos, um 
Ct de 100% é mais adequado. Fontes de pequena capacidade, de uso doméstico 
ou em pequenas oficinas, podem ter um ciclo de trabalho de 20%.
Para se estimar o fator de trabalho de uma fonte para correntes de soldagem 
diferentes das especificadas pelo fabricante, pode-se utilizar a fórmula abaixo:
Ct, . I? = C t2 . I22 (Eq. 2)
onde os Ct's e !'s são os ciclos de trabalho e as correntes nas condições 1 e 2.
3.3 - C la ss ificação
Fontes de energia convencionais para soldagem podem ser classificadas de 
diversas maneiras. A Figura 3 mostra uma classificação apresentada por Cary no 
livro M odem VZelding Technology. Nesta, as fontes são separadas em dois grupos 
principais: (1) fontes que geram a energia elétrica no próprio local de soldagem 
pela conversão de uma dada forma de energia em energia mecânica e a conversão 
desta em energia elétrica e (2) fontes que convertem a energia elétrica da rede 
de distribuição em uma forma adequada para a soldagem. Em ambos os casos, 
a corrente elétrica pode ser fornecida para soldagem na forma alternada (CA) ou 
contínua (CC).
SOLDAGEM
FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
Movida por
motor elétrico__:_______
Transformador-
Retificador
Movida por motor 
de combustão Transformador
Método de ajuste da saída da fonte: taps, reator variável, shun 
_______ reator saturável, bobina móvel, retroalimentação, etc
CA/CC
CI/CV
Figura 3
Classificação de fontes de energia convencionais para soldagem
Outra forma de classificação é pela sua curva característica de saída: fontes de 
corrente constante (Cl) e fontes de tensão constante (CV). Fontes, ainda, podem ser 
classificadas de acordo com a suas características construtivas ou operacionais, 
como por exemplo, máquinas rotativas, unidades moto-geradoras, máquinas 
estáticas, transformadores, transformadores-retificadores, fontes para um operador, 
fontes para vários operadores etc. Aspectos adicionais importantes para a classifi­
cação e seleção de fontes de energia são a sua capacidade ou corrente nominal e 
o seu ciclo de trabalho (item 3.2).
3.4 - Construção e m étodos de controle de fontes convenciona is e státicas
Fontes convencionais que utilizam diretamente a energia elétrica da rede são forma­
das basicamente de um transformador, um dispositivo de controle da saída da fonte 
e um banco de retificadores (em equipamentos de corrente contínua). Figura 4.
Alimentação Saída
Figura 4
Diagrama de bloco de uma fonte convencional
CAPÍTULO 5 c q
FONTES DE ENERGIA PARA SOLDAGEM A ARCO ! D S
O transformador é um dispositivo que transfere energia elétrica de um circuito 
de corrente alternada para outro através de um campo magnético sem modificar 
a frequência, mas, dependendo de sua construção, levando a um aumento ou re­
dução da tensão. Em linhas gerais, um transformador é composto de um núcleo 
de chapas de aço sobrepostas e enrolado por dois segmentos de fio que formam 
os enrolamentos primário (de entrada) e secundário (de saída). Desprezando-se as 
perdas de energia e a eficiência do transformador (que podem ter um efeito consi­
derável, particularmente quando uma carga está ligada ao transformador), a razão 
entre as tensões de entrada e saída (V1 e V2) do transformador é igual à razão entre 
os números de espiras nos enrolamentos primário e secundário (N1 e N2):
Diodos, representados por são componentes eletrônicos retificadores
que apresentam valores de resistência elétrica diferentes, dependendo do sentido 
de fluxo da corrente, isto é, a resistência é muito menor em um sentido do que em 
outro. Assim, em um circuito de corrente alternada, este dispositivo permite bloquear o 
fluxode corrente em um sentido e, desta forma, retificar a corrente. Para tornar este 
processo mais eficiente, um número de retificadores são colocados em arranjos espe­
ciais (pontes), Figura 5. A corrente contínua resultante da retificação apresenta flutuações 
remanescentes. Estas flutuações podem ser reduzidas pelo uso de circuitos trifásicos 
e de bancos de capacitores ou indutores que atuam como filtros da corrente.
Ponte retificadora de onda completa para um circuito monofásico
O dispositivo para o controle da saída das fontes convencionais é, em geral, de 
acionamento mecânico ou elétrico, existindo diversas formas destes. Duas formas 
simples e muito comuns em fontes convencionais são o uso de transformadores 
com "taps" e o de transformadores de bobina móvel.
Transformadores com vários "taps", seja no primário seja no secundário do transfor­
mador, permitem um ajuste descontínuo das condições de soldagem pela variação da 
relação entre o número de espiras no primário e secundário do transformador (Figuras 
6 e 7). Fontes mais simples apresentam, em seu painel, vários bornes, e as condições 
de soldagem são selecionadas pela conexão do cabo ao borne adequado (Figura 7b). 
Em sistemas um pouco mais sofisticados, a seleção da condição de soldagem pode 
ser feita através de uma chave de várias posições. Esta forma de controle é mais usada
(Eq.3)
*
Figura 5
SOLDAGEM
FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
em sistemas pequenos e de baixo custo e não permite controle remoto ou ajuste 
•contínuo. Um sistema similar, mas que permite uma variação contínua da saída do 
equipamento, é o uso de sapatas ou contatos móveis (em geral de carvão) que, ao 
serem deslocados sobre a superfície de uma bobina do transformador, permite a 
variação das relação de espiras de forma relativamente contínua.
Tensão Tensão
Corrente Corrente 
(a) (b)
Figura 6
Ajuste das condições de soldagem por "taps": (a) fonte de corrente constante, (b) fonte de 
tensão constante
Entrada
Bornes
Saída
A lim e n ta çã o
Figura 7
(a) Diagrama de uma fonte tipo transformador com ajuste de saída por "taps” e (b) desenho 
esquemático de uma fonte deste tipo
O controle por bobina móvel é baseado no uso de um transformador, cujo núcleo 
é alongado de forma a permitir o movimento de uma bobina (normalmente o primá­
rio) em relação à outra. Como a distância entre as bobinas controla o acoplamento 
magnético destas, quanto mais afastadas as bobinas forem colocadas, menor será a 
saída da fonte, islo é, mais inclinada fica a sua curva característica (Figura 8).
CAPÍTULO 5
FONTES DE ENERGIA PARA SOLDAGEM A ARCO
(a) Corrente
Figura 8
Ajuste de uma fonte tipo transformador de bobina móvel para saída de corrente, 
(a) mínima (b) máxima, (c) Curvas características resultantes
3.5 - Fontes tipo gerador
O gerador de soldagem (ou motor-gerador) é um dos tipos mais antigos de fonte 
de energia para soldagem a arco e é, ainda hoje, uma das mais versáteis. Eles podem 
ser projetados para gerar qualquer tipo de curva característica e, embora geralmen­
te produzam corrente contínua, existem equipamentos de corrente alternada cuja 
frequência pode ser diferente da frequência da rede.
Fontes deste tipo são constituídas de um motor que gera energia mecânica a qual 
é transmitida através de um eixo ou por um sistema de correia e polias ao gerador de 
energia elétrica (Figura 9). O motor pode ser elétrico ou de combustão interna, tendo, 
como combustível, gasolina, óleo diesel, gás natural etc. Este tipo de equipamento é 
mais comumente utilizado na soldagem com eletrodo revestido no campo, particular­
mente em locais onde o acesso à rede de distribuição de eletricidade é complicado. 
São, por outro lado, equipamentos mais pesados, barulhentos e de manutenção 
mais complicada do que as fontes estáticas convencionais.
Energia elétrica
Gasolina
Óleo diesel, etc. I I
Figura 9
Diagrama esquemático de um motor-gerador
I SOLDAGEM
i FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
4. Fontes com Controle Eletrônico
Fontes convencionais estáticas (transformadores e transformadores-retificadores) 
dependem de sistemas mecânicos ou elétricos para o controle e ajuste de sua saída. 
Estas fontes pouco mudaram nos últimos quarenta anos. Estes equipamentos têm, 
em geral, um formato fixo de sua curva característica, velocidade de resposta baixa (da 
ordem de 10'1 s), insuficiente para controlar diversos eventos que ocorrem no arco e 
na transferência de metal, além de serem de difícil interação com sistemas digitais de 
controle. A partir da década de 1960 e, de forma importante, nas décadas de 1980 e 
1990, novos conceitos foram introduzidos no projeto e fabricação de fontes de energia 
para soldagem. Estes conceitos têm em comum a introdução de dispositivos eletrôni­
cos, muito mais versáteis e rápidos (Figura 10), para o controle da saída da fonte.
Figura 10
Relação entre o tempo característico de fenômenos no arco elétrico e a frequência de controle 
de vários tipos de fontes segundo Ushio, em artigo publicado na revista Trans. OfThe JWRI
Em comparação com as fontes convencionais, as fontes com controle eletrônico 
são caracterizadas por:
• Desempenho superior: apresentam resposta dinâmica e reprodutibilidade superiores 
às fontes convencionais.
• Funções múltiplas: podem possuir múltiplas curvas características, e a elevada 
velocidade de resposta permite a mudança, durante a operação, da saída da fonte' 
ou, mesmo, de sua curva característica, adequando-a, por exemplo, a eventos que 
estejam ocorrendo no arco.
• Conexão mais fácil com equipamentos periféricos e capacidade de ser programa­
da; o controle eletrônico permite que a fonte troque sinais com sensores externos, 
microprocessadores internos, computadores, robôs etc. Condições de soldagem 
"otimizadas" ou regras preestabelecidas para a seleção de parâmetros de soldagem 
podem ser armazenadas em alguma forma de memória eletrônica e usadas para 
definir a operação do equipamento.
• Redução de peso e dimensões: a introdução, na década de 1980. de fontes inversoras 
(ver abaixo) levou a uma grande redução nas dimensões do transformador devido ao 
uso de corrente alternada de alta frequência. Como o transformador é a parte de maior 
volume de uma fonte convencional, isto permitiu uma grande redução no tamanho 
da fonte.
• Maior custo e manutenção mais complexa.
Existem diferentes projetos de fontes que podem ser classificadas como de 
comando eletrônico. As formas mais conhecidas são:
• fontes tiristorizadas
• fontes transistorizadas em série ("Series regulators")
• fontes transistorizadas chaveadas ("Choppers")
• fontes inversoras ("Inverters")
CAPÍTULOS - , 0
FONTES DE ENERGIA PARA SOLDAGEM A ARCO | ' >J
4.1 - Fontes tiristorizadas
Tiristor, ou "retificador controlado de silício" (SCR), pode ser considerado como 
um tipo de diodo chaveado. A condução de corrente no sentido de baixa resistência 
elétrica do SCR só se inicia quando um pequeno sinal é enviado a uma conexão 
adicional do dispositivo que atua como um gatilho. Uma vez disparado, o dispositivo 
continua a conduzir a corrente até que esta se anule ou o seu sentido se inverta. SCRs 
podem ser usados em substituição aos retificadores comuns após o transformador 
de uma fonte de corrente contínua. Para regular a saída desta fonte, o momento de 
disparo do gatilho é controlado a cada meio ciclo de corrente (Figura 11). Assim, para 
se obter uma corrente relativamente pequena com este sistema, é necessário retardar 
o disparo do gatilho, o que pode tornar a saída da fon te distorcida. Este problema 
é minimizado pelo uso de alimentação trifásica e de filtros na forma de capacitores 
ou indutores. Estes últimos reduzem a velocidade de resposta da fonte.
4 SOLDAGEMFUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
Entrada
T ransformador
(a)
Corrente
Saída
Tempo
(b)
Figura 11(a) Diagrama esquemático de uma fonte tiristorizada monofásica, (b) Efeito do tempo de 
disparo do tiristor na forma de onda da corrente de saída
As vantagens do controle por SCR são a sua simplicidade, robustez e a possibi­
lidade de controle da saída da fonte com pequenos sinais eletrônicos. A velocidade 
de resposta do sistema é limitada pela necessidade de a corrente se anular antes 
de o gatilho poder ser novamente disparado e para se reiniciar a passagem de cor­
rente. Assim, o menor tempo de resposta que pode ser esperado com este sistema 
é de cerca de 3 a 9 ms. Mesmo com a possibilidade de distorção da saída e a baixa 
velocidade de resposta, é possível obter fontes tiristorizadas de desempenho muito 
superior que as convencionais. Em particular, é possível compensar a saída da fonte 
contra possíveis variações na rede por meio do uso de retroalimentação. Controle 
tiristorizado tem sido utilizado em fonte para soldagem SMAW com corrente contí­
nua, GMAW, GTAW pulsado ou com corrente alternada quadrada e para soldagem 
SAW (Capítulos 12, 15, 13 e 16, respectivamente).
4.2 - Fontes transistorizadas an a lóg icas ("Se rie s regulators")
O transistor é um dispositivo eletrônico cuja saída é controlada por meio do ajuste 
de uma pequena corrente passando através de uma de suas conexões (a "base” ). O
CAPÍTULO 5
FONTES DE ENERGIA PARA SOLDAGEM A ARCO
seu funcionamento pode ser explicado por meio de um sistema hidráulico análogo, 
no qual a passagem de água (a corrente) no duto principal é controlada por uma 
válvula acionada por uma pequena vazão de água em um duto secundário (a base), 
Figura 12.
Base
(a)
Figura 12
Sistema hidráulico análogo a um transistor de potência, (a) quando a corrente na Base (l6) é 
nula. o circuito principal permanece interrompido; (b) para uma corrente na base pequena, a 
corrente principal (I) é proporcional a l0; (c) para lb maior do que o seu valor de saturação lMI, a 
corrente principal passa livremente
Dependendo do valor da corrente na base e da forma como esta é variada, o 
transistor pode operar como uma resistência variável ou uma chave liga-desliga. O 
primeiro caso ocorre quando lb é mantida entre zero e l^ . Figura 12 (b). O segundo caso 
ocorre quando somente dois níveis de lb são usados (0 e l^,). Figura 12 (a) e (c).
Em uma fonte de energia analógica, transistores operando em série com um 
transformador-retificador controlam continuamente a saída da fonte através de uma 
corrente de base menor que o seu valor de saturação (Figura 13).
Controls
Figura 13
Princípio de funcionamento de uma fonte transistorizada analógica
SOLDAGEM
' U FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
4.3 - Fontes transistorizadas chaveadas ("Choppers")
Nas fontes chaveadas. os transistores trabalham como chaves (Figura 12) que são 
abertas e fechadas a uma elevada velocidade. A saída da fonte é controlada pela razão 
dos tempos em que os transistores permanecem abertos ou fechados (Figura 14).
Corrente
Tempo
Corrente
Figura 14
Técnicas de modulação para controle da saída: (a) modulação.da frequência e (b) controle da 
largura do pulso
Embora o circuito básico destas fontes (Figura 15) seja muito similar ao das ante­
riores, a utilização dos transistores no modo chaveado permite um grande aumento 
de eficiência na utilização da energia pela fonte e, em várias aplicações, a utilização de 
resfriamento a ar. A maior eficiência permite também uma construção mais simples, 
com menor número de transistores e menores dimensões, o que reduz o preço da 
fonte. O processo de chaveamento gera um ruído na saída do equipamento, mas. 
se a frequência de chaveamento for suficientemente elevada, esse ruído não tem 
nenhum efeito negativo no processo. Frequências de chaveamento de 1 a 30 kHz, 
ou mesmo superiores, são comumente usadas.
Figura 15
Princípio de funcionamento de uma fonte transistorizada chaveada
CAPÍTULO 5
FOfíTES DE ENERGIA PARA SOIDAGEM A ARCO ' '
A velocidade de resposta da fonte também depende da frequência de chaveamento. 
Fontes com alta velocidade de chaveamento são capazes de responder em poucos 
microssegundos, sendo significantemente mais rápidas do que as fontes convencionais 
de soldagem.
4.4 - Fontes inversoras
Os tipos de fontes apresentados acima usam um transformador convencional para 
reduzir a tensão da rede até o valor requerido para a soldagem. Este transformador 
opera na mesma frequência da rede (50/60 Hz). As fontes inversoras trabalham com 
um transformador muito menor, o que é possível quando a frequência da corrente 
alternada é grandemente elevada, melhorando, assim, a sua eficiência. A Figura 16 
ilustra o funcionamento básico de uma fonte inversora.
Figura 16
Princípio de funcionamento de uma fonte inversora
Nestas fontes, a corrente alternada da rede é retificada diretamente, e a corrente 
contínua de tensão elevada é convertida em corrente alternada de alta frequência 
(5 a 50 kHz, ou mais) através do inversor. Devido à sua elevada frequência, a tensão 
pode ser reduzida eficientemente com um transformador de pequenas dimensões. 
Adicionalmente, a saída da fonte é controlada atuando-se no inversor. A velocidade 
de resposta é bastante elevada, dependendo, dentre outros fatores, da frequência de 
operação do inversor. A saída do transformador é novamente retificada para a obtenção 
da corrente de soldagem contínua. Reatores ou capacitores são usados para reduzir 
o nível de ruídos da fonte. A Figura 17 compara a variação da corrente de soldagem 
durante a abertura do arco com uma fonte tiristorizada e com uma fonte inversora.
78 SOLDAGEMFUNDAMENTOS E TECNOLOOIA
Controle por Tristor Controle por Inversor
Oo
(a) (b)
Figura 17
Comparação da velocidade de subida da corrente na abertura do arco para: (a) uma fonte 
tiristorizada e (b) uma fonte fonte inversora segundo Byrd, em artigo publicado no Welding 
Journal
A elevada frequência de operação do transformador permite, nas fontes inverso- 
ras, uma significativa redução do consumo de energia elétrica. O controle da fonte 
no primário permite também uma grande redução na dissipação de energia quando 
a fonte está operando em vazio (que pode ser cerca de 80% menor do que uma 
fonte convencional).
4.5 - Fontes híbridas
Uma tendência recente tem sido a combinação dos tipos da fonte de energia 
acima descritas de modo a aumentar o desempenho a um menor custo. Cita-se, por 
exemplo, a utilização de controle por transistores na saída de uma fonte inversora 
de forma a se obter características operacionais especiais.
A Tabela I compara as características das fontes convencionais estáticas e das 
fontes com controle eletrônico.
CAPÍTULO 5
FONTES DE ENERGIA PAHA SOLDAGEM A ABCO
Tabela I - Características de fontes convencionais e eletrônicas
Tipo de Fonte Saída Eficiência
Elétrica
Características
Físicas
Custo
Relativo
Aplicações
Convencional
Fixada pelo projeto, 
resposta lenta, sem 
estabilização da rede
Razoável
Grande, pesada, 
robusta, e resis­
tente.
1 S M A W m a n u a l, 
GTAW. Uso geral.
Tiristorizada
Resposta variável, mas 
relat. lenta. Estabiliza­
ção da rede, ruído ele­
vado.
Razoável
Mais compacta do 
que fontes con­
vencionais equi­
valentes.
3
GMAW/GTAW mnnuol 
e mecanizada, SMAW 
manual. Q ualidad e 
média a alta
Analógica
Resposta muito rápi­
da, flexibilidade, preci­
sa, ausência de ruído, 
alta reprodutibilidade.
Pobre
Relat.grande, ne­
cessita refrigera­
ção de água.
6
GTAW /GMAW d« 
alta qualldad«, AAldn 
pulsadn, paaqulla n 
desenvolvlmanlo
Chaveada ou 
Híbridas
Resposta rápida, saída 
variável e reprodutível, 
estabilidade.
Muito boa
Tamanho médio, 
refrigeração pelo 
ar.
4 Quolldadn mAiJIa « 
alta, m ultlpntonamm
Inversora
Resposta rápida, saída 
variável e reprodutível, 
estabilidade.Muito boa Compacta, projeto 
complexo. 4
Qualldad« iviòilln a 
alto, multlprocmAAiiA
5. Conclusão
Existe, atualmente, um grande número de opções, em term os de modo do 
funcionamento e de custo, de fontes de energia para soldagem em uma dado npll- 
cação. Na seleção de uma fonte, itens como tipo de processo de soldagem, nlvel 
de corrente e posição de soldagem, ciclo de trabalho, disponibilidade do enerflltt 
elétrica e tipos de equipamentos auxiliares, particularmente a necessidade do In 
terfaceamento com robôs e outros dispositivos, devem ser considerados. PontOH 
adicionais que não podem ser esquecidos incluem o custo do equipamento, sun 
eficiência elétrica, facilidade ou, mesmo, disponibilidade de manutenção adequiuln 
para o tipo de fonte considerada e, ainda, a experiência e confiabilidade do seu 
fabricante e fornecedor.
H f | KOI OAGEM
" " I IIINDAMENTOS E TECNOLOGIA
6. Exercícios
a) Desenhe esquematicamente as curvas características estáticas de fontes de tensão e 
corrente constante. Para cada caso, sobreponha uma curva do arco e indique o ponto 
operacional.
b) Defina "Ciclo de Trabalho". Estime, para uma fonte de 200 A 60%, a maior corrente 
recomendada para a sua operação contínua por um longo período de tempo.
c) Você dispõe de uma fonte estática tipo transformador de corrente constante com 
uma corrente nominal/ciclo de trabalho de 160 A/60%. Desenhe a curva característica 
desta fonte e indique o tipo de corrente que ela fornece. Discuta a possibilidade de 
uso desta fonte em uma aplicação que necessita de utilização contínua da fonte por 
uma hora.
d) Você dispõe de uma fonte estática tipo transformador-retificador de tensão cons­
tante com uma corrente nominal/ciclo de trabalho de 350 A/100%. Desenhe a curva 
característica desta fonte e indique o tipo de corrente que ela fornece. Discuta a 
possibilidade de uso desta fonte em uma aplicação que necessita de uma corrente 
de 400 A.
n) Apresente, de forma simplificada, o funcionamento de uma máquina de soldagem 
rotativa e de máquina estática convencional. Discuta a aplicação de cada um destes 
tipos de máquinas.
I) ()ompare, em termos de seu funcionamento e características operacionais, uma fonte 
(iimvencional tipo transformador-retificador e uma fonte inversora.
S
CAPÍTULO 6
FUNDAMENTOS DA METALURGIA DA SOLDAGEM
1. Introdução
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 mícroestrutura resultante. Assim, a compreensão destes 
fenômenos metalúrgicos é importante em muitas aplicações da soldagem.
Neste capítulo, serão discutidos aspectos metalúrgicos relevantes para as opera­
ções de soldagem e corte térmico. Para isso, uma breve revisão de metalurgia física 
será feita. De modo geral, a discussão se baseará nos aços, embora os princípios 
básicos possam ser aplicados a outros metais e suas ligas.
H M M W N T O S E TECNOLOGM
2. Metalurgia Física dos Agos
2.1 - Relação estrutura - propriedades
Uma característica fundamental dos sólidos, e em particular dos metais, é a 
grande influência de sua estrutura na determinação de várias de suas propriedades. 
Por sua vez, a estrutura é determinada pelos processamentos sofridos pelo material 
durante a sua fabricação, isto é, pela sua "história". A Figura 1 mostra um exemplo 
deste princípio fundamental, para um aço com 0,8% de carbono, após tratamento 
térmico a 900 °C.
Velocidade de Resfriamento (°C/s)
Figura 1
Variação do (imite de escoamento com a velocidade de resfriamento de um aço com 0,8% C,
inicialmente aquecido a 900 eC por uma hora
A maioria dos processos de soldagem causa, nas partes que estão sendo unidas, 
variações de temperatura e deformações plásticas que resultam em alterações na 
estrutura dos materiais da junta sendo soldada e, portanto, de suas propriedades. 
Assim, sob certos aspectos, a soldagem pode ser considerada um tratamento ter- 
momecânico violento, cujo efeito nas características metalúrgicas do material deve 
ser cuidadosamente considerado.
Muitas dessas alterações podem comprometer o desempenho em serviço do 
r <terial. e, assim, devem ser minimizadas pela adequação do processo de soldagem 
a naterial a ser soldado ou pela escolha de um material menos sensível a alterações 
e uturais pelo processo de soldagem.
CAPtm 06 0 4
RJNDAMfNTOS DA METALURGIA DA SOLDAGEM I O J
2.2 - Níveis estruturais
0 termo estrutura pode compreender desde detalhes grosseiros (macroestrutura) 
até detalhes de organização interna dos átomos (estrutura eletrônica). A metalurgia 
física interessa-se, principalmente, pelo arranjo dos átomos que compõem as diversas 
fases de um metal (estrutura cristalina) e pelo arranjo destas fases (microestrutura). 
Diversas propriedades mecânicas e algumas das propriedades físicas e químicas dos 
metais podem ser estudadas nestes níveis estruturais. A Tabela I ilustra os diferentes 
níveis estruturais com exemplos de detalhes observados nestes níveis.
Tabela I - Níveis estruturais, exemplos de técnicas usuais de estudo e de detalhes qus podem ser 
observados
Nhrel
estrutural
Dimensões
aproximadas
Exemplos de técnicas de 
estudo
Detalhes comuns
Macroestrutura > tOOjjm Macrografia. Radiografia Segregação, trincas, camadas cementadas.
Microestrutura
lOQuma
0,1//m
Microscopia ótica (MO), micros- 
copia eletrônica de varredura 
(MEV)
Tamanho de grão. microcons- 
tituintes, microtrincas.
0,1//ma0,1nm Microscopia eletrônica de trans­missão (MET)
Precipitados submicroscópi- 
cos. células de deslocações.
Estrutura cristalina 1nma 0,1nm Drfração de raios X Células unitárias, parâmetros 
de rede, defeitos cristalinos.
Estrutura eletrônica < 0,1nm Espectroscopia de emissão ótica
Niveis atômicos, defeitos 
eletrônicos.
Observações:
(a) Esta tabela é apenas ilustrativa e a separação adotada dos níveis estruturais é arbitrária.
(b) 1/jm = 0,001 mm, 1nm = 0,001/jm.
(c) Diversos dos termos citados são discutidos ao longo do presente capitulo.
2.3 - Microestrutura dos aços
Os aços são ligas de ferro contendo carbono em teor inferior a 2% em peso (mas 
em geral, muito menor que este valor), e ainda diversos outros elementos residuais 
de seu processo de fabricação ou adicionados intencionalmente, visando a obtenção 
de certas propriedades. Quando o único elemento de liga é o carbono, têm-se os 
aços.carbono e, quando outros elementos de liga são utilizados, os aços ligados. 
De acordo com o teor de elementos da liga, os aços podem ser subdivididos em 
baixa liga (teor de liga inferior a 5%), aços média liga (entre 5 e 10% de elementos 
de liga) e aços de alta liga (com mais de 10% de liga).
0/1 SOLDAGEM
0 4 FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
Compreendem o grupo de ligas mais usadas pelo homem, pela abundância das 
matérias-primas básicas, relativa facilidade de refino, baixo custo e vasta gama de 
propriedades obtidas pela adição de elementos de liga e pelo controle de sua estrutura 
por tratamentos térm icos e mecânicos. Em particular, são também os materiais mais 
utilizados em estruturas soldadas.
Para o estudo dos efeitos da soldagem no aço, é necessário um conhecimento 
prévio de sua microestrutura e de como esta pode ser alterada pelos tratamentos 
térmicos e variações de composição química. Uma ferramenta fundamental para o 
entendimento das fases presentes em um aço e para uma primeira análise da forma­
ção de sua microestrutura, particularmente em condições de resfriamento lento, é o 
diagrama de equilíbrio Fe-C.
a) Fases e estrutura do aço resfriado lentamente
O estudo da constituição e estruturadas ligas de ferro (aços e ferros fundidos) 
deve começar com o diagrama de equilíbrio Fe-C (Figura 2). Este mostra, em função 
da temperatura e teor de carbono, as fases que podem existir e as reações entre 
elas em condições de equiiibrio nas ligas Fe-C. As suas informações se aplicam 
adequadamente para aços carbono quando a temperatura é mantida relativamente 
constante ou varia lentamente. Para aços mais complexos ou em situações em que a 
temperatura varia rapidamente, o diagrama Fe-C ainda é uma importante referência, 
mas deve ser usado com cuidado, e o efeito dos elementos de liga e das condições 
de aquecimento e, principalmente, de resfriamento nas características do material 
deve ser considerado. O diagrama de equilíbrio Fe-C fornece um conjunto de infor­
mações fundamentais para o conhecimento e compreensão dos aços carbono e de 
uma grande variedade de aços ligados.
Carbono (% peso)
Figura 2
Diagrama Fe-C, mostrando os constituintes em equilíbrio nos aços (esquemático)
CAFITU106 g r 
fUNOAMEtíTCS DA WETAIURSA DA SOI OAKM 0 3
As fases representadas neste diagrama são: líquido, austenita (y ). ferrita { a e ó ) e 
cementita (Fe3C). A ferrita é essencialmente puro ferro com uma estrutura cristalina 
cúbica de corpo centrado (CCC), que pode conter traços de carbono em solução 
sólida. A cementita é um carboneto de.ferro de estrutura ortorrômbica. Estas duas 
seriam as fases existentes no aço carbono abaixo de 727 °C. Para temperaturas 
mais elevadas (acima da linha GSE, Figura 2), o ferro existe em uma outra estrutura 
cristalina (cúbica de face centrada - CFC) que é capaz de dissolver maiores quanti­
dades de carbono, sendo conhecida como austenita.
Durante o seu resfriamento, a austenita se torna instável abaixo da linha GSE 
(Figura 2) e começa a se transformar em ferrita (aços com menos de 0,8%C) ou em 
cementita (aços com teor de carbono superior a 0,8%). Abaixo de 727 °C, em ambos 
os casos, a austenita remanescente transforma-se diretamente em uma mistura 
de ferrita e cementita (esta transformação é conhecida como "reação eutetoide” ). 
Quando a velocidade de resfriamento é suficientemente baixa, a mistura formada 
tem um arranjo característico de camadas (ou lamelas) alternadas de ferrita e ce­
mentita, formando um constituinte típico dos aços que é denominado de perlita. 
Assim, um aço carbono com teor de carbono inferior a 0,8% (aço hipoeutetoide) 
resfriado lentamente teria uma microestrutura de ferrita e perlita, um aço com mais 
de 0,8%C (aço hipereutetoide) seria formado por cementita e perlita, e um aço com 
0,8%C (aço eutetoide) seria formado somente de perlita.
Em geral, a fe rrita é macia, dúctil e tenaz, enquanto que a cem entita é 
extremamente dura e frágil. A perlita, formada por estas duas fases, apresenta uma 
dureza relativamente elevada e uma baixa tenacidade. Assim, aços com maior teor 
de carbono tendem a apresentar um maior teor de constituintes duros (perlita e 
cementita), possuindo, como consequência, maiores valores de dureza e resistência 
mecânica, mas menores ductilidade e tenacidade.
b) Fases metaestáveis e diagramas de transformação
Quando a velocidade de resfriamento aumenta, a temperatura na qual a austenita 
começa a se transformar torna-se menor. Menores temperaturas de transformação 
implicam menor mobilidade atômica e, portanto, maior dificuldade para a separação 
dos átomos de ferro e de carbono para a formação da ferrita e do carboneto de fer­
ro nas camadas características da perlita. Além disso, a presença de elementos de 
liga no aço também tende a dificultar a formação da perlita, pois torna necessária a 
redistribuição de um maior número de elementos químicos. Assim, um aumento da 
velocidade de resfriamento ou a presença de elementos de liga levam inicialmente 
à formação de uma perlita mais fina (menor separação entre as camadas de ferrita e 
cementita para menores temperaturas de transformação). Para uma temperatura de 
transformação suficientemente baixa (em torno de 500 °C ou menos), a estrutura la­
melar típica da perlita não é mais formada, podendo aparecer, no aço, um novo
O C I SOLDAGEM
° 0 FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
constituinte, conhecido com o bainita, form ado por grãos alongados de ferrita 
com uma fina dispersão de carbonetos. A bainita tende a conferir uma elevada 
resistência mecânica ao aço e, em algumas situações, permite a manutenção de 
uma boa tenacidade. Existem atualmente classes de aços estruturais com microes- 
trutura bainítica obtida através da adição de elementos de liga ou por tratamentos 
térmicos especiais.
Para velocidades de resfriamento suficientemente elevadas, a reação eutetoide 
é inibida e uma fase nova, não prevista pelo diagrama Fe-C, a martensita, pode ser 
formada. A martensita apresenta uma elevada dureza que aumenta fortem ente com 
o seu teor de carbono, ao mesmo tempo que se torna extremamente frágil. Quando 
observada em uma seção polida e atacada de uma amostra de aço, a martensita 
tem um aspecto típico de agulhas ou lâminas. A Figura 3 mostra, de uma forma 
esquemática e simplificada, a evolução da microestrutura de um aço em função de 
sua velocidade de resfriamento a partir da condição austenítica.
Velocidades de Resfriamenro Crescentes
Microestrutura
Ferrita Ferrita
+ + Bainita Martensita
Perlita Perlita
(Grossa) (Fina)
Figura 3
Microestrutura de um aço em função da velocidade de resfriamento após austenitização
(diagrama esquemático)
De um modo geral, pode-se afirmar que, quanto menor a temperatura de transformação 
e maior o teor de carbono, mais dura e frágil é a microestrutura. Na soldagem por fusão, 
a velocidade de resfriamento varia com a energia cedida durante a soldagem por unidade 
de comprimento da solda, com a temperatura inicial da peça e com a sua espessura e 
geometria. Este fato é muito importante, pois pode limitar a faixa de energia utilizável na 
soldagem de um componente de aço em que se necessita uma alta tenacidade.
A microestrutura formada em função da velocidade de resfriamento (ou da tempera­
tura de transformação) em um dado aço pode ser obtida a partir de diagramas de 
transformação deste aço. Estes diagramas são obtidos experimentalmente para 
transformações de temperaturas constantes (Diagramas I I I ) ou para transforma­
ções durante um resfriamento contínuo (Diagramas TRC) e mostram a evolução 
da microestrutura em função da temperatura e do tempo de resfriamento. Embora
CAPÍTULO 6
FUNDAMENTOS ÜA METALURGIA DA SOLDAGEM
tenham sido desenvolvidos originalmente para transformações após austenitização a 
temperaturas relativamente baixas (tratamento térmico convencional), já existem diagra­
mas de transformação aplicáveis à soldagem. A Figura 4 mostra, de forma esquemática, 
a aparência de um diagrama TRC.
Figura 4
Diagrama TRC esquemático. Neste diagrama, estão sobrepostas duas curvas de resfriamento 
que resultam na formação de uma microestrutura de (a) ferrita e perlita e de (b) manensita
c) Elementos de liga
A adição balanceada de elementos de liga permite a obtenção de uma variedade 
de tipos de aços com diferentes propriedades mecânicas, químicas, magnéticas, 
elétricas e térmicas. Estruturalmente, pode-se considerar que os elementos de liga 
atuam em dois aspectos fundamentais: termodinâmico e cinético.
No primeiro aspecto, um elemento de liga pode alterar a estabilidade relativa das 
fases do aço ou mesmo tornar estável uma outra fase. Por exemplo, o níquel é um ele­
mento estabilizante de austenita e, quando presente em teores superiores a um certo 
nível, torna esta fase estável até a temperatura ambiente. Nióbio, vanádio e titânio 
reagem fortemente com o carbono e, quando presentes em pequenas quantidades 
(menos de 0,1%) em um aço baixo carbono, promovem a formação de partículas de 
carbonetos de grande estabilidade, que podem existir sem sedissolver na austenita 
a temperaturas de cerca de 1.000 °C. Estes carbonetos, juntamente com a aplicação 
de tratamentos termomecânicos adequados, são fundamentais para a obtenção dos 
chamados aços microligados ou aços de alta resistência e baixa liga, caracterizados 
por um reduzido tamanho de grão e uma elevada resistência mecânica.
Como já foi dito, a maioria dos elemento's de liga reduz a velocidade de transfor­
mação da austenita ou, em outras palavras, aumenta a sua temperabilidade. Este 
efeito pode ser diferente para os diversos constituintes, assim, a adição de elementos 
de liga pode favorecer a formação de um constituinte, em prejuízo de outro.
o n SOLDAGEM
0 ° FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
Ao entrar em solução sólida em uma fase, um elemento de liga pode alterar as 
propriedades desta fase. Em particular, a resistência mecânica é, em geral, aumen­
tada e sua ductilidade diminuída.
2.4 - Mecanismos de aumento de resistência mecânica
A resistência mecânica dos aços pode variar enormemente, de cerca de 200 até 
2.000MPa. Como em outros metais, existem para os aços diversos mecanismos de 
endurecimento, dos quais podem-se citar: deformação a frio, formação de solução 
sólida, formação de constituintes mais resistentes, endurecimento por precipitação 
e refino de grão. Destes, o refino de grão é particularmente importante por produzir, 
simultaneamente, uma melhoria de ductilidade e tenacidade.
3. Fluxo de Calor
Na maioria dos processos de soldagem, a junta precisa ser aquecida até uma 
temperatura adequada. Em particular, na soldagem por fusão, trabalha-se com fon­
tes de calor de elevada temperatura (2.000 a 20.000°C) e concentradas (como, por 
exemplo, o arco elétrico, cuja intensidade atinge cerca de 8x108W /m 2), as quais, 
ao serem deslocadas ao longo da junta, resultam na formação da solda pela fusão 
e solidificação localizadas da junta. Esta aplicação concentrada de energia gera, em 
pequenas regiões, temperaturas elevadas, altos gradientes térmicos (102 a 103 cC/mm), 
variações bruscas de temperatura (de até 103 °C/s) e, consequentemente, extensas 
alterações de microestrutura e propriedades, em um pequeno volume de material.
O fluxo de calor na soldagem pode ser dividido, de maneira simplificada, em duas 
etapas básicas: fornecimento de calor à junta e dissipação deste calor pela peça.
Na primeira etapa, um parâmetro importante para caracterizar o processo é a 
energia de soldagem (aporte térm ico ou heat input) definida como a quantidade 
de energia fornecida à junta por unidade de com prim ento da mesma (Figura 5). Na 
soldagem a arco, pode-se considerar o arco como a única fonte de calor, e a sua 
energia de soldagem pode'ser expressa por:
onde H é a energia de soldagem (J/mm), r\ é a eficiência térmica do processo, V é a tensão 
no arco (V), I é a corrente de soldagem (A), e v é a velocidade de soldagem (mm/s).
CAPÍTULO 6 Q Q
fUNDAMfNIOS DA METALURGIA OA SOLDAGEM 0 3
Figura õ
Conceito de energia de soldagem. P = (r|.V.!.) é a potência dissipada no arco e cedida à peça, t
é o tempo e L é o comprimento da solda
Na segunda etapa, a dissipação do calor ocorre principalmente por condução, na peça, 
das regiões aquecidas para o restante do material. A evolução de temperatura em dife­
rentes pontos, devido à soldagem, pode ser estimada teórica ou experimentalmente.
Cada ponto do material localizado próximo à junta experimentará uma diferente 
variação de temperatura devido à passagem da fonte de calor, como mostra a Figura 
6. Esta curva é chamada de "ciclo térm ico de soldagem" e pode ser considerada 
como o "tratamento térm ico" que o ponto sofreu durante a soldagem.
Ciclo térmico de soldagem (esquemático). Ver texto para a definição dos itens mostrados na 
figura
São características importantes do ciclo térmico de soldagem:
• Temperatura de pico (T ): é a temperatura máxima atingida pelo ponto. A temperatura 
de pico indica a possibilidade de ocorrência de transformações microestruturais, 
determinando, assim, a extensão da região afetada pelo calor durante a soldagem.
Q n SOLDAGEM
^ U FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
Tb diminui com a distância ao centro da solda e pode ser estimada, para soldas de 
um passe e penetração total, pela expressão:
T „-Tn
= 4,133Ac7? +
H Tf -T0 (Eq. 2)
onde p é a densidade do material; c ê o seu calor específico; h é a espessura da 
peça; y é a distância do ponto considerado à linha de fusão (local em que Tp é igual à 
temperatura de fusão); Tt é a temperatura de fusão do material; T0 é a temperatura 
inicial e H é a energia de soldagem. A Figura 7 mostra esquematicamente a variação 
da temperatura de pico com a distância ao centro do cordão de solda, na direção 
perpendicular a este para dois níveis de energia de soldagem.
• tempo de permanência (fc) acima de uma temperatura crítica: tempo em que o ponto 
fica submetido a temperaturas superiores a uma temperatura mínima (temperatura 
crítica, T) para ocorrer uma alteração microestrutural ou de propriedades significativas 
no material.
• velocidade de resfriamento (cj>): é obtida pela derivada (ou inclinação) em uma de­
terminada temperatura (T) da curva de resfriamento. Alternativamente, é comum 
caracterizar o resfriamento de uma solda pelo tempo necessário (A t^ j) para a solda 
se resfriar de uma dada temperatura (T,) até outra <T2). Para a soldagem de aços, as 
temperaturas consideradas são, em geral. 800 e 500 °C (Ataç).
Figura 7
Curvas esquemáticas de repartição térmica em soldas realizadas com diferentes energias de
soldagem (H, e H2)
Esta última característica é particularmente im portante na soldagem dos aços 
carbono, pois estas ligas, quando aquecidas a tem peraturas elevadas, são aus- 
tenitizadas na região da solda e, no resfriamento, os produtos da transformação 
da austenita dependem fortem ente das condições de resfriamento, como já foi 
ressaltado na seção 2.
Os ciclos térmicos de soldagem e a repartição térmica dependem de diversas 
variáveis, entre elas:
FUNDAMENTOS DA METALURGIA DA SOLDAGEM |
I
CAPITULO 6
• tipo de metal de base: metais e ligas de elevada condutividade térmica, como o cobre 
e o alumínio, dissipam rapidamente o calor da região da solda para o restante da peça, 
o que torna mais difícil a formação da poça de fusão. Por outro lado, materiais com 
menor condutividade térmica tendem a apresentar gradientes térmicos mais abruptos 
no aquecimento e menores velocidades de resfriamento. Nestes materiais, a energia 
térmica é melhor aproveitada para a fusão localizada necessária à soldagem.
• geometria da junta: considerando todos os outros parâmetros idênticos, uma junta em 
T possui três direções para o fluxo de calor, enquanto uma junta de topo possui apenas 
duas, como mostra a Figura 8; logo, juntas em ângulo tendem a esfriar mais rapidamente.
(a) (b)
Figura 8
Direções para escoamento do calor em juntas (a) de topo e (b) em ângulo (ouT)
• Espessura da junta: Para uma mesma condição de soldagem, uma junta de maior espes­
sura facilita o escoamento do calor da região da solda. Assim, quanto mais espessa a 
junta, mais rapidamente esta tenderá a se resfriar durante a soldagem até uma espessura 
limite acima da qual a velocidade de resfriamento independe da espessura. Para esta 
última condição de resfriamento, o tempo de resfriamento da solda entre 800 e 500 °C 
(At^) pode ser estimado pela expressão:
Aí,
H
8 /5 2 n k
1 1
500 -7"n 800-7 ;0
(Eq. 3)
onde k é a condutividade térmica do material, e os outros termos têm o mesmo 
significado usado anteriormente.
Energia de soldagem e temperatura inicial da peça: a velocidade de resfriamento 
diminui com o aumento destes dois parâmetros, e a repartição térmica torna-se mais 
larga. Do ponto de vista operacional, estes dois parâmetros são aqueles que podem 
ser mais facilmente alterados pelo pessoal responsável pelaoperação de soldagem. 
Isto é muito importante pois a seleção adequada destes permite um certo controle 
sobre a velocidade de resfriamento da região da solda e. portanto, sobre a sua mi- 
croestrutura e propriedades.
SOLDAGEM
FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
4. Macroestrutura de Soldas por Fusão
A curva de repartição térmica perm ite definir, para uma solda por fusão, três 
regiões básicas (Figura 9):
• Zona Fundida (ZF): regiào onde o material fundiu-se e solidificou-se durante a operação 
de soldagem. As temperaturas de pico desta região foram superiores à temperatura 
de fusão (Tf) do metal de base;
• Zona Termicamente Afetada (ZTA) ou Zona Afetada pelo Calor (ZAC): região não fun­
dida do metal de base que teve sua microestrutura e/ou propriedades alteradas pelo 
ciclo térmico de soldagem. As temperaturas de pico nesla região foram superiores à 
temperatura crítica do material em questão e inferiores à sua temperatura de fusão; e
• Metal de Base (MB): 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.
Tp
V f
\ j c
K c Ib . 'w - v^Â / B ] C ) Y
Figura 9
Regiões de uma solda por fusão (esquemática). A - Zona Fundida (ZF),
B - Zona Termicamente Afetada (ZTA) e C - Metal de Base (MB)
O ciclo térmico de soldagem influencia de forma importante as reações e altera­
ções estruturais que ocorrem em uma dada região do material devido ao processo de 
soldagem. A Figura 10 mostra esquematicamente as reações e alterações esperadas, na 
soldagem a arco de um aço de baixo carbono, para um ponto situado na zona fundida.
Figura 10
Diagrama esquemático mostrando diferentes alterações que podem 
ocorrer na zona fundida de uma solda em um aço de baixo carbono
CAPITULO b n o
FUNDAMENTOS OA METALURGIA DA SOLDAGEM .
CAPÍTULO 6
5. Características da Zona Fundida
5.1 - Características da poça de fusão
Nos processos de soldagem por fusão, a zona fundida pode ser formada sob as 
mais diversas condições. Nos processos mais comuns, isto é, na soldagem a arco 
com eletrodo consumível, o metal de adição fundido é transferido para a poça de fusão 
na forma de gotas, aquecidas a temperaturas muito elevadas, acima de 2.000 °C, no 
caso de aços.
Nas partes mais quentes da poça de fusão, localizadas logo abaixo do arco, o 
metal de adição é misturado, sob intensa agitação, ao metal de base fundido. Na 
parte posterior da poça, a temperatura cai e ocorre a solidificação. Nas regiões 
superaquecidas ocorre uma intensa interação do metal fundido com os gases e 
escórias presentes na região do arco. Estas interações envolvem a absorção de 
gases (por exemplo, hidrogênio pelo aço, alumínio ou cobre), a redução de óxidos, 
com a transferência de oxigênio para o metal, a transferência de elementos de liga e 
impurezas do metal fundido para a escória, ou vice-versa, e a volatilização de alguns 
elementos (por exemplo, Zn, Cd, Cr e Al).
A composição química final da ZF depende da intensidade destas interações, 
das composições químicas do metal de base e de adição e da participação relativa 
destes na formação da ZF. Esta participação relativa é conhecida como "coeficiente 
de diluição" ou, simplesmente, como "diluição" (5), como definida abaixo:
A diluição pode ser medida em macrografias da seção transversal de soldas, 
como mostra a Figura 11. Seu valor pode variar entre 100% (soldas sem metal de 
adição) e 0% (brasagem).
Massa fundida do metai base
x 100 {%) (Eq.4)
Massa total do cordão de solda
(a) (b)
Figura 11
Diluição medida na seção transversal de (a) um cordão depositado sobre chapa e (b) uma solda 
de topo
Q A I SOLDAGEM
fUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
O controle da diluição é importante na soldagem de metais dissimilares, na 
deposição de revestimentos especiais sobre uma superfície metálica, na soldagem 
de metais de composição química desconhecida, caso muito comum em soldagem 
de manutenção, e na soldagem de materiais que tenham altos teores de elementos 
prejudiciais à zona fundida, como o carbono e o enxofre.
Na parte posterior da poça de fusão, a temperatura cai até a temperatura de 
início da solidificação do material. Esta queda de temperatura faz com que diversas 
reações que ocorreram nas regiões mais quentes ocorram agora em sentido contrá­
rio. O material pode ficar supersaturado de gases em solução, como o hidrogênio 
e o nitrogênio, devido à redução de sua solubilidade com a queda de temperatura 
e a solidificação, como ilustra a Figura 12. A evolução destes gases pode causar a 
formação de porosidade na solda.
E.
OT3
B3OCO
Temperatura (°C)
Figura 12
Variação da solubilidade do hidrogênio no ferro líquido e sólido
A solubilidade do oxigênio no aço líquido também cai com a temperatura, e este 
passa a reagir com outros elementos. O produto destas reações pode ser um gás 
(por exemplo, C+0->C0(g)), que pode causar porosidade; um sólido ou um líquido 
insolúvel na poça que, se for capturado pela frente de solidificação, resultará em 
inclusões na solda. A formação de porosidade, devido a reações do oxigênio com o 
carbono e a formação de inclusões, sua forma, tamanho e quantidade, dependem 
do processo e do procedimento de soldagem, da composição do meio de proteção 
da poça de fusão e do arco (gases e escórias) e das composições do metal de base 
e de adição, em particular, do teor de elementos desoxidantes.
A extensão das reações que ocorrem na poça de fusão depende, também, das 
características químicas da escória em contato com o metal líquido, quando esta é 
usada. Por exemplo, na soldagem a arco submerso, o teor final de oxigênio na solda 
e, portanto, o volume de inclusões, tende a diminuir com o aumento da proporção 
de óxidos básicos na composição do fluxo, como mostra a Figura 13. Nesta figura, o 
termo "índice de Basicidade" é uma relação entre os teores (em %peso) dos óxidos 
básicos e os óxidos ácidos existentes no fluxo da seguinte forma:
CAPÍTULO 6 n r
fUNOAMEKTOS OA METAIUBHA OA SOLDAGEM S 3
CdC) + MgO + A/ ^ 2 O + K^C) + Cdf~2 +1 /2 [FbO + MnO}
SÍO2 + + T1O2 + 2VO2j |jTq gj
índicc de Baslcidade
Figura 13
Efeito da basicidade da escória no teor de oxigênio da zona fundida
5.2 - Solidificação da poça de fusão
Na parte posterior da poça de fusão, 0 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. Embora, em muitos aspectos, um pas­
se de solda possa ser considerado como uma pequena peça fundida, esse possui 
características próprias que resultam em diferenças significativas em termos da 
estrutura de solidificação e, consequentemente, de propriedades.
A Figura 14 ilustra a estrutura de solidificação típica de um lingote ou peça fundi­
da. A região mais externa (zona coquilhada) é formada no início da solidificação da 
peça, quando existe uma grande diferença de temperatura entre o molde e 0 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. 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. Como consequência, o número de 
novos grãos nucleados é fortem ente reduzido e 0 sólido passa a ser formado prin­
cipalmente pelo crescimento de grãos já existentes em direção ao líquido. Como 
resultado, os grãos assumem o formato colunar característico desta zona. Nas etapas 
finais da solidificação, a rejeição de solutos e impurezas,que ocorre durante toda a 
solidificação, causa 0 aparecimento de inclusões e de outros pontos que facilitam a
ocorrência da nucleaçáo de novos grãos. Além disso, na parte central da peça, onde 
a solidificação final, em geral, ocorre, o calor é extraído de forma aproximadamente 
igual em todas as direções. Desta forma, os novos grãos formados tendem a crescer 
com um formato equiaxial, resultando na zona central.
SOLDAGEM
FUNDAMENTOS E TECNOLOGIAI
Zona Coquilhada 
Zona Colunar 
Zona Central
Figura 14
Seção transversal esquemática de uma peça fundida, mostrando as suas três regiões
características
Em um cordão de solda, o metal líquido da poça de fusão em contato com o 
metal de base (a "parede do molde") não é fortemente superresfriado pois o metal 
de base foi aquecido até a sua temperatura de fusão pela fonte de calor. Assim, a 
formação de um grande número de novos grãos não tende a ocorrer, a zona coqui­
lhada não é formada e o cordão de solda é constituído predominantemente por uma 
zona colunar. Na soldagem com elevada energia de soldagem, quando a poça de 
fusão apresenta grandes dimensões, uma zona central pode ser formada, contudo, 
na maioria das aplicações esta não é formada.
Como a formação de novos grãos é muito limitada, o início da solidificação na 
poça de fusão ocorre principalmente peio crescimento de grãos do metal de base 
que estão na linha de fusão (fronteira entre a ZF e a ZTA), assegurando a continuidade 
metalúrgica entre a ZF e a ZTA (Figura 15).
Figura 15
Metalografia da região de transição entre a ZTA e ZF de um aço inoxidável ferritico mostrando 
a continuidade de grãos da ZTA na ZF. Aumento: 100X
Devido às elevadas velocidades de solidificação em soldagem, a segregação 
(variação de composição entre diferentes pontos do material solidificado ocasionada 
pela solidificação) ocorre em menor escala do que em um lingote ou peça fundida. 
Esta segregação, contudo, é suficiente para causar variações localizadas de micro- 
estrutura, propriedades, e, mesmo, problemas de fissuração, particularmente, no 
centro do cordão.
Como as peças fundidas em geral, a zona fundida é caracterizada por uma estru­
tura primária de grãos colunares e grosseiros. Este tipo de estrutura pode conferir 
uma menor tenacidade ao material.
CAPÍTULO 6 Q 7
FUNDAMENTOS DA METALURGIA DA SOLDAGEM , “ '
5.3 - Formação da estrutura secundária
Após sua solidificação, a zona fundida pode sofrer ainda alterações até o resfriamento 
final à temperatura ambiente (ver Figura 10). Estas alterações podem incluir, por exemplo, 
o crescimento de grão, a formação de carbonetos, nitretos e outras fases intermetálicas 
e a transformação de uma fase em outra(s). Nos aços carbono e aços de baixa liga, por 
exemplo, a poça de fusão normalmente se solidifica como ferrita delta, que logo se 
transforma em austenita. Com o seu resfriamento, esta se transforma em uma mistura 
complexa de constituintes, em função de fatores como o tamanho de grão austenítico, 
composição química, velocidade de resfriamento e composição, tamanho e quantidade 
de inclusões.
Na soldagem com vários passes destes aços, a microestrutura é ainda mais com­
plexa, pois cada passe pode afetar os passes imediatamente abaixo, causando a sua 
reaustenitização e subsequente transformação desta no resfriamento e, assim, alterando 
(refinando) parcialmente a sua microestrutura. A Figura 16 ilustra este efeito em uma 
solda de vários passes de um aço carbono.
0 1 * 2 3
-----------------1 1-1------------------1
cm
Figura 16
Macrografia de uma solda de vários passes realizada em um aço de baixo carbono
As propriedades da zona fundida dependerão de sua estrutura final, incluindo as micro- 
estruturas de solidificação e a secundária, bem como a presença de descontinuidades.
6. 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 (Figuras 6 e 7). De acordo com o tipo de metal que está sendo 
soldado, os efeitos do ciclo térmico poderão ser os mais variados. No caso de me­
tais não transformáveis (por exemplo, o alumínio ou o cobre) no estado recozido, 
a mudança estrutural mais marcante será o crescimento de grão. Caso ò material 
esteja encruado, a ZTA apresentará, além de uma região de crescimento de grão 
adjacente à ZF, uma região recristalizada localizada um pouco mais afastada.
Em metais transformáveis, a ZTA será mais complexa. No caso dos aços carbono 
e aços baixa liga, esta apresentará diversas regiões características, ilustradas na 
Figura 17 e discutidas a seguir:
Figura 17
Estrutura da ZTA de um aço de baixo carbono (esquemática). A - Região de crescimento de 
grão. B - Região de refino de grão. C - Região intercrftica. Ver texto para uma explicação desta 
figura
CAFtnODS QQ 
FUN0AM£N7DS DA METAlUBíaA QA SOtDAféM I 3 3
6.1 - Região de crescimento de grão
Compreende a região do metal de base mais próxima da solda e que foi sub­
metida a temperaturas entre cerca de 1.200 °C e a temperatura de fusão. Nesta 
situação, a estrutura austenítica sofre um grande crescimento de grão. Este cres­
cimento dependerá do tipo de aço e da energia de soldagem (processos de maior 
energia resultarão em granulação mais grosseira). A estrutura final de transforma­
ção dependerá do teor de carbono e de elementos de Siga em geral, do tamanho 
de grão austenítico e da velocidade de resfriamento. A granulação grosseira da 
austenita dificulta a sua transformação durante o resfriamento (isto é, aumenta a 
sua temperabilidade), o que pode ser acentuado se o aço for ligado ou tiver um 
maior teor de carbono. De um modo geral, esta região é caracterizada por uma 
estrutura grosseira, com a ferrita apresentando uma morfologia em placas e a pre­
sença de bainita. Condições de soldagem que resultem em uma maior velocidade 
de resfriamento, particularmente em aços ligados ou corp maior teor de carbono, 
podem resultar, nesta região, em uma estrutura completamente martensítica. 
Esta região tende a ser a mais problemática da ZTA de um aço. podendo ter baixa 
tenacidade e ser um local preferencial para a formação de trincas. Para um dado 
material, espessura e tipo de junta, as condições de resfriamento e, portanto, a 
microestrutura desta região, poderão ser ajustadas pela seleção adequada das 
condições de soldagem, particularmente a energia de soldagem e a temperatura 
de pré-aquecimento da junta.
6.2 - Região de refino de grão
Compreende a porção da junta aquecida a temperaturas comumente utilizadas 
na normalização dos aços ou um pouco acima destas (900 até cerca de 1.200°C). 
Após o processo de soldagem, esta região é caracterizada, geralmente, por uma 
estrutura fina de ferrita e perlita, não sendo problemática na maioria dos casos.
6.3 - Região intercrítica
Nesta região, a temperatura de pico varia entre 727°C (temperatura eutetoide) 
e a linha A3 (linha GS, na Figura 2), sendo caracterizada pela transformação parcial 
da estrutura original do metal de base. Nesta faixa de temperatura, somente uma 
parte do material é austenitizada e, portanto, alterado pelo ciclo térmico. Em alguns 
casos, particularmente na soldagem com vários passes, constituintes de elevada 
dureza e baixa tenacidade podem se formar nesta região.
Regiões mais afastadas do cordão de solda, cujas temperaturas de pico foram infe­
riores a 727° C, apresentam mudanças microestruturais cada vez menos perceptíveis.
1 n n SOLDAGEM
1 U U , FUNDAMENTOS £ TtCNOLOGIA
7. Descontinuidades Comuns em Soldas
Neste texto, será considerado como descontinuidade uma interrupção ou uma 
violação da estrutura típica ou esperada de uma junta soldada. De acordo com as 
exigências de qualidade para a junta soldada (baseadas em normas ou em um con­
trato),uma descontinuidade pode ser considerada como prejudicial para a utilização 
futura da junta, constituindo-se, desta forma, em um defeito e exigindo ações cor­
retivas. Devido ao alto custo dessas ações, a presença de defeitos deve sempre ser 
evitada. Apresenta-se a seguir uma classificação das descontinuidades em soldas, 
baseada no livro Welding Inspection, da American Welding Society, que considera 
três categorias básicas de descontinuidades:
• Descontinuidades dimensionais
- Distorção
- Dimensões incorretas da solda
- Perfil incorreto da solda
• Descontinuidades estruturais
- Porosidades
- Inclusões de tungsténio
- Falta de fusão
- Falta de penetração
- Mordedura
- Trincas e
- Outras
• Propriedades inadequadas
- Propriedades mecânicas
- Propriedades químicas e
- Outras
7.1 - Descontinuidades dimensionais
São inconformidades nas dimensões ou forma dos cordões de solda. Sua gravi­
dade varia com a magnitude e a aplicação, ou processamento posterior que a peça 
soldada vai ser submetida.
7.1.1 - Distorção (Figura 18)
Origem
São alterações de forma e dimensões que componentes soldados sofrem como 
resultado de deformações plásticas devidas ao aquecimento não uniforme e loca­
lizado durante a soldagem.
Causas práticas
Soldagem em excesso, soldagem em juntas livres (aquelas em que as peças podem 
se mover facilmente), seleção incorreta do chanfro e da sequência de soldagem etc.
Consequências
Mudanças de formas e dimensões.
Medidas corretivas
A distorção pode ser reduzida durante a soldagem, diminuindo-se a quantidade 
de calor e metal depositado, pela utilização de dispositivos de fixação, pelo martela- 
mento entre passes, escolha correta do chanfro e da sequência de soldagem etc. A 
correção da distorção em soldas prontas exige medidas, em geral onerosas, como 
desempenamento mecânico ou térmico, remoção da solda e ressoldagem etc.
CAPÍTULO 6 j
FUNDAMENTOS OA METALURGIA DA SOLDAGEM
(c)
Figura 18
Formas básicas de distorção em juntas soldadas: (a) Contração transversal, 
(b) contração longitudinal e (c) distorção ^ngular
102 | SOLDAGEMFUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
7.1.2 - Dimensão incorreta da 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. As dimensões de uma solda são verifica­
das, em geral, numa inspeção visual, com o auxílio de gabaritos.
7.1.3 - Perfil incorreto da solda
Este deve ser considerado, na medida em que variações geométricas bruscas agem 
como concentradores de tensões, facilitando a formação e a propagação de trincas. 
A Figura 19 mostra alguns exemplos de perfis inadequados de soldas. Convexidade 
excessiva de cordões em soldas multipasses podem causar falta de fusão e/ou inclusões 
de escória entre passes. Em quase todos os casos, um perfil inadequado do cordão de 
solda está relacionado com a manipulação ou posicionamentos imperfeitos do eletrodo 
e/ou utilização de parâmetros de soldagem inadequados.
Figura 19
Exemplos de perfis de soldas inadequados (esquemático)
7.1.4 - Formato incorreto da junta
O posicionamento ou o dimensionamento inadequado das peças pode levar a 
problemas como o desalinhamento em juntas de topo (Figura 20). Problemas de dis­
torção podem também ser um importante fator para a obtenção de juntas soldadas 
com um formato incorreto.
Garganta Convexidade Mordedura Dobra 
insuficiente excessiva
Perna
insuficiente
Falta de,
penetração
Figura 20
Desalinhamento em junta de topo
CAPÍTULOS I r . - }
FUNDAMENTOS DA METALURGIA DA SOLDAGEM 1 u J
7.2 - Descontinuidades estruturais
São descontinuidades na micro ou macroestrutura na região da solda, associadas 
à falta de material ou à presença de material estranho em quantidades apreciáveis. 
Sua gravidade depende do tipo de descontinuidade, sua extensão e geometria.
7.2.1 - Porosidades
Origem
Evolução de gases durante a solidificação da solda. As bolhas de gás podem 
ser aprisionadas pelo metal solidificado à medida que a poça de fusão é deslocada. 
Pode ocorrer uniformemente distribuída, em grupos, alinhada ou como porosidade 
vermicular, conforme mostra a Figura 21.
Causas práticas
Umidade ou contaminação de óleo. graxa, ferrugem etc. na região de junta, ele­
trodo, fluxo ou gás de proteção úmidos; corrente ou tensão de soldagem excessivas, 
corrente de ar durante a soldagem etc.
Consequências
Pequenas quantidades de poros não são consideradas prejudiciais. Acima de 
determinados lim ites (em geral estabelecidos por normas), a porosidade pode afetar 
as propriedades mecânicas, particularmente, reduzindo a seção efetiva da junta. 
Porosidade alinhada pode ser mais prejudicial que porosidade distribuída.
Medidas corretivas
A formação de porosidade pode ser minimizada pelo uso de materiais limpos e 
secos, de equipamentos em boas condições e pelo uso de parâmetros de soldagem 
adequados.
ill ifü
lis J K .
n
K-- *|f
(a) (b) , (c) (d)
Figura 21
Formas de porosidade: (a) distribuída, (b) agrupada,
(c) alinhada e (d) vermicular (esquemática)
SOIOAGEM
U H FUNOAMENTOS E TECNOLOGIA
7.2.2 - Inclusões de escória (Figura 22)
Origem
Vários processos de soldagem utilizam fluxos que formam escória que tende a 
se separar do metal líquido na poça de fusão. Além disso, várias reações se proces­
sam na poça, podendo gerar produtos insolúveis no metal líquido que tendem a se 
separar deste e também formar escória. Por diversos motivos, parte desta escória 
pode ficar presa entre os passes de solda ou entre estes e o meta! de base.
Causas práticas . . . .
Manipulação incorreta do eletrodo, de tal forma que a escória flui à frente da poça 
de fusão, particularmente, na soldagem fora da posição plana e na remoção parcial da 
escória solidificada entre os passes de solda. Este problema é especialmente agravado 
quando os passes têm uma convexidade excessiva ou o chanfro é muito estreito. Este 
tipo de inclusão apresenta-se, em geral, com uma forma alongada numa radiografia.
Consequências
As inclusões alongadas formadas entre os passes de solda são concentradores 
de tensão relativamente severos e podem facilitar a formação de trincas.
Medidas corretivas
Manipulação correta e remoção adequada da escória dos passes de soldagem 
anteriores.
Inclusão de escória
Figura 22
Inclusão de escória (esquemática)
7.2.3 - Inclusão de tungsténio
Este tipo de inclusão ocorre na soldagem com o processo TIG, quando a ponta 
do eletrodo toca o metal de base ou a poça de fusão, em especial, na abertura do 
arco sem ignitor de alta frequência, ocorrendo a transferência de partículas de tun­
gsténio para a solda.
CAPÍTULO 6 !
FU\OAVEmos DA METALURGIA DA SDOlAGfM j
7.2.4 - Falta de fusão
Origem
O term o refere-se à ausência de continuidade metalúrgica entre o metal deposi­
tado e o metal de base ou dos passes adjacentes, como ilustra a Figura 23. Resulta 
do não aquecimento adequado do metal presente na junta e/ou da presença de uma 
camada de óxido espessa o suficiente para dificultar a fusão do metal de base.
Causas práticas
Manipulação incorreta do eletrodo, falta de limpeza da junta, energia de solda­
gem insuficiente (corrente m uito baixa ou velocidade de soldagem muito elevada), 
impossibilidade de o arco atingir certas regiões da junta (por exemplo, na soldagem 
em vários passes, a região entre dois passes de convexidade excessiva) etc.
Consequências
A falta de fusão é um concentrador de tensões severo, podendo facilitar o apareci­
mento e a propagação de trincas. Além disso, pode reduzir a seção efetiva da solda.
Medidas corretivas
Em peças de responsabilidade, a existênciada falta de fusão não pode ser tole­
rada, exigindo-se a remoção da região defeituosa e a sua ressoldagem. Para evitar 
sua formação, deve-se atuar no sentido de se eliminar suas causas práticas.
Figura 23
Falta de fusão (esquemática)
7.2.5 - Falta de penetração
Origem
O termo refere-se a falhas em se fundir e encher completamente a raiz da solda, 
como mostra a Figura 24.
SOLDAGEM
FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
Causas práticas
Manipulação incorreta do eletrodo, junta mal projetada (ângulo de chanfro ou 
abertura de raiz pequenos), corrente de soldagem insuficiente, velocidade de sol­
dagem muito alta e diâmetro de eletrodo m uito grande.
Consequências
Redução da seção útil da solda e concentração de tensões.
Medidas corretivas
A falta de penetração pode ser evitada pelo projeto adequado da junta e utiliza­
ção de um procedimento de soldagem apropriado. Deve-se ressaltar que muitas 
juntas são projetadas para serem soldadas com penetração parcial. Nestes casos, 
a penetração parcial não constitui um defeito de soldagem.
Figura 24
Falta de penetração (esquemática)
7.2.6 - Mordeduras
Origem
Fusão do metal de base na margem do cordão de solda, sem ocorrer o enchi­
mento desta área, resultando na formação de uma reentrância nesta região, como 
mostrado na Figura 19.
Causas práticas
Manipulação incorreta do eletrodo, com prim ento excessivo do arco, corrente ou 
velocidade de soldagem muito elevadas. Deve-se observar que, na soldagem com 
eletrodos revestidos, certos eletrodos têm maior tendência para gerar mordeduras 
do que outros.
Consequências
Redução da área útil e concentração de tensões. Particularmente, a resistência 
à fadiga é reduzida.
Medidas corretivas
Atuar no sentido de impedir as suas causas. Quando ocorre na soldagem em
CAPÍTULO 6 107
FUNDAMENTOS DA METALURGIA DA SOLDAGEM 1 U '
vários passes, a sua eliminação (com 0 esmeril, por exemplo) é importante para se 
evitar problemas na deposição dos passes seguintes.
7.2.7 - Trincas
São consideradas as descontinuidades mais graves em soldagem. São fortes 
concentradores de tensão, podendo favorecer o início de fratura frágil na estrutura 
soldada. De um modo bem simples, uma trinca pode ser considerada como o resul­
tado da incapacidade do material, em responder às solicitações impostas localmente 
pelas tensões decorrentes do processo de soldagem. Como já discutido, a aplicação 
localizada de calor, acarretando expansões e contrações localizadas no material, causa 
0 aparecimento de tensões de tração bi ou mesmo triaxiais na região da solda. Este 
estado de tensões, juntamente com a fragilização associada às mudanças microes- 
truturais durante a soldagem e/ou a presença de certos elementos (particularmente 
0 hidrogênio), pode resultar na formação de trincas.
As trincas podem ser externas, isto é, atingir a superfície, ou totalmente internas, 
não sendo, nesse caso, detectáveis por inspeção superficial na região da solda. 
Podem se localizar na ZF. ZTA ou mesmo no metal de base. Quanto às dimensões, 
tanto podem ser micro quanto macroscópicas. A Figura 25 mostra as localizações 
típicas de trincas de soldagem e a Figura 26 mostra um exemplo de uma trinca 
interna localizada no centro de um cordão de solda.
1
Figura 25
Classificação das trincas de soldagem de acordo com a sua localização: 
(1) trinca na cratera, (2) trinca transversal na ZF. (3) trinca transversal 
na ZTA. (4) trinca longitudinal na ZF, (5) trinca na margem da solda,
(6) trinca sob o cordão, (7) trinca na linfia de fusão e 
(8) trinca na raiz da solda
SOLDAGEM
FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
Figura 26
Trinca formada no centro do cordão de solda entre uma chapa de aço baixo
carbono de 9 mm de espessura e um pino de aço SAE 1045. Ataque: Nital 10%
Vários mecanismos atuam para a formação de trincas em soldas. Assim, essas podem 
ser formadas durante a soldagem (na solidificação), durante o resfriamento da junla, 
horas após a realização da soldagem, quando da realização de tratamentos térmicos 
para alívio de tensões e, mesmo, em serviço, muitos meses (ou anos) após a soldagem. 
Vários acidentes graves em componentes soldados, que ocorreram em diferentes partes 
do mundo e resultaram em perdas materiais e de vidas humanas, foram associados à 
existência de descontinuidades em soldas, particularmente com trincas.
Dois dos mecanismos mais comuns de formação de trincas em soldas serão 
discutidos resumidamente a seguir.
A fissuração na solidificação, também denominada de fissuração a quente, é um 
mecanismo de formação de trincas muito comum e que ocorre também em outros 
processos de fabricação, em particular, na fundição. Ela está associada com a form a­
ção de filmes de material líquido segregado entre os contornos de grão do material 
nos estágios finais de sua solidificação e com a incapacidade desta estrutura resistir 
aos esforços decorrentes da contração do material. A formação destes filmes é pro­
movida por certos elementos químicos capazes de sofrer forte segregação, como o 
enxofre e o fósforo, em ligas ferrosas e é facilitada em materiais que se solidificam 
com estrutura cristalina CFC como os aços de maior teor de carbono (ver Figura 2), 
certos aços inoxidáveis e ligas de cobre e de alumínio. Frequentemente, este tipo 
de trinca aparece no centro do cordão de solda (Figura 25), mas pode aparecer em 
diferentes localizações e orientações, inclusive como microtrincas (Figura 27).
Figura 27
Microtrincas de solidificação na ZF de uma liga Fe-Mn-AI-Si-C. 20üx
FUNDAMENTOS DA METALURGIA DA SOLDAGEM ! 1 09
O formato do cordão é também um fator importante na formação de trincas 
na solidificação, pois determina a maior ou menor facilidade de alimentação, com 
metal líquido, de certas regiões do cordão no final da solidificação (efeito similar ao 
observado em fundição com o projeto do formato da peça) e influencia as tensões 
agindo nestas regiões. A Figura 28 ilustra o efeito do formato do cordão na formação 
deste tipo de trinca.
TrincaTrinca
Trinca Trinca
(c) (d)
Figura 28
Formação de trincas a quente favorecida pelo formato do cordão em:
(a) uma solda de filete côncava e (b) passe de raiz côncavo em junta de topo, (c) soldas de topo
com elevada razão penetração/largura e (d) em cordão em forma de sino
A fissuração pelo hidrogênio, também denominada de fissuração a frio, é consi­
derada como um dos mecanismos de formação de trincas mais comuns em aços 
carbono e de baixa e média liga, principalmente aqueles que são temperáveis (isto 
é, em que ocorre a formação de martensita) durante a soldagem. Este tipo de trinca 
ocorre principalmente na ZTA (na região de crescimento de grão), podendo ocorrer 
também na ZF de aços de maior resistência mecânica. A trinca aparece um certo 
tempo após a soldagem (o que pode ser até várias horas) e cresce lentamente, 
podendo levar até cerca de dois dias para o seu completo desenvolvimento. Desta 
forma, uma inspeção, realizada logo após a soldagem, pode falhar em detectar a 
sua presença.
Quatro fatores são considerados como fundamentais para o aparecimento desta 
forma de fissuração:
• presença de hidrogênio: este elemento pode ser absorvido pela poça de fusão e 
incorporado à solda a partir de material orgânico ou de umidade existentes nos con- 
sumíveis de soldagem ou na superfície da junta.
I
• microestrutura sensível: a fragilização ocasionada pelo hidrogênio é mais perniciosa 
quando a microestrutura é de baixa tenacidade e elevada dureza, destacando-se, neste 
sentido, a presença de martensita. Assim, condições de soldagem que favorecem o 
desenvolvimento de velocidades elevadas de resfriamento (por exemplo, a soldagem
SOLDAGEM
FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
de juntas de grande espessura e o uso de uma baixa energia de soldagem) facilitam 
a fissuração e, no mesmo contexto, a soldagem de aços de maiortemperabilidade é, 
também, mais crítica. Neste sentido, é comum o uso de fórmulas de "carbono equi­
valente" para estimar a sensibilidade do aço à fissuração. Por exemplo, considerando 
a fórmula abaixo, em que se considera os teores (em % peso) dos elementos de um 
aço carbono ou de baixa liga. quando CE < 0,40, o material é considerado muito 
pouco sensível à fissuração e, quando CE > 0,60, o material é considerado altamente 
sensível.
„ %Mn %Mo %Cr %Ni %Cu %P
CE = %C + --------+ ---------+ ------- + -------+ --------+ ------ c\
6 4 5 15 15 3 (Eq. 6)
• elevada solicitação mecânica: a ocorrência destas e de outras formas de fissuração é 
facilitada por quaisquer fatores que aumentem a intensidade da solicitação mecânica 
na região sensível ao problema. Assim, a soldagem de peças de maior espessura, 
com menor facilidade de se deformar, ou de peças presas em dispositivos de fixação 
para minimizar a distorção, tende a ser mais sensível à fissuração do que a soldagem 
naqueles casos em que as solicitações mecânicas são mais facilmente acomodadas.
• temperatura: a fissuração pelo hidrogênio ocorre entre cerca de-100 e 200°C. Assim, 
a manutenção da solda acima desta faixa de temperatura por um período adequado 
de tempo pode permitir a difusão do hidrogênio para fora da junta e, desta forma, 
reduzir a chance de formação de trincas.
7.2.8 - Outras descontinuidades estruturais
Citam-se, ainda, como descontinuidades estruturais: furos na junta, cordões de 
aspecto irregular etc.
7.3 - Propriedades inadequadas
As soldas pertencentes a um dado equipamento ou estrutura soldada devem 
possuir propriedades mecânicas (e, em alguns casos, propriedades químicas, elétri­
cas etc.) bem determinadas. Estas características são, em geral, especificadas por 
normas e códigos, ou pelo projetista. Soldas incapazes de atender às exigências 
mínimas em termos de propriedades mecânicas ou outras relevantes são então 
consideradas defeituosas, exigindo ações corretivas. Estas propriedades são nor­
malmente avaliadas pela execução de chapas de teste, de onde são retirados os 
corpos de prova para ensaios.
CAPÍTULO 6 I -1 i I
fUNDAMEMTOS OA METALURGIA OA SOLDAGEM 1 1 1
7.3.1 - Propriedades mecânicas
Entre as propriedades mecânicas que podem ser avaliadas incluem-se: resistência 
à tração, limite de escoamento, ductilidade, dureza e resistência ao impacto. Os proce­
dimentos para a execução de chapas de teste, retirada dos corpos de prova, confecção 
destes e execução dos ensaios são especificados nos diversos códigos e normas.
7.3.2 - Propriedades químicas
A resistência à corrosão da solda deve ser avaliada para as aplicações em que 
esta característica é indispensável. Os problemas de perda de resistência à corrosão 
devido à soldagem são especialmente importantes em aplicações que utilizam aços 
inoxidáveis e algumas ligas não ferrosas, mas também podem ser relevantes para 
aços carbono. Entre os vários problemas de corrosão, destacam-se os de corrosão 
intergranular, corrosão sob tensão e corrosão preferencial da solda. A Figura 29 
ilustra um problema de corrosão preferencial de uma solda, que levou à ocorrência 
de vazamentos em uma tubulação de aço carbono de uma torre industrial de res­
friamento de água.
(a) (b)
Figura 29
Exemplo de um problema de corrosão preferencial da solda observado em uma tubulação de 
aço baixo carbono, (a) Esquema e (b) micrografia com 100x de aumento
«r-
€ m SOlOAQOan n a u K sn tn e tecnmdqm
8. Exercícios e Práticas de Laboratório
a) O que se entende por "estrutura" de um metal ou liga metálica?
b) Explique sucintamente o que é ferrita. austenita, perlita e cementita.
c) A energia de soldagem é um parâmetro suficiente para descrever um procedimento 
de soldagem? Por quê?
d) Porque a energia de soldagem e o pré-aquecimento são as variáveis mais importantes 
que afetam o ciclo térmico, do ponto de vista do engenheiro de soldagem?
e) Cite algumas maneiras práticas de se controlar a diluição em soldas.
f) Descreva a estrutura primária da ZF de uma solda. Explique o porquê destas carac­
terísticas.
g) Descreva a macroestrutura de urra solda por fusão em aço. Explique o porquê destas 
características.
h) Qual a diferença entre descontinuidade e defeito de soldagem?
i) Por que a soldagem é capaz de induzir fissuras num material?
Deposite cordões de solda sobre uma chapa de aço. usando, por exemplo, as 
condições abaixo:
(P Processo #Êtotnxío
(mm)
Corrente
IA)
Tenrio
M
totoc&cie
(an/min)
Energie
(kJ/mm)
1 SAW 3.2 600 30 36 -3 0
2 SAW 3.2 400 25 33 -2 0
3 SMAW 3.2 140 -2 3 -1 9 -1 0
4 Eletrodo Nu 3.2 140 -2 3 -1 9 -1 0
Corte transversalmente as soldas obtidas, faça um polimento e ataque para 
observação metalográfica e observe as amostras ao microscópio. Identifique a ZF, 
ZTA e o metal de base.
j) Discuta a influência das variáveis do procedimento de soldagem na estrutura das soldas.
k} Repita o procedimento de união das soldagens acima, variando a temperatura inicial 
da chapa. Qual é o efeito deste parâmetro?
I) Por que é importante a existência de um meio de proteção do arco e da zona fundida 
contra a atmosfera, durante a soldagem?
m) Quais as vantagens metalúrgicas de uma solda multipasses?
TENSÕES RESIDUAIS E DISTORÇÕES EM SOLDAGEM
CAPÍTULO 7
1. Introdução
De um modo geral, as operações de soldagem, particularmente para os processos 
por fusão, envolvem o aquecimento intenso e localizado da região a unir. As regiões 
aquecidas tendem a se dilatar, mas a dilatação é dificultada pelas partes adjacentes 
submetidas a temperaturas menores, o que causa o aparecimento de deformações 
elásticas e, eventualmente, plásticas na região da solda. Como resultado, ao final da 
soldagem, tensões internas (tensões residuais) e mudanças permanentes de forma 
e de dimensões (distorções) se desenvolvem na junta. Tanto as tensões residuais 
como as distorções podem afetar de modo importante a utilidade e o desempenho 
da estrutura soldada, sendo fundamental o conhecimento de suas características 
e de medidas para a sua prevenção e controle.
Tensões residuais são aquelas que permanecem na peça quando todas as so­
licitações externas são removidas. Essas tensões podem aparecer em materiais 
submetidos a diferentes processamentps térmicos ou mecânicos (fundição, sol­
dagem, laminação, forjamento, usinagem, dobramento, têmpera etc.). Uma das 
principais causas de seu aparecimento é a ocorrência, ao longo de uma seção da 
peça, de deformação plástica não uniforme, o que pode ser causado por efeitos 
tanto mecânicos como térmicos. Um exemplo simples é o aparecimento de tensões 
residuais em uma peça submetida a processos como o esmerilhamento ou jatea- 
mento com granalhas, os quais causam o escoamento plástico do material próximo
114 SOLDAGEMFUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
da superfície. Como as regiões mais internas da peça não se deformam igualmente, 
elas restringem o escoamento da camada superficial, causando o aparecimento das 
tensões residuais de compressão nesta (Figura 1). Tensões residuais e distorções 
podem se desenvolver ainda como resultado das transformações de fase durante, 
por exemplo, tratamento térmico, devido a diferenças de densidade entre as fases.
Figura 1
Tensões residuais desenvolvidas junto à superfície de uma peça sendo esmerilhada
Como as tensões residuais podem existir na ausência de solicitações externas, a 
soma das forças resultantes dessas tensões, em uma dada seção da peça, deve ser 
nula. Por exemplo, na Figura 1, as tensões residuais de tração desenvolvidas na super­
fície da peça devem ser contrabalançadas por tensões de compressão desenvolvidas 
no interior da peça. Se o equilíbrio das tensões residuais for perturbado (por exemplo, 
pelo corte de uma parte da peça), as tensões serão redistribuídas para restaurar o 
equilíbrio. Esterearranjo das tensões causa uma distorção adicional na peça.
O desenvolvimento de tensões residuais em peças e estruturas soldadas pode 
gerar diversos problemas, como a formação de trincas, a maior propensão para a 
ocorrência de fadiga ou fratura frágil, e a perda de estabilidade dimensional. Distor­
ções podem dificultar ou inviabilizar a montagem de componentes soldados.
Uma maneira de se visualizar o desenvolvimento de tensões internas numa peça 
soldada é mostrada na Figura 2. No instante em que é depositado, o metal de adição 
está aquecido e no estado líquido, ocupando o volume mostrado na parte (a). Esta 
mesma quantidade de material sólido e à temperatura ambiente ocupa somente o 
volume indicado na parte (b). Entretanto, com o foram formadas ligações em nível 
atômico com o metal base durante o processo, este material ocupa ao final da ope­
ração o mesmo volume que ocupava inicialmente, estando, portanto, intensamente 
tensionado e deformado.
CAPÍTULO 7 I 1 1 c
TENSÕES RESIOUAJS E DISTORÇÕES EM SOLDAGEM | 1 1 0
(b)
Figura 2
Volume ocupado pelo metal de adição: (a) no estado líquido e (b) à temperatura ambiente, 
esquemático
2. Desenvolvimento de Tensões Residuais em Soldas
Devido à sua importância para a soldagem, serão aqui consideradas as tensões 
residuais associadas com a ocorrência de deformação plástica não uniforme por 
efeitos térmicos.
Quando um metal é aquecido, suas dimensões aumentam proporcionalmente à 
variação de temperatura (AT = T -T 0), isto é:
A£ = e - ( Q =CQx a AT (Eq.1)
onde (A/) é a variação do comprimento inicial (l0), e a é o coeficiente de dilatação 
térmica linear. Se um objeto for aquecido e resfriado uniformemente e não existirem 
restrições às suas variações dimensionais, estas não resultam em efeitos mecânicos 
importantes no objeto. Contudo, se a variação de temperatura não for uniforme ao 
longo da peça ou se esta não puder se expandir ou contrair livremente durante o 
ciclo térmico, tensões residuais e/ou distorções podem se desenvolver.
Como um exemplo inicial, suponha-se que duas barras metálicas de grande seção 
transversal sejam unidas por três outras barras metálicas de menor seção transver­
sal, como mostrado na Figura 3, de tal forma que nenhuma das peças envolvidas 
esteja sob esforço mecânico, isto é, que o nível de tensões internas seja nulo ao 
final desta etapa. Suponha agora que a barra central seja aquecida, por exemplo, 
com um maçarico a gás, de maneira uniforme. Faça-se então uma análise das con­
sequências deste aquecimento, em termos das tensões que se desenvolverão nas
6 SOLDAGEMFUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
peças da montagem proposta. Para isso. deve ser lembrado que os metais, quando 
aq.uecidos, tendem a se expandir (dilatação térmica), que, quando as tensões apli­
cadas atingem o lim ite de escoamento (tensão mínima para deformação plástica), 
o material se deforma plasticamente e que o lim ite de escoamento tende a dim inuir 
com o aumento da temperatura.
(a) (b)
Figura 3
Diagrama esquemático da montagem das três barras: (a) conjunto de barras presas nas
extremidades e (b) barra central sendo aquecida
A Figura 4 mostra a evolução do nível de tensões internas na barra central em 
decorrência da variação da temperatura. Inicialmenle (ponto A), o nível de tensões 
internas é nulo. Quando a temperatura começa a aumentar, a barra central tende a se 
expandir, sendo restringida pelas peças de maior seção e pelas barras laterais, que 
permaneceram à temperatura ambiente. Dessa forma, ela experimenta um esforço 
de compressão, que tende a aumentar com a elevação da temperatura, deform ando- 
-se elasticamente em compressão, até que as tensões internas atinjam o lim ite de 
escoamento em compressão (ponto B).
Temperatura (°C)
Figura 4
Diagrama esquemático das tensões internas em função da temperatura na barra central da 
Figura 3
CAPÍTULO 7 - .
TENSÕES RESIDUAIS E DISTORÇÕES EM SOLDAGEM • ' /
Continuando-se o aquecimento, a dilatação térmica tende a prosseguir. Entretanto, 
como o nível de tensões internas atingiu o lim ite de escoamento, a barra central 
passa a se deformar plasticamente (deformação permanente) em compressão. Isto 
quer dizer que a barra sofre, pela deformação plástica, uma diminuição em seu 
comprimento e um aumento em sua seção transversal, o que é compensado pela 
diiatação térmica. Este processo continua até que cesse o aquecimento (ponto C), 
quando a barra estará submetida a esforços de compressão, da ordem do limite de 
escoamento em compressão na temperatura do final do aquecimento.
Cessado o aquecimento, a barra central tende a resfriar e, consequentemente, 
a se contrair termicamente. Assim, quando a temperatura começa a cair, o esforço 
de compressão sentido peia barra tende a diminuir, até se anular, para uma dada 
temperatura acima da temperatura inicial (ponto D).
Entretanto, a temperatura continua a abaixar e a barra quer continuar a diminuir de 
comprimento, mas, como este foi diminuído por deformação plástica durante o aque­
cimento, a contração é restringida pelas barras transversais e laterais. Assim, a barra 
central passa a sentir um esforço de tração e uma deformação elástica crescentes, à 
medida que a temperatura continua caindo, até que o limite de escoamento em tração 
seja alcançado (ponto E). A partir daí a barra passa então a se deformar plasticamente 
em tração, até que a temperatura volte ao valor da temperatura ambiente (ponto F).
Portanto, ao final do processo, a barra central que inicialmente não estava subme­
tida a nenhum esforço interno, agora apresenta tensões internas (chamadas tensões 
residuais) da ordem do limite de escoamento à tração. Para manter o equilíbrio, como 
já discutido, as barras laterais estão sujeitas a tensões de compressão.
Em soldagem, o cordão de solda e as regiões adjacentes se comportam de forma 
similar à barra central, e as regiões mais afastadas (metal de base), de forma similar 
às barras laterais do exemplo acima. A distribuição de tensões longitudinais numa 
junta soldada ao longo da direção transversal é mostrada esquematicamente e com­
parada com a montagem das três barras na Figura 5. A região da solda está sujeita a 
tensões de tração cujo valor máximo é próximo do limite de escoamento do material. 
Estas tensões reduzem de intensidade, passando para valores negativos (compressão) 
para regiões mais afastadas da solda. Tensões residuais também são desenvolvidas ao 
longo da solda e, no caso de soldas em peças espessas, ao longo da espessura.
1 1 O SOLDAGEM
1 1 0 FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
Figura 5
(a) Comparação entre as tensões residuais desenvolvidas na montagem de três barras e (b) as tensões
residuais longitudinais formadas ao longo da direção transversal (y) de uma solda de topo por fusão
Se a peça soldada tem pouca possibilidade de se mover ou de deformar por seu 
próprio volume e resistência ou por estar fixada por dispositivos próprios de soldagem 
ou ligada a outros componentes da estrutura, diz-se que ela está vinculada. Quanto 
mais intensa a vinculação, maiores os esforços desenvolvidos durante o processo 
e as tensões residuais, que, por sua vez, induzem maiores consequências para a 
peça e a estrutura. Como as tensões residuais atingem valores próximos do lim ite 
de escoamento, componentes de materiais de maior resistência mecânica tendem 
a apresentar valores mais elevados de tensões residuais.
As tensões residuais têm importanle influência em diversos aspectos do compor­
tamento de componentes soldados (ver próxima seção). Essas tensões podem ser 
medidas por métodos destrutivos (por exemplo, pela medida, com extensômetros 
elétricos, da deformação que ocorre quando uma peça contendo tensões residuais 
é cortada) ou não destrutivos (por exemplo, por difração de raios X). O desenvolvi­
mento das tensões residuais em uma peça pode, também, ser simuladopor técnicas 
numéricas, destacando-se o método dos elementos finitos.
CAPfnjlO 7 I 1 1 Q 
TENSÕES RESIDUAIS E DISTORÇÕES EM SOIDAGEM 1
3. Consequências das Tensões Residuais
3.1 - Variações nas tensões residuais devido a um carregamento estático de 
tração
Quando um componente soldado, contendo uma distribuição inicial de tensões 
residuais é carregado por tensões de tração, as tensões residuais tendem a se somar 
às tensões de carregamento. Assim, as regiões submetidas a tensões residuais mais 
elevadas atingem primeiro as condições de escoamento, deformando-se plastica­
mente. Esta deformação localizada diminui as diferenças de dimensão responsáveis 
pelas tensões residuais e, desta forma, reduz essas tensões quando o carregamento 
externo é retirado. Esta análise permite tirar as seguintes conclusões:
• tensões residuais afetam de forma significativa apenas fenômenos que ocorrem 
com tensões aplicadas relativamente baixas (inferiores ao limite do escoamento do 
material) como, por exemplo, na fratura frágil, na fragilização pelo hidrogênio e em 
corrosão sob tensão;
• em estruturas submetidas a carregamento, quanto maior o carregamento, menor o 
efeito das tensões residuais;
• se a estrutura é carregada além de seu limite de escoamento, o efeito das tensões 
residuais se torna desprezível; e
• métodos que utilizam alguma forma de solicitação mecânica podem ser usados para 
diminuir as tensões residuais de um componente soldado.
3.2 - Comportamento em fadiga
A presença de tensões residuais de compressão na superfície de um compo­
nente é um fator para redução da chance de iniciação de trincas de fadiga. Em um 
componente soldado, as tensões residuais de tração podem ter um efeito negativo 
no seu desempenho à fadiga, embora não existam resultados claros quanto a este 
efeito devido, possivelmente a: (a) sob a ação de cargas variáveis, as tensões resi­
duais de soldagem devem ser, pelo menos parcialmente, aliviadas e (b) as irregu­
laridades superficiais (reforço e escamas) têm um efeito predominante na redução 
da resistência à fadiga.
*
3.3 - Fratura frágil
Estruturas soldadas são particularmente propensas à falha por fratura frágil 
devido a diversos fatores, destacando-se:
i<?n touAoai
,£ U FUKOMIBITOSI TtttRlOQA
• uma estrutura soldada é monolítica, não apresentando interfaces (como em uma estru­
tura rebitada) que possam interromper a propagação de uma trinca de fratura frágil:
* a região da solda apresenta alterações estruturais caracterizadas, frequentemente, por 
um aumento do tamanho de grão em relação ao metal de base, o que, em materiais 
de estrutura cristalina CCC, tende a diminuir a tenacidade do material;
• a região da solda tende a apresentar diversas descontinuidades, como trincas e 
inclusões de escória, que podem atuar como concentradores de tensão e pontos de 
iniciação da fratura; e
* tensões residuais de tração elevadas existem na região da solda.
A fratura frágil é favorecida por baixa temperatura, elevadas taxa de deformação 
e espessura do componente, presença de concentradores de tensão ou de uma 
microestrutura de baixa tenacidade. Diversos destes fatores podem estar presentes 
em uma estrutura soldada. Neste caso, uma trinca pode se propagar sob tensões 
inferiores ao limite de escoamento, praticamente sem deformação plástica. Nestas 
situações, as tensões residuais associadas à solda podem ser suficientemente 
elevadas ou podem se adicionar às tensões externas para causar a fratura frágil. 
Devido a este risco, em diversas situações, componentes soldados devem ser 
tratados termicamente para alívio de tensões residuais e/ou refino da estrutura na 
região da solda.
3.4 - Formação de trincas em soldas
Trincas são frequentemente formadas em soldas. Estas trincas podem ser asso­
ciadas basicamente a dois fatores: uma solicitação, isto é, tensões mecânicas de 
tração, e uma incapacidade do material, muitas vezes, momentânea, de acomodar 
esta solicitação deformando-se plasticamente (fragilização). Fragilização da região da 
solda e de regiões adjacentes a esta pode ocorrer por diversos motivos (formação de 
filmes de líquido em contornos de grão, crescimento de grão, presença de hidrogênio 
dissolvido no material, precipitação etc.) durante e após a soldagem.
3.5 - Corrosão sob tensão
Na presença de um ambiente agressivo, trincas de corrosão podem se desenvolver 
de forma acelerada devido à presença de tensões de tração. No caso de aços estru­
turais ao carbono ou de baixa liga, por exemplo, este fenômeno é desencadeado pelo 
contato com hidróxidos ou com sulfeto de hidrogênio. Em estruturas soldadas, as 
tensões residuais são muitas vezes suficientes para o desenvolvimento de corrosão 
sob tensão, dependendo do material e do ambiente.
CAFÍTU107 1191 
TEKSÚCS RESDUAIS E DCTOflÇÔíS EM SOIDAGEM 1
3.6 - Instabilidade dimensional
Quando um componente soldado é usinado ou submetido a outra operação de 
remoção de material, o equilíbrio das forças responsáveis pelas tensões residuais 
é perturbado. Para restaurar o equilíbrio de forças, o componente sofre pequenas 
distorções que causam uma redistribuição das tensões residuais. Este processo pode 
ser usado para a medida de tensões residuais, mas pode, também, causar problema 
na usinagem de precisão de componentes com tensões residuais.
4. Distorções
As distorções de peças soldadas são desvios permanentes de forma e/ou dimensões 
resultantes das deformações plásticas que ocorrem devido às tensões transientes desen­
volvidas durante a soldagem. Além disso, ao final da operação, a peça fica submetida a 
tensões elásticas (tensões residuais) que podem ser da ordem do limite de escoamento. 
Quando se retiram os vínculos de fixação ou montagem, estas tensões podem ser 
parcialmente aliviadas, causando uma distorção adicional.
A Figura 6 ilustra esquematicamente a formação da distorção. Durante a solda­
gem, o aquecimento causa uma maior expansão térmica da região superior da peça. 
sua deformação plástica mais intensa e a distorção transiente desta (Figura 6-a). Ao 
final da soldagem, com o resfriamento do material na região da solda, ocorre a sua 
contração. Como a região superior da peça foi a mais aquecida e sofreu a maior 
deformação plástica, a peça apresenta uma distorção final voltada para a direção 
oposta da distorção transiente máxima (Figura 6-b).
figura 6
Evolução da deflexão longitudinal de uma barra pelo calor de soldagem. 6, - Deflexão ou 
distorção final, (a) Soldagem, (b) resfriamento posterior
i 9 9 I SOLDAGEM
1 LL\ FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
Alguns tipos básicos, apresentados na Figura 7, são considerados para facilitar o 
estudo das distorções geradas por soldagem. Entretanto, de modo geral, o estado 
final de tensões e deformações numa solda real é bastante complexo e depende 
de diversos fatores, tais como: material, propriedades mecânicas e espessura das 
peças, grau de rigidez da estrutura, dimensões, posição, geometria e quantidade 
das soldas, além de suas propriedades mecânicas e sua qualidade.
(d)
Figura 7
Tipos básicos de distorçáo em soldagem: (a) contração transversal; (b) contração longitudinal;
(c) distorção angular e (d) flexão em relação à linha neutra
Uma estimativa da contração transversal (CT) em soldas de topo de aço ao carbono 
ou de baixa liga é dada pela equação empírica:
CT = 0 .2 ^ L + 0 ,0 5 / (Eq. 2)
' t
onde \ j é a área da seção transversal da solda, t é a espessura das chapas e f é a 
abertura da raiz do chanfro. O valor real de CT depende de vários fatores como, por 
exemplo, o grau de restrição da junta e o número de passes usados. De uma forma 
geral, um maior número de passes (através do uso de eletrodos de menor diâmetro 
ou de uma maior velocidade de soldagem) causa contração transversal e distorção 
angular maiores.
A contração longitudinal tende a ser menorque a transversal (medindo cerca 
de 1/1000 do comprimento total da solda), contudo, ela pode causar efeitos impor­
tantes como o dobramento ou flexão de peças com soldas feitas fora de sua linha 
neutra (Figura 7-d) e a distorção por flambagem (enrugamento) de chapas finas. A 
distorção angular ocorre quando a contração transversal não é uniforme ao longo 
da espessura da junta, podendo ocorrer tanto em soldas de topo como em soldas 
de filete (Figura 7-c).
CAPÍTUIO 7
TENSÕES RESOUA1S E DISTORÇÕES EM SOIDAGEM
5. Controle das Tensões Residuais e Distorção
5.1 - Controle e alívio das tensões residuais
O nível de tensões residuais em uma junta soldada pode ser d im inuído 
reduzindo-se a quantidade de calor fornecido à junta ou o peso de metal depositado. 
Na prática, isto pode ser feito otimizando-se o desenho do chanfro (reduzindo-se o 
ângulo do chanfro ou usando-se preparações simétricas,, por exemplo) e evitando-se 
depositar material em excesso (evitando-se reforço excessivo em soldas de topo ou 
minimizando-se o tamanho de soldas de filete). A seleção de processos de maior 
eficiência térmica (fonte de maior intensidade) é uma possível alternativa de con­
trole, mas difícil de ser justificável economicamente na maioria dos casos. Tensões 
residuais também podem ser reduzidas pelo uso de metal de adição com a menor 
resistência permissível no projeto, assim como uma redução dos vínculos externos 
da junta soldada (minimizando-se, assim, as tensões de reação).
Após a soldagem, as tensões residuais podem ser aliviadas por métodos térmicos 
ou mecânicos, mostrados na Tabela I.
Tabela I - Métodos para aliviar tensões residuais, segundo Okumura e Taniguchi, no livro 
Engenharia de soldagem e aplicações
Procedimento Descrição Características Limitações
Martelamento
Martelamento do metal depo­
sitado e de suas adjacências 
durante ou após a soldagem.
Método simples, pode 
causar refino de grão.
Inadequado para ma­
teriais de baixa ductili- 
dade.
(a) Encruamento
A junta soldada é deformada 
plasticamente pela aplicação 
de cargas de tração.
Bastante eficiente para 
tanques esféricos e 
tubulações.
Inadequado para estrutu­
ras complicadas pela difi­
culdade de aplicar tensões 
uniformes.
Vibração
Vibrações são aplicadas na 
estrutura causando uma res­
sonância de baixa frequência, 
o que ocasiona deformação 
plástica parcial da estrutura 
e alívio de tensões.
Operação simples.
Inadequado para chapas 
grossas ou grandes estru­
turas. 0 alívio de tensões 
não é uniforme.
Recozimento 
para alívio de 
tensões
Aquecimento a 600-700°C 
(aços ferríticos) ou 900°C 
(aços austeníticos) seguido 
de resfriamento lento. Pode 
ser local ou total.
Muito utilizado e bas­
tante eficiente.
Inaplicável para grandes 
estruturas e difícil de ser 
executado no campo. Cus­
to elevado.
(b)
Recozimento 
a alta tempe­
ratura
Aquecimento a 900-950°C 
(aços ferríticos) seguido de 
resfriamento lento. Pode ser 
local ou total.
Pode eliminar comple­
tamente as tensões 
residuais.
Inaplicável para grandes 
estruturas e difícil de ser 
executado no campo. Cus­
to muito elevado.
Alívio de ten­
sões a baixas 
temperaturas
Aquecimento do local da sol­
da a 150-200°C em uma largu­
ra total de 60 a 130 mm.
Adequado para gran­
des estruturas.
0 alívio de tensões é 
parcial.
(a) Processos mecânicos (b) Processos térmicos
FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
5.2 - Controle e correção da distorção
Diversas medidas podem ser usadas para reduzir a distorção em soldagem, em 
diferentes etapas.
5.2.1 - No projeto de estruturas soldadas
• projetar estruturas com a menor quantidade possível de soldas;
• usar chanfros que necessitem da deposição de pouco metal de adição;
• usar chanfros simétricos (X, K, duplo U etc.);
• posicionar soldas junto da linha neutra da peça ou em posições simétricas em relação à 
linha neutra; e
• especificar o menor tamanho possível das soldas compatível com as solicitações 
existentes ou usar a soldagem intermitente.
5.2.2 - Na fabricação
• estimar a distorção que ocorrerá na estrutura e posicionar as peças de forma a com­
pensar esta distorção (difícil de aplicar em estruturas complexas);
• colocar peças na sua posição correta e utilizar dispositivos de fixação e técnicas para 
minimizar a distorção (ponteamento antes da soldagem, gabaritos etc.); e
• usar sequências de deposição de cordões de solda (deposição por partes, uso de 
mais de um soldador iniciando a operação no mesmo ponto e soldando em direções 
opostas) e de montagem (montagem por subcomponentes etc.) que minimizem a 
distorção.
5.2.3 - Após a soldagem (correção da distorção)
a) remoção a quente;
• aquecimento localizado
• aquecimento uniforme e pressão mecânica
b) remoção a frio:
• calandragem
• prensagem
• martelamento etc.
CAPÍTULO7 ! , f ) c
TENSÕES RESIDUAIS E DISTORÇÕES EM SOLDAGEM 1^0
6. Exercícios
a) 0 que são tensões residuais? Descreva o seu aparecimento em soldas. Mostre a sua 
distribuição usual em uma solda de topo.
b) Discuta o comportamento de uma solda de uma liga de elevada ductilidade durante o 
seu carregamento considerando a existência de tensões residuais. Discuta a influência 
destas tensões na fadiga e na fratura frágil de estruturas soldadas.
c) Mostre como tratamentos térmicos e mecânicos podem reduzir o nível das tensões 
residuais. Sugestões: para o tratamento térmico, considere o efeito da temperatura 
no limite de escoamento e, para o tratamento mecânico, considere a resposta da 
questão anterior.
d) Como aparecem distorções em uma junta soldada? Quais as consequências princi­
pais destas? Como estas podem ser eliminadas ou minimizadas? Estime a distorção 
transversal para a junta indicada na figura abaixo (aço carbono).
CAPÍTULO 8
AUTOMAÇÃO DA SOLDAGEM
1. Fundamentos
Por definição, qualquer sistema ou conjunto de equipamentos eletrônicos e/ou 
mecânicos que controlam seu próprio funcionamento, com o mínimo de intervenção 
humana, são sistemas automáticos. Na soldagem, a classificação dos processos 
quanto ao tipo de operação é baseada nas atividades necessárias para a confecção 
de uma solda. Dentre estas operações, citam-se:
• abertura e manutenção do arco
• alimentação do material de adição
• controle do calor cedido e da penetração
• deslocamento da tocha ao longo da junta com uma velocidade determinada
• procura e seguimento da junta
• direcionamento da tocha e do arco .
• mudanças e compensações para variações na preparação ao longo da junta.
Um processo de soldagem é classificado como manual quando todas as atividades 
citadas são executadas e controladas pelo soldador. No outro extremo, para que o
processo de soldagem seja classificado como automatizado, todas essas atividades 
devem ser executadas e controladas pela máquina.
A Tabela I apresenta as atividades de soldagem, o agente executor e a classificação 
dos processos adotada pela AWS (American Welding Society).
Tabeia I - Tipos de operação de soldagem de acordo coro a AWS
Tipo de 
operação -> Manual
Semiauto­
mático
Mecani­
zado Automático
Robotizado
Controle
Adaotativo
Ação
j * á
f f
O
^ 8 8 
S g
O
* 3 !
Abertura e 
manutenção 
do arco
Soldador Máquina Máquina Máquina Máquina (com sensor)
Máquina
(Robô)
Alimentação 
de material SoId8dor Máquina Máquina Máquina
Máquina Máquina
Controle do 
calor e pene­
tração
Soldador Soldador Máquina Máquina Máquina (com sensor)
Máquina
(Robô)
(só com 
sensor)
Deslocamen­
to da tocha Soldador
Soldador Máquina Máquina
Máquina 
(com sensor)
Máquina
(Robô)
Procura e 
seguimento 
da junta
Soldador Soldador Soldador
Máquina, 
trilha progra­
mada
Máquina 
(com sensor)
Máquina
(Robô)
(só comsensor)
Direciona­
mento da 
tocha e do 
arco
Soldador Soldador Soldador Máquina
Máquina 
(com sensor)
Máquina
(Robô)
Correção e 
compensação
Soldador Soldador Soldador Não ocorre
Máquina 
(com sensor)
Máquina
(Robô)
(só com 
sensor)
O termo automático indica que todas as funções ou passos de uma operação são 
executados, em sequência, por meios mecânicos e/ou eletrônicos, sem qualquer ajuste 
feito pelo soldador, exceto uma eventual programação do equipamento. A automação 
também pode ser parcial, com certas funções ou passos executados pelo soldador. 
Dizer que um processo é semiautomatizado é dizer que algo está faltando para que o 
mesmo se torne automatizado. Assim, embora muito usado, o termo semiautomático 
não é muito adequado, sendo mais adequado o termo semimecanizado. Pelo exposto, 
Uma nova classificação dos processos de soldagem é apresentada na Tabela II.
CAFfnH08 < 9 Q
AUTOMAÇÃO DA SOIQAKM 1
Tabela II - Classificação dos processos de soldagem revisada
Atividades
Tipo de operação
Manual Semimecanizado Mecanizado Automático
Abertura e manutenção do arco Soldador Máquina Máquina Máquina
Alimentação de material Soldador Máquina Máquina Máquina
Controle do calor e penetração Soldador Soldador Máquina Máquina
Oeslocamento da tocha Soldador Soldador Máquina Máquina
Procura e seguimento da junta Soldador Soldador ' Soldador Máquina
Direcionamento da tocha e do 
arco
Soldador Soldador Soldador Máquina
Correções e compensações Soldador Soldador ■Soldador
Máquina 
(podendo ou 
não ocorrer)
Um processo tipicamente manual é a soldagem com eletrodos revestidos, na 
qual todas as atividades são executadas e controladas pelo soldador. No processo 
de soldagem com proteção gasosa e eletrodo consumível (MIG/MAG ou GMAW), o 
soldador é responsável pelo deslocamento da tocha de soldagem, ficando apenas 
a abertura do arco e a alimentação do arame sob responsabilidade da máquina, 
este é classificado como semimecanizado. Quando utiliza-se de um dispositivo 
mecânico para deslocamento da tocha de soldagem, este passa a ser classificado 
como mecanizado. Finalmente, quando o dispositivo é capaz de seguir juntas, alte­
rar o direcionamento e fazer eventuais correções de forma automática, o processo 
é chamado de automático. A soldagem robotizada com o processo GMAW é um 
exemplo típico de soldagem automatizada.
O objetivo da automação, seja total ou parcial, é reduzir o custo de manufatura, 
aumentando a produtividade e melhorando a qualidade e confiabilidade do produto 
final (repetibilidade). Isto é possível pela redução ou eliminação de erros humanos. Um 
equipamento automatizado pode, em um extremo, ser projetado para acomodar uma 
montagem simples ou uma família de montagens similares (automação fixa), ou, em 
outro extremo, pode ser flexível para ser modificado rapidamente para executar uma 
operação similar sobre componentes ou montagens diferentes (automação flexível).
Na automação fixa, o sistema de soldagem automático se caracteriza por ter uma 
combinação de dispositivos de movimentação do arco (único ou múltiplo) e uma 
plataforma de trabalho, projetados para trabalhar em sincronia e soldar uma família 
específica de produtos. Os mecanismos auxiliares de fixação e manuseio do metal 
base estão geralmente incluídos e podem ser configurados em função da junta 
que será soldada. Normalmente esses,sistemas possuem controles relativamente 
simples e não são facilmente reprogramáveis. Tais equipamentos possuem movi­
mentos também relativamente simples e são projetados para reduzir os tempos de 
"set-up" (montagem e desmontagem) e o de soldagem. O operador, no contexto do 
processo, somente carrega e descarrega as peças em produção, objetivando uma 
maior produtividade. A automação fixa é empregada quando se têm produções em 
grandes escalas de peças similares.
1 3 0
SOLDAGEM
FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
Na soldagem automatizada flexível, um programa de controle computacional ou 
numérico substitui o posicionamento fixo e serviço sequencial da soldagem automa­
tizada fixa. Um robô industrial é o sistema automatizado flexível mais utilizado em 
operações de manufatura. A operação robotizada pode ser bastante simples, quando 
as condições de soldagem são fixas e uma única sequência é usada em todas as 
operações, ou bastante complexa, se as condições são constantemente modificadas 
em função da configuração da junta, exigindo a atuação de inúmeros sensores para 
retroalimentar e corrigir o sistema, dependendo do tipo de peça a ser processada. 
Como a tecnologia atual não dispõe de sistemas realmente inteligentes, todas as 
possibilidades de mudanças e correções devem estar lógica e sistematicamente 
previstas na memória do sistema. A arquitetura do equipamento para esses casos 
pode ser bastante complexa para promover um perfeito ajuste em função dos desvios 
percebidos de trajetória, sendo, portanto, bastante aproximado da sensibilidade e 
habilidade humana na compensação das mudanças de operação. A automação flexível 
é empregada quando se têm produções de grande diversidade de peças.
Os dois processos descritos (poderiam ser) são classificados como "mecanizados", 
pois apesar de executarem toda a operação de soldagem sem a interferência humana, 
podendo até realizar ajustes de trajetórias quando necessário, não são capazes de 
detectar e corrigir em tem po real um problema de soldagem, como por exemplo uma 
falta de penetração. Entretanto, tratar um processo de soldagem robotizado como 
semiautomatizado é bem aceito no ramo industrial.
Sistemas totalmente automatizados para soldagem, chamados de automático com 
controle adapiativo, ainda se encontram em fase de pesquisa e desenvolvimento em 
escala de laboratório e em plantas piloto. Estes sé caracterizam por atuar automati­
camente numa sequência e condições de soldagem preestabelecidas (sistema em 
malha aberta) ou inseridas durante o processo (sistema em malha fechada). Este último 
opera de acordo com um controle central que determina as mudanças apropriadas 
para as condições de soldagem com base na retroalimentação. Dispositivos de sen- 
soreamento são usados para captar sinais de parâmetros e variáveis do processo, que 
são comparados com dados de situações nas quais as condições de operação são 
estáveis ("set-points"). Caso ocorram perturbações no processo ou nas condições da 
junta, causando desvios, essas diferenças são corrigidas com base em aigum modelo 
teórico ou empírico armazenado em arquivos remotos ou em um banco de dados na 
memória do sistema. O nível de automação desses sistemas pode variar à medida 
que mais itens forem controlados e consequentemente maior número de sensores 
tem de ser usado, encarecendo o equipamento. A utilização de sistemas deste tipo 
só é viável na produção totalmente integrada e de grandes lotes de peças.
2. Equipamentos
Um sistema para soldagem automatizada requer equipamentos e dispositivos de 
alta confiabilidade. O equipamento mais empregado nas indústrias atualmente para 
a automação da soldagem é o robô industrial.
CAPÍTULO 8 ..<31
AUTOMAÇÃO OA SOLDAGEM í 1 0 1
2.1 - Tipos de robôs usados em soldagem
Um robô industrial consiste de um conjunto de elos conectados e articulados, 
sendo o primeiro elo vinculado, geralmente, a uma base fixa e, no últim o elo, 
denominado extremidade terminal, tem-se a ferramenta (tocha de soldagem). Desse 
modo, o deslocamento da tocha passa a ser controlado segundo a movimentação 
especificada durante a programação do robô.
As configurações de robôs mais utilizadas em operações de soldagem são apre­
sentadas na Figura 1. Os robôs de configuração retangular (ou cartesiana) movem 
a ferramenta dentro de um espaço de trabalho retangular, nas direções x, y e z. São 
os mais utilizados nos processos de soldagem para a produção de cordões de solda 
lineares. O tipocilíndrico é similar ao retangular, pois utiliza movimentos de desliza­
mento em duas direções (vertical z e extensão x), mas com uma junta de rotação, a 
qual estabelece o espaço de trabalho cilíndrico. O tipo esférico, ou polar, possui um 
eixo deslizante e dois eixos rotativos. Seu espaço de trabalho é uma esfera. O robô 
do tipo articulado, cujos movimentos são todos de rotação, apresenta um espaço 
de trabalho mais complexo e flexível, tornando-o adequado para qualquer tipo de 
soldagem (linear ou fora de posição). Devido a esta grande flexibilidade, o robô tipo 
articulado é o mais utilizado atualmente.
(a) (b)
Ombro Cotoveio
/Extensão /
(C) (d)
Figura 1
Configurações básicas de robôs industriais: a) retangular; b) cilíndrico; c) esférico e d) 
articulado
2.2 - Componentes de um sistem a para soldagem a arco robotizada
A Figura 2 apresenta uma célula robótica com configuração básica para a solda­
gem (robô, fontes de energia e gás de proteção e mesa posicionadora), e a Tabela III 
apresenta uma descrição sucinta dos principais componentes e suas características 
mais importantes.
SOLDAGEM
FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
Figura 2
Configuração básica de uma célula robótica
Tabela III - Componentes básicos de um sistema para soldagem robotizada
Componentes
básicos Características importantes
Robô
Graus de liberdade, envelope de trabalho, destreza (precisão), fonte de ener­
gia. repetibilidade, velocidade, capacidade de carga, tipos de acionadores.
Controle computacional 
do robô
Técnica de programação, sistema de feedback de controle, tamanho da 
memória e do arquivo de backup, armazenamento do programa, inter­
faces, protocolos de comunicação, softwares especiais de soldagem.
Fonte de energia para 
soldagem
Ciclo de trabalho (usualmente 100% é desejável), interface com o 
controle do robô, precisão (corrige pequenas flutuações da tensão 
dò arco) e capacidade de constantemente iniciar o arco elétrico.
Equipamento e acessórios 
para soldagem a arco
Tipo de alimentador do arame (dois ou quatro roletes. por exemplo), 
tipo de controle, interface com o controle do robô, tocha de sol­
dagem (capacidade, precisão, dimensões), cabos (comprimento e 
montagem), ferramentas para alinhamento, estação de limpeza do 
bocal da tocha, estação do operador e equipamento de segurança.
Dentre os diversos equipamentos de suporte e auxiliares na soldagem com robôs, 
citam-se os posicionadores. Estes equipamentos são usados para melhorar a versa­
tilidade do sistema e aumentar a sua amplitude, pois em muitos casos a geometria 
das peças não pem iile aos robôs uma livre movimentação da tocha para o acesso à
CAPÍTULOS I 1 O O
AUTOMAÇÃO DA SOLDAGEM •
junta, restringindo o seu grau de liberdade. Em muitas aplicações os manipuladores 
permitem, se devidamente integrados com os robôs, soldar grandes extensões na 
posição plana, mesmo em planos diferentes. A Figura 3 apresenta um tipo de posi- 
cionador normalmente utilizado em soldagem onde mais 3 graus de liberdade são 
adicionados ao sistema de soldagem.
Figura 3
Tipo de posicionador para soldagem robotizada de 3 graus de liberdade
3. Programação de Robôs para a Soldagem
A programação de um robô para a realização de soldas obedece à seguinte 
sequência:
(1) calibração da posição da tocha de soldagem, para assegurar que 0 robô operará dentro 
de sua faixa de alcance e precisão:
(2) localização dos componentes de trabalho (mesa. gabaritos, fixadores etc.) e definição 
do tipo de fonte de energia;
(3) definição do caminho que será seguido pela tocha, assim como a localização dos 
cordões de solda;
Alguns robôs são do tipo "ensino e repetição" (armazenam na memória do 
controlador os pontos a serem percorridos), outros devem ser programados no 
modo "off-line", isto é, sem o robô estar operando. O controle computacional da 
movimentação de um robô pode ser realizado de três formas diferentes: ponto a 
ponto, caminho contínuo e caminho controlado. Na movimentação ponto a ponto, 
o robô se move de um ponto específico para outro, mas a princípio pouco importa
o caminho percorrido entre os pontos (este tipo tem aplicação em solda a
m stniMsaFUNDAMENTOS ETECMMM1A
pontos); na movimentação caminho contínuo o robô tem a habilidade de se mover 
tomando como referência pontos específicos que definem um caminho, mas a 
trajetória seguida pode não corresponder exatamente aos pontos programados 
(normalmente utilizado na manipulação de peças); e na movimentação caminho 
controlado (trajetória computada), o caminho entre os pontos programados é 
controlado, podendo ser definido através de uma interpolação linear (linha reta) ou 
por uma interpolação parabólica, bastando para isso que as coordenadas inicial e 
final, bem como o tipo de interpolação, sejam informadas ao controle. O controle 
computacional depende do tipo de robô e do programa implementado, entretanto, 
a maioria dos robôs para soldagem utiliza trajetória computada.
(4) definição das condições de soldagem a serem utilizadas e que devem estar atreladas 
às coordenadas de movimentação do robô. Nessa etapa da programação, são inseridos 
na programação dois conjuntos de dados: o primeiro, no inicio da trajetória, onde 
será depositado o cordão, contendo instrução para a abertura do arco; e o segundo, 
no final da trajetória, contendo instrução para a extinção do arco; e
(5) refinamento do programa através da verificação do desempenho e introdução de al­
guns controles básicos para soldagem. Algumas vezes é necessário editar o programa 
novamente para se obter a correta soldagem da peça.
4. Aplicações Industriais
A automação da soldagem é muito vasta e promissora e ainda é tópico de vá­
rios trabalhos de pesquisa e projetos. Entretanto, já existem algumas áreas onde a 
automação é consagrada e tem apresentado resultados muito satisfatórios. Resu­
midamente. algumas destas áreas são:
• soldagem de peças automobilísticas;
• submontagens de peças navais e caldeiraria pesada;
• soldagem estrutural pesada, incluindo fabricação de perfis e pontes; e
• soldagem de produtos .tubulares, incluindo montagem soldada de tubos flangeados 
e derivações.
CAPtnilOB I 1 0 C
AUTOMAÇÃO DA SOLDAGEM |
5. Exercícios
a) Explique com suas palavras quando um robô para soldagem pode ser considerado um 
sistema automático e quando pode ser considerado semiautomático considerando 
as definições apresentadas nas Tabelas I e II. Em que situação ele é considerado 
mecanizado?
b) Dentro da classificação proposta, dê um exemplo de um sistema semimecanizado 
para soldagem com eletrodo revestido.
c) Qual a diferença fundamental entre automação flexível è automação fixa? Dê exem- 
pios.
d) Discuta a aplicação dos quatro tipos de robôs em soldagem.
e) Que outros tipos de posicionadores você acha que poderiam ser utilizados para sol­
dagem? Esboce os tipos indicando os movimentos com setas.
NORMAS E QUALIFICAÇÃO EM SOLDAGEM
CAPÍTULO 9
1. Introdução
Desde o início da civilização existe a necessidade de regras e regulamentos para 
controlar de uma forma ou outra as atividades humanas. Com o advento da Revolução 
Industrial, as atividades neste campo começaram a exercer um importante efeito 
sobre os indivíduos não diretamente envolvidos com os processos de fabricação, 
tanto os usuários diretos como os não usuários dos produtos destes processos. A 
falta de regulamentação nas diferentes etapas de um processo de fabricação, ou a 
não observância de regulamentações existentes, tem ocasionado acidentes e outros 
problemas que podem ter sérias consequências tanto para os produtores, como para 
os usuários e, também, para a população em geral e para o meio ambiente.
Assim, um dos objetivos primários de uma norma (Tabela I) é a prevenção de 
acidentes que poderiam resultar em morte de pessoas, perdas materiais e conta­
minaçãodo meio ambiente. O uso bem-sucedido de normas pode resultar em uma 
produção mais uniforme, reduzindo a variabilidade de produtos e procedimentos, 
melhor controle de qualidade, maior tastreabilidade, possibilidade de correção de 
falhas em produtos e um método de produção mais sistemático. Além disso, a nor­
malização proporciona um meio eficiente para facilitar a troca de informação entre 
o produtor de um dado bem ou serviço e seus clientes. Mais recentemente, com o 
grande aumento das relações econômicas entre as nações, levando tanto a um au­
mento da competição como a uma maior necessidade de cooperação e padronização
« o o SOLOA8EM
138 FUMDMIENTDS E TECHOtOQlA
entre empresas de diferentes países, a maior ênfase nas necessidades dos clientes 
e a-maior demanda para a conservação de recursos e proteção do meio ambiente 
tornaram o uso de normas técnicas e o desenvolvimento de sistemas de garantia 
da qualidade (e do meio ambiente) fundamentais para empresas que anteriormente 
não se preocupavam com estes aspectos. Finalmente, o registro padronizado das 
operações envolvidas em um dado processo e os seus resultados é uma forma efi­
ciente de uma empresa guardar e demonstrar o seu domínio de uma dada tecnologia, 
podendo representar, assim, uma vantagem competitiva.
Îab8la I - Definição de alguns termos importantes1
Termo DeMçáo
Norma Aplica-se coletivamente para Códigos, Especificações, Práticas Recomendadas. 
Classificações e Guias para processos, materiais e aplicações que tenham sido 
preparados e aprovados por uma organização normalizadora, uma entidade de 
classe ou profissional ou alguma outra organização similar.
Código Consiste de um conjunto abrangente de regras e normas sistematicamente 
arranjadas para uma dada aplicação. Em muitas situações, um código tem caráter 
obrigatório estabelecido por lei ou contrato.
Especificação Trata-se de uma norma que descreve de forma clara e precisa as exigências técnicas 
relativas a um material, produto, sistema ou serviço.
Prática reco­
mendada
É uma norma que descreve práticas industriais gerais para algum processo, técnica, 
método ou material, em particular, e que dçve ser considerada antes de se usar 
este processo, técnica, método ou material:
Classificação Trata-se de uma norma cujo objetivo primário é estabelecer um arranjo ou divisão 
de materiais ou produtos em grupos baseados em características similares.
Método Consiste em um conjunto de requerimentos relacionados com o modo pelo qual um 
tipo particular de ensaio, técnica de amostragem, análise ou medida é realizado.
Guia Trata-se de uma norma que informa ao usuário sobre os melhores métodos para 
realizar uma determinada tarefa. Em geral, fornece um conjunto de diferentes 
métodos.
Especificação 
de procedimen­
to de soldagem
É um documento, em geral, baseado em exigências de alguma norma, que indica as 
variáveis de soldagem para uma aplicação especffica para garantir a repetibilidade 
dos resultados em soldas realizadas por soldadores ou operadores treinados de 
forma adequada.
Uma das características mais importantes de uma norma é a sua autoridade, 
isto é, uma norma precisa ter um grau de autoridade suficiente para garantir que as 
suas exigências sejam seguidas por seus usuários. Esta autoridade é assegurada 
geralmente por organizações reguladoras internacionais, governamentais, industriais 
ou de consumidores, às quais é dado o poder de policiar as atividades daqueles que 
falham em seguir as suas regulamentações. Algumas vezes, a autoridade associada 
a um código ou um outro tipo de norma pode resultar em punições, tais como, a 
exclusão do mercado de um fabricante que não observou os seus requerimentos. 
Em alguns casos, grupos de proteção ao consumidor podem exercer eficientemente 
este tipo de autoridade.
1 Baseado em definições da American Wolding Society (AWS).
Uma outra característica importante é a "interpretabilidade" da norma. Para ser de 
algum uso, tánto para o fabricante como para o comprador ou usuário, uma norma 
deve ser escrita em uma terminologia clara, concisa e não ambígua. Este aspecto 
é extremamente importante quando a obediência de uma dada norma se torna um 
assunto legal.
Um código ou outro tipo de norma deve também ser prático. Isto significa que 
o seu usuário deve conseguir atender às suas exigências e ainda produzir, com 
lucro, um dado produto que seja útil ao usuário. Esta "praticidade" não é sempre 
fácil de ser conseguida. Ela requer discussões entre especialistas de todas as ativi­
dades envolvidas com üm dado produto ou serviço específico e, também, requer 
experiência. A decisão de quanto controle é necessário é muito delicada e deve ser 
cuidadosamente avaliada para se evitar o problema muito comum de a obediência ao 
código ou norma se tomar o maior obstáculo a uma produção eficiente e lucrativa.
Por outro lado, na maioria dos casos, a correta adoção de códigos e de um sistema 
de garantia da qualidade em uma empresa é uma forma de se obter importantes 
ganhos de produtividade e de eficiência e de se reduzir custos.
Para que o problema anterior seja evitado, muitas normas devem ser escritas por 
comitês constituídos por grupos representativos de entidades governamentais, de 
produtores e de consumidores. Da experiência acumulada deste grupo, espera-se 
que a norma resultante seja justa e adequada para todos os interessados. A existên­
cia de dispositivos que possibilitem a eventual alteração da norma, quando isto for 
necessário, é também importante. Isto pode ocorrer quando a experiência acumu­
lada ou o desenvolvimento de novas técnicas de fabricação, inspeção ou controle 
indicarem que a alteração, substituição ou abandono de alguns requerimentos, ou 
a adoção de novos, sejam necessários.
CAFfTULO 9 I i o a
NORMAS EOUAUnCAÇto EM SOUJAGEM 1
2. Normas em Soldagem
No caso específico das operações de soldagem, a realização de soldas inade­
quadas durante a fabricação de certos tipos de estruturas ou equipamentos, tais 
como, navios, pontes, oleodutos, componentes automotivos e vasos de pressão, 
pode resultar em sérios acidentes com grandes perdas materiais e. eventualmente, 
humanas e danos ao meio ambiente. Como consequência, diferentes aspectos das 
operações de soldagem para diversas aplicações são regulados por diferentes códi­
gos, especificações e outras normas segundo a aplicação específica. Como exemplos 
de códigos e especificações importantes ligados à soldagem, podem-se citar:
• ASME Boiler and Pressure Vessel Code (vasos de pressão)
*
• API STD 1104, Standard for Welding Pipelines and Related Facilities (tubulações e 
dutos na área de petróleo)
• AWS D1.1. Structural Welding Code (estruturas soldadas de aço carbono e de baixa 
liga)
«40 touusat
rawMKBnssEncttouGU
• DNVÍ Rules for Design, Construction and Inspecion of Offshore Structures (estruturas 
marítimas de aço)
* Especificações diferentes de associações como a International Organization for 
Standardization (ISO). American Welding Society (AWS), British Standard Society (BS), 
Deustches Institute für Normung (DIN), Association Française de Normalisation (NF), 
Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) etc.
Estes códigos e especificações podem cobrir as mais diferentes etapas de sol­
dagem, incluindo, por exemplo, a especificação de material (metal de base e consu- 
míveis). projeto e preparação da junta, qualificações de procedimento e de operador 
e procedimento de inspeção. Especificações da American Welding Society para 
consumíveis de soldagem, muito utilizadas em nosso país, são citadas em diversas 
partes deste livro. A Tabela II lista algumas normas relacionadas com a soldagem 
publicadas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas.
Tabela II - Algumas normas da ABNT ligadas à soldagem (Continua)
Norma Código Data
Chanfro de solda manual para construção naval- Tipo NBR7239 03/1982
Consumíveis em soldagem NBR10516 10/1988
Critérios para a qualificação e certificação de inspetores de soldagem NBR14842 07/2003
Eletrodos de aço carbono e fluxos para a soldagem a arco subçherso NBR10617 01/1989
Eletrodos de aço carbono e fluxos para a soldagem a arco submerso NBR10618 01/1989
Eletrodos de aço carbono e fluxo s para a soldagem a arco submerso 
- Ensaios
NBR10619 01/1989
Eletrodos revestidos de aço carbono para a soldagem a arco elétrico N8R10614 01/1989
Eletrodos revestidos de aço carbono para a soldagem a arco elétrico NBR10615 01/1989
Eletrodos revestidos de aço carbono para a soldagem a arco elétrico 
- Ensaios
NBR10616 01/1989
Ensaio visual em soldas, fundidos, forjados e laminados NBR10777 10/1989
Equipamento elétrico para soldagem a arco - Fontes de energia de 
corrente constante e fontes de energia de tensão constante NBR9378 06/1986
Inspeção de solda por ensaio de ultrassom em partes estruturais do 
casco de embarcações
NBR10686 06/1989
Inspeção radiográfica em soldas na estrutura do casco de embarcãções NBR9360 05/1986
Junta soldãda em componentes metálicos de uso aeroespacial NBR12275 06/1991
Mangueiras para solda a gás NBR5900 1974
Manómetros para gases comprimidos utilizados em solda, corte e 
processos afins
NBR13196 08/1994
Máquina elétrica para soldagem a arco NBR7859 04/1983
Qualificação de procedimentos de soldagem pelo processo eletrodo 
revestido para oleodutos e gasodutos
NBR10663 04/1989
Qualificação de soldadores e operadores de soldagem em ntvel 
aeroespacial NBR10680 05/1989
CAPÍTULO 9 1 iM 
NOBVASEQUAUfCAÇÀOEMSOlDAGlM
Tabela II - Algumas normas da ABNT ligadas à soldagem (Conclusão)
Qualificação em soldagem NBR10474 09/1988
Radiografia - Inspeção de soldas de topo em vasos de pressão e 
tanques em armazenamento - Critérios de aceitação NBR10150 11/1987
Reguladores de pressão para cilindros de gases usados em solda, 
corte e processos afins - Requisitos e métodos de ensaio
NBR14250 12/1998
Requisitos gerais para um programa de qualificação de soldadores e 
operadores de soldagem em nivel aeroespacial NBR9540 09/1986
Requisitos para a execução de ensaios radiográficos em juntas solda­
das de materiais metálicos
NBR10558 12/1988
Sfmbolos gráficos de solda para construção naval e ferroviário NBR7165 02/1982
Solda branda NBR5883 10/1982
Solda branda em fio com núcleo de resina NBR6634 05/1987
Solda manual e semiautomática para estrutura de embarcações - 
Qualificação de soldadores
NBR8878 05/1985
Solda para construção naval - Identificação de descontinuidades 
radiográficas NBR8420 11/1989
Soldagem - Números e nomes de processos NBR13043 09/1993
Soldas em partes estruturais do casco de embarcações • Ensaio por 
ultrassom NBR10685 06/1989
Terminologia de soldagem elétrica NBR5874 1972
Varetas e arames de ligas de alumínio para soldagem e brasagem, de 
aplicação aeronáutica NBR9111 11/1985
3. Registro e Qualificação de Procedimentos e de Pessoal
Para diversas aplicações, as normas relevantes exigem que, antes da execução 
da soldagem de produção, especificações dos procedimentos que serão adotados 
para a sua execução sejam preparadas e qualificadas. Este processo visa demons­
trar que, através do procedimento proposto, soldas adequadas, de acordo com os 
requisitos colocados pela norma ou estabelecidos em contrato, podem ser obtidas. 
Além disso, ele permite uniformizar e manter registro das condições especificadas 
de soldagem para controle do processo e eventual determinação de causas de falha. 
A Especificação de Procedimento de Soldagem (EPS) é um documento no qual os 
valores permitidos de diversas variáveis do processo estão registrados para serem 
adotados, pelo soldador ou operador de soldagem, durante a fabricação de uma 
dada junta soldada. Variáveis importanteè de um procedimento de soldagem e que, 
portanto, podem fazer parte de uma EPS incluem, por exemplo, a composição, classe 
e espessura do(s) metal(is) de base, processo(s) de soldagem, tipos de consumíveis 
e suas características, projeto da junta, posição de soldagem, temperatura de pré- 
-aquecimento e entre passes, corrente, tensão e velocidade de soldagem, aporte 
térmico, número aproximado de passes e técnica operatória. Naturalmente, a forma
I <9 SC IDAS IM 
< FUNOAMINTDS E TtCNOlBGlA
exata de uma dada Especificação de Procedimento de Soldagem, as variáveis por 
ela fconsideradas, sua relevância e variação permitida dependem da norma técnica 
que está sendo aplicada. A Figura 1, páginas 146 e 147, mostra um exemplo de 
formulário para a preparação de uma EPS.
Para que possa ser utilizada na produção, uma EPS deve ser previamente testada 
e qualificada. Para isto, amostras adequadas devem ser preparadas e soldadas de 
acordo com a EPS. Corpos de prova devem ser retirados destas amostras e tes­
tados ou examinados, os resultados destes devem ser avaliados e. com base nos 
requerimentos estabelecidos pela norma, projeto ou contrato, o procedimento deve 
ser aprovado ou rejeitado (neste caso, podendo ser convenientemente modificado 
e testado novamente). Algumas normas apresentam procedimentos de soldagem 
pré-qualificados cuja utilização dispensa a necessidade do sua qualificação.
Os testes que serão realizados na qualificação de uma EPS, assim como o seu 
número, dimensões e posição no corpo de prova, dependem da aplicação e da norma 
considerada. Como testes, que podem ser requeridos, podem-se citar:
• Ensaio de dobramento
• Ensaio de tração
• Ensaio de impacto (ou outro ensaio para determinação de tenacidade)
• Ensaio de dureza
• Macrografia
• Ensaios não destrutivos (por exemplo, radiografia)
• Testes de corrosão
Os resultados dos testes devem ser colocados em um Registro de Qualificação 
de Procedimento de soldagem (RQPS), Figura 2.páginas 148 e 149, o qual deve ser 
referido pela EPS, servindo como um atestado de sua adequação aos critérios de 
aceitação estabelecidos; Enquanto os originais da EPS e RQP devem permanecer 
guardados, cópias da EPS já qualificadas devem ser encaminhadas para o setor de 
produção e colocadas próximas das juntas que serão fabricadas de acordo com 
a EPS. Durante a fabricação, os valores indicados na EPS deverão ser seguidos. 
Inspeções periódicas são realizadas para verificar qué isso está ocorrendo.
Dependendo do serviço a ser executado, um grande número de juntas soldadas 
pode vir a exigir qualificação. Nestas condições, o processo de qualificação poderá ter 
um custo relativamente elevado e demandar um longo tempo para a sua execução. 
Assim, a utilização, quando possível, de procedimentos de soldagem previamente 
qualificados, juntamente com a facilidade de acessar estes procedimentos (em um 
banco de dados) e selecioná-los de acordo com os critérios dos códigos que estão 
sendo usados, é uma importante estratégia para manter a própria competitividade 
da empresa. Existem disponíveis atualmente programas de computador específicos 
para o armazenamento e seleção de procedimento de soldagem.
CAPfnjl09 I 1^ *3
KOHMAS E QUAUHCAÇAO EM SOIHAGEM IH O
Para diversas aplicações, o soldador {ou operador) precisa demonstrar, antes 
de poderrealizar um dado tipo de soldagem na produção, que possui a habilidade 
necessária para executar aquele serviço, isto é. ele precisa ser qualificado de acordo 
com os requisitos de um dado código. Para isto, ele deverá soldar corpos de prova 
específicos, sob condições preestabelecidas e baseadas em uma EPS qualificada ou 
em dados de produção. Estes corpos de prova serão examinados para se determinar 
sua integridade e, desta forma, a habilidade de quem o soldou. Como é impossível 
avaliar o soldador em todas as situações possíveis de serem encontradas na pro­
dução, o exame de qualificação geralmente engloba uma determinada condição de 
soldagem enão uma situação específica (tal como a qualificação para a soldagem 
em uma determinada posição com um dado processo). Segundo o código ASME. 
as variáveis que determinam a qualificação de um soldador são:
• processo de soldagem
• posição de soldagem
• classe do consumível
• espessura da junta
• situação da raiz (presença de cobre-junta).
Ensaios comumente usados na qualificação de soldador (ou operador) incluem, 
por exemplo, a inspeção visual da junta, ensaio de dobramento. macrografia, radio­
grafia e ensaios práticos de fratura. Os resultados dos testes de qualificação são 
colocados em um documento chamado Registro de Teste de Qualificação de Soldador 
ou operador de soldagem. Figura 3, página. 150.
A qualificação de um soldador ou operador para uma determinada condição de 
soldagem não garante a este qualificação para qualquer situação. Dependendo do 
serviço a ser executado, este pode não ser coberto pela qualificação obtida por um 
dado soldador, exigindo uma nova qualificação deste que inclua esta nova situação. 
Além disso, a qualificação tem uma duração definida, a qual pode, em muitos casos, 
ser renovada desde que o soldador se mantenha trabalhando regularmente com 
o processo para o qual foi qualificado e não gere motivos para se duvidar de sua 
habilidade. índices de desempenho, baseados, por exemplo, na porcentagem de 
soldas radiografadas que necessitaram reparos, podem ser utilizados para averiguar 
a necessidade de uma nova qualificação.
Como no caso de procedimentos de soldagem, a manutenção de uma equipe 
de soldadores devidamente qualificada para os tipos de serviços que a empresa 
realiza, é um importante fator para manter a competitividade desta. Portanto, o 
desenvolvimento de programas para o treinamento e aperfeiçoamento constante 
da equipe, de forma a atender as demandas dos diferentes códigos e clientes, não 
deve ser relegado a um segundo plano de prioridades.
A implantação de um sistema de especificação e qualificação em soldagem não 
é uma tarefa simples e deve necessariamente envolver a administração da empresa. 
Esta implantação deve envolvera criação de uma estrutura administrativa para gerenciar 
o sistema com atribuições e poderes bem definidos, criar os meios para o registro 
e arquivamento das qualificações realizadas e estabelecer os vínculos necessários 
com as entidades competentes para o funcionamento do sistema.
m SOUMGEtlFUNDAMENTOS E TECNOtOGIA
As qualificações de procedimento de soldagem e de soldador (ou operador) fazem 
parte do sistema de garantia da qualidade em soldagem. Este controle engloba 
diversas outras atividades, apresentando uma maior ou menor complexidade em 
função de cada empresa, seus objetivos e clientes e do serviço particular. Em geral, 
três etapas podem ser consideradas:
1. Controle antes da soldagem, que abrange, por exemplo, a análise do projeto, cre­
denciamento de fornecedores ou controle da recepção de material (metal de base e 
consumíveis), qualificação de procedimento e de soldadores, calibração e manutenção 
de equipamentos de soldagem e auxiliares.
2. Controle durante a soldagem, que inclui o controle dos materiais usados (ex.: con­
trole da armazenagem e utilização de eletrodos básicos), da preparação, montagem 
e ponteamento das juntas e da execução da soldagem (por exemplo, a verificação 
se o consumfvel está correto, se as ferramentas estão adequadas e se a EPS está 
sendo seguida).
3. Controle após soldagem, que pode ser realizado através de inspeções não destrutivas
e de ensaios destrutivos de componentes selecionados por amostragem ou de corpos 
de prova soldados juntamente com a peça.
Os termos classificação, qualificação e certificação muitas vezes são usados 
de forma indiscriminada, mas em geral têm significado diferente e se aplicam a 
diferentes situações. A classificação de consumíveis de soldagem tem por objetivo 
enquadrar um produto numa determinada divisão;por grupos previstos em normas 
técnicas, com base, normalmente, em sua composição química e propriedades 
mecânicas. Às vezes, um mesmo produto pode ser enquadrado em mais de uma 
classificação. A qualificação de consumíveis ou de pessoal normalmente envolve a 
realização de testes para averiguar que um produto ou profissional possui determi­
nadas qualidades ou atributos. No caso de pessoal, pode ser necessário um treina­
mento antes do exame de qualificação. No caso de consumíveis, é comum o usuário 
fazer testes específicos para verificar a adequação de um produto específico a uma 
determinada condição de fabricação. A certificação é a emissão de um documento 
por entidade competente e reconhecida, atestando uma determinada qualificação. 
Deve-se observar que tanto a qualificação quanto a certificação de pessoal e de pro­
dutos envolvem despesas, muitas vezes elevadas e sua necessidade deve ser bem 
avaliada, a fim de não encarecer desnecessariamente a fabricação por soldagem.
CAPÍTUUJ9 L < c 
NORMAS E OUAIBCAÇÀO EM SOICASM
4. Exercícios
a) O que é uma EPS e para que é usada?
b) O que é uma RQPS e como ela é obtida?
c) O que é qualificar um soldador? E um procedimento de soldagem?
d) O que é um soldador certificado?
•“ “ l nMMMSnDSETfCNOUMàM
ESPECIFICAQÃO DE PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM - EPS
Nome da Cia:
Num EPS: lüata: RQP(s) Corresp:
Processo(s) de Soldagem: Tído:
(manual, semi-omomâtico otc.)
Junta Tratamento Térmico Pós-Soldagem
Tipo: Faixa de Temperaturas:
Cobre-junta (sim/Não): Tempo de Permanência:
Material (tipo): Outros:
Outros:
Metal Base Características Elétricas
Tipo: Tipo de Corrente (CC/CA):
Análise Química: Polaridade:
Faixa de Corrente (A):
Tensôo (V):
Faixa de Espessura: Outros:
Outros:
Meta! de Adição e e Fluxo Técnica de Soldagem
Classif. AWS: Dimensão do Bocal:
Marca Comercial: Distância Bico de Contato-Peça (mm):
Dimensões: Método de Limpeza Inicial:
Tipo de Cordão (reto ou trançado):
Outros: Oscilação - Amplitude:
Freqüência:
Gás da Proteção Método de Goivagem:
Gas(es}: Número de Passes (por lado):
Composição:
Vazâo (l/min): Número de Eletrodos:
Outros: Velocidade de Soldagem:
Posição de Soldagem:
Pré-Aqueclmento Outros:
Temperatura:
Temperatura Entre Passes:
Outros:
Figura 1
Formulário para Especificação de Procedimento de Soldagem. (Baseado parcialmente no código 
ASME, SeçSo IX. Este formulário é uma adaptação simplificada de uso apenas didático. Ver na 
próxima página o verso do formulário.)
CAPflUlOS I « A-, 
NORMASEOUAUHCAÇtóEMSOIDAGEM | 1*»/
ESPECIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM (verso)
D E T A L H E S D A JU N T A :
Passe
N° Processo
Metal de adição
Classe Diâmetro
Corrente
Pol. Faixa (A)
Faixa de 
Tensão (V)
Velocidade de
Soldagem
(mm/s)
Figura 1
(Cont.) Face oposta de uma EPS
148 ftMOJUttNTOS C TWKOtOOU
Registro de Teste de Qualificação 
de Procedimento de Soldagem - RQPS
Nome da Cia:
EPS Usada Num: IProcesso(s) de Soldagem:
Tipo e Modelo de Equipamento Usado:
Junta
Chanfro: Simples ( ) Duplo { )
Material do cobre-junta:_____________
Fresta:______ (mm) Nariz:______ (mm)
Ângulo do Chanfro: Raio: (mm)
Extração de raiz: Sim ( ) Não ( ) 
Processo:_____________
Metal Base
Especificação: 
Tipo ou Grau: _ 
Grupo:______
Espessura ou Diâmetro:_______
Revestimento:
Material:_________ Espessura:
Compos Química:
Outros:
iNletal do Adição e e Fluxo
lAnálise Química:_____________
Metal de Adição:_____________
Especificação AWS:__________
[Classificação AWS:___________
F l u x o : ____________ _
(mm)
Inserto: Especif: 
Guia: Sim ( ) 
lOutros:
Classe:
NSo ( ) Tipo:
Posição da Soldagem _ 
Chanfro;_________ Filete:
Pfé-Aquecimento
Temperatura inicial:_____
Temperatura entre passes:. 
Método de aquecimento: _
Seqüência de Soldagem
Tratamento Térmico
Temperatura:___
Outros:
G8SBS
Tipo(s): _ 
Mistura:Vazão:
Tempo:
Proteção na raiz: Gás:.
Características Elétricas
"Stick-out":________
Vazão:
"Stand-oíT:
Modo de transferência de metal:______________
Tipo de eletrodo de Tungsténio:______________
Corrente: ( )CC+ ( IC C -( (CA ( (Pulsada
Energia de Soldagem:________________ _____
Pulso: Tp:____ lp: ____ Tb:_____ lb:-------
Outros.
Técnica
Oscilação: Freqüência:____Amplitude:_____
Tempo de espera lateral:_______ _
Número de passes:__
Número de eletrodos:
Martelamento:_____
Limpeza:__________
Outros:____________
Figura 2
Exemplo simplificado de formulário de RQPS
CAPÍTU109 I . iiQ 
NORMAS EÜUAUfCAÇtoa» SOlDM»4 1 ^9
Teste de Tração
Tipo de CP: Dimensões:
Chanfro: ( ) Reforço: ( Pinos: ( Limite de resistência mínimo:
No. CP Largura Espessura Área Carga Lim Resist. Tipo Fratura OBS
Teste de Dobramento ■
Dimensões do CP:
Tipo Teste Resultado Tipo Teste Resultado Tipo Teste Resultado Tipo Teste Resultado
1
Teste de Impacto
Tipo: Dimensões do CP: Temperatura
Localização do entalhe: Metal de Solda - MS. Metal base - MB. Zona termicamente afetada -ZTA
CP Num Localização Energia Absorvida % Fratura dúctil Expansão Lateral
Nlacronrafia Cisalhamanto do Fileta
So aplicável
Ensaio de dureza: Tído: Valores: ( ) Aprov. ( ) Reprov.
Inspeção Visual: 
Torque:
Análise Química: 
Estanqueidade: Tipo:
( ) Aprov. 
( ) Aprov. 
( ) Aprov. 
( ) Aprov.
( ) Reprov. 
( ) Reprov. 
( ) Reprov. 
( ) Reprov.
Ensaio não destrutivo: Tipo: ( ) Aprov. ( ) Reprov.
Tipo: ( ) Aprov. ( ) Reprov.
Tipo: ( ) Aprov. ( ) Reprov.
EmDresa/Laboratório:
Certificamos que os resultados de ensaios registrados neste documento estão corretos e que as soldas 
examinadas foram preparadas, soldadas e testadas conforme os requisitos da Norma Técnica
. Dara este tioo de oualificacáo.
/ /
Apmvaçio
Responsive!
Reviséo
Figura 2
(Cont.) Formulário de RQPS (face oposta)
150 iClOMUMFUNDAMENTOS E TECNOUS1A
Registro de Teste de Qualificação 
de Soldador ou Operador de Soldagem - RTQS
Nome: Sinete:
Posicào: (plana, horizontal, vertical asc. vert desc. sobrecabeça)
Processo de Soldagem: Tído:
De acordo com a EPS Num
Manual, semi-automática. etc.
Material: Diâmetro/EsDessura da Junta (tubo):
Faixa de esDessuras Qualificada: a
Mstal de Adição
Esoecificacão: Ctassificacão. F Number:
Descrição (se for o caso):
Nome Comercial: Cobre-junta: ( )Sim ( Não Tipo:
Testa de Dobramento
Tipo Resultado Tipo Resultado
Laboratório:
Teste Num: Responsável:
Teste Num: Responsável:
Teste Num: Responsável:
Teste de Solda de Filete
Aparência: Tamanho‘do filete:
Teste Num: Responsável:
Macrografia
Laboratório:
Teste Num:
Responsável:
Radiografia
Num Filme Resultado Observações Num Filme Resultado Observações
Teste Num: Acomoanhado Dor:
Fabricante ou Contratante:
Aorovado oor: Em: / /
Aorovado Dor: Em: / /
Figura 3
Exemplo (simplificado) de um formulário para qualificação de soldador
CAPÍTULO IO
DETERMINAÇÃO DOS CUSTOS DE SOLDAGEM
1. Introdução
Os preços de produtos e serviços, por um longo período da história, foram de­
terminados por uma fórmula simples: preço=custo + lucro. Assim, o custo total era 
repassado integralmente aos preços finais, sem que houvesse muita preocupação 
com sua evolução. Entretanto, o processo de globalização da economia obrigou os 
diversos setores a reverem suas posições quanto à formulação dos preços de ser­
viços e produtos. Particularmente no mercado brasileiro, as tarifas de importação já 
não representam uma barreira intransponível. Este cenário fez com que 0 preço de 
produtos e serviços não fosse mais tratado como uma questão regional. O preço é 
determinado pelo mercado mundial. Com isso. a equação teve de ser rearranjada 
como: lucro-preço-custo.
Assim, conhecer a estrutura dos custos passa a ser primordial para 0 sucesso das 
emprésas. Menores custos implicam em maior competitividade e maiores lucros e, 
consequentemente, sobrevivência. Cada etapa da produção, como por exemplo a 
soldagem, deve ter seu custo avaliado e acompanhado.
A análise dos custos da soldagem pode ser solicitada antes de se realizar a sol­
dagem, constituindo uma estimativa de custo (por exemplo, para participar de uma 
concorrência), ou pode ser feita para uma operação já existente para compor o custo 
de um produto, avaliar lucratividade ou comparar 0 custo orçado com custo real. Uma
I C O ' SOIOAGEM
1 J L FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
avaliação incorreta dos custos de soldagem pode levar a empresa a oferecer preços 
muito baixos e gerar perdas econômicas, ou preços muito altos que inviabilizarão a 
empresa na captação de obras.
O objetivo deste capítulo é mostrar como calcular, de maneira simplificada, o 
custo total (CT) de um processo qualquer de soldagem. Este pode ser desmembrado 
em diversas parcelas, como mestrado abaixo:
CT = CMO + CC + CE + CM + CD + CMC (R$) (Eq. 1)
onde CMO é o custo da mão de obra, CC é o custo dos consumíveis, CE é o custo 
da energia elétrica. CM é o custo de manutenção, CD é o custo de depreciação e 
CMC é o custo de outros materiais de consumo.
Ao calcular os custos da soldagem, todos os itens acima podem ser considerados, 
ou apenas alguns destes itens, dependendo da precisão necessária. A Figura 1 mostra 
que o custo da mão de obra é, via de regra, o fator de maior peso nos custos da sol­
dagem. se forem incluídos nesta parcela os custos fixos de uma empresa. Note ainda 
que. neste caso, o custo da mão de obra mais o custo dos consumíveis representam 
cerca de 93% do custo da operação, e, em muitos casos, apenas calculando estas 
duas parcelas consegue-se uma boa aproximação dos custos da soldagem.
100%
Cç 8 0 %
*ro 6 0 % o 
(3
% 4 0 % 
t:
£ 20%
0%
Figura 1
Distribuição dos principais custos de soldagem
2. Custo da Mão de obra
CMO (/?$) = (Custo unitário) ( f í$/h) x tempo de soldagem (h) (Eq. 2)
O custo unitário mostrado acima pode ser calculado incluindo salários, encargos 
sociais e os custos fixos da empresa ("overhead"). Para se obter este valor, pode-se 
solicitar junto ao departamento de pessoal o total da folha de pagamentos mensal total 
ou setorial, dependendo da conveniência, incluindo encargos sociais, e dividir esse 
valor pelo número total de horas trabalhadas no mês em operações de soldagem.
■ Brasil 
0E .U .A
B f c a H
Máo-de-Obra e Equipamentos Consumíveis Energia Elétrica 
"Overtiead" Soldagem
Parcelas do custo total
0 tem po de soldagem na equação anterior deve ter como base as mesmas 
considerações tomadas para se obter o custo unitário e, portanto, nos dois casos 
pode ou não se incluir os tempos de parada do soldador para troca de eletrodos, 
retirada de escória etc.
Num cálculo mais focalizado, o custo da mão de obra pode levar em conta apenas 
o trabalho do pessoal envolvido diretamente com a soldagem, incluindo montado­
res e soldadores. Neste caso, os custos fixos da empresa, como aluguel, telefone, 
pessoal administrativo, comissões de venda etc., devem ser considerados em uma 
parcela específica.
CAPÍTUL010 i ç o
K IBW N A ÇÃ O DOS CUSTOS 06 SOLDAGEM I 1
3. Custo dos Consumíveis
O custo dos consumíveis (CC) é dado pela soma dos custos do metal de adição 
(CMA), do fluxo (CF) e do gás de proteção (CG), se usados.
A estimativa do custo do metal de adição deve-se iniciar pela avaliação do custo 
do metal depositado (CMD), calculado pelo produto da massa de metal depositado 
pelo custo do eletrodo (ou vareta), conforme a equação 3.
CMD (R$) = massa do meta! depositado (kg) x custo do eletrodo (R$/kg) (Eq. 3)
A massa do metal depositado (MMD) é calculada pelo produto da área da seção 
transversal da junta, do comprimento da solda e da densidade do material, como 
mostra a equação 4. A área da seção transversal depende do tipode chanfro utilizado. 
A Tabela I mostracomo calcular a área de alguns chanfros, ea Tabela II mostra a 
densidade de alguns materiais.
MMD (kg) = A (cm2) x L (cm) x p (kg/cm3) (Eq. 4)
onde A é área da seção transversal da junta, L ê o comprimento da solda e p é a 
densidade do material.
Tabela I - Área da seção transversal
Tipo de Chanfro Área da Seção Transversal
V Simples (e-h)? x tan (9/2) + d x e
V Duplo 0,5x[(e- h)J,xtan(0/2)) -fdxe
K 0.5 x |(e - h)! x tan 0] + d x e
Y 0.25 x (|e - h)J x tan 0] + d x e
e = espessura da chapa, h = nariz, 0 = ângulo da junta, d = fresta
« ca touMuai
1 3 4 fuaMHanosETiCNOioou
Tabela I! - Densidades aproximadas de algumas ligas
Liga Densidade (kg/cm1)
Aço carbono 0,0078
Aço inoxidável 0.0080
Ligas de cobre 0,0086
Ligas de nfquel 0.0086
Ligas de alumínio 0.0028
Ligas de titânio 0.0047
O custo do metal de adição deve levar em conta também que parte deste é per­
dida na forma de respingos, pontas descartadas etc., estimada pela eficiência de 
deposição (ED) e, portanto, é calculado dividindo-se o preço do metal depositado 
pela eficiência de deposição do processo, como mostra a equação 5. A eficiência 
de deposição depende do processo e dos parâmetros de soldagem. Algumas faixas 
de valores são mostradas na Tabela III. Em alguns casos não se utiliza material de 
adição, como por exemplo, na soldagem de chapas finas, sem abertura de raiz.
CMA (R$) = -100^1D _ (Eq 5)
Tabela III - Valores típicos de eficiência de deposição para diferentes processos
Processo 9(% )
SMAW
Comprimento: 350mm 55-65
450mm 60-70
SAW 95-99
GMAW 85-97
FCAW 80-90
Em outros casos se usam, além do metal de adição, fluxos de soldagem e/ou ga­
ses de proteção, que devem ser considerados e incluídos no custo dos consumíveis. 
Deve-se, então, acrescer ao custo destes o custo do fluxo (se for o caso, como, por 
exemplo, na soldagem a arco submerso) e o custo do gás de proteção, para o caso 
da soldagem MIG/MAG ou TIG, por exemplo.
O custo do fluxo (CF) pode ser estimado pela razão (massa de fluxo consumido)/ 
(massa de metal depositado). RMF, que pode ser obtida junto aos fornecedores, para 
cada tipo de fluxo. Normalmente, esta relação varia de 0.9 a 1.2. Assim,
CF (R$)= MMD (kg) x RMF x custo do fluxo (R$/kg) (Eq. 6)
CAPfTUL010 i c e 
DíTSttWíAÇÂO DOS CUSTOS DE SOIDAHM 1 3 3
O custo dos gases (CG) de proteção é obtido geralmente pelo produto da vazão 
utilizada pelo tempo de arco aberto e preço do metro cúbico do gás.
CG (R$)= [vazão de gás O/min) x tempo de arco aberto (s) x custo do gás (R$/m3] / 60.000 (Eq.7)
A constante 60.000 no denominador permite obter o valor em reais do custo do 
gás utilizando as unidades usuais de medida das grandezas constantes na equação. 
Este valor foi obtido a partir de um fator de 60. relativo à diferença de unidades de 
tempo na medida da vazão de gás (min.) e do tempo de arco aberto (s) e outro de
1.000 devido à diferença às unidades de volume usadas na medida da vazão de gás 
(l/min.) e do preço do gás (R$/m3).
Finalmente, pode-se determinar o custo do consumível CC como mostrado 
abaixo:
CC (/?$) = CMA {/?$) + CF (/?$) + CG (/?$) (Eq. 8)
4. Custo de Energia Elétrica
cc ( n I ) _ 10 PE(R$/kW h)XPES(kW )xt(h) (Eg g)
onde PE é o preço da energia elétrica, PES é a potência elétrica de saída, Té o tempo 
de arco aberto e E ê a eficiência elétrica do equipamento.
A constante 10 no numerador permite obter o valor em reais do custo da energia 
elétrica utilizando as unidades usuais de medida das grandezas constantes na 
equação. Este valor foi obtido a partir de um fator de 100 relativo à eficiência de 
deposição e outro de 1.000 devido à diferença de unidades para a potência de saída 
(kW) a as utilizadas na sua determinação, tensão (V) e corrente (A) de soldagem, 
cujo produto é expresso em Watts (W).
A eficiência elétrica média dos equipamentos de soldagem é fornecida pelos 
fabricantes. Como exemplo, a eficiência de um transformador é de cerca de 80%, 
enquanto um gerador apresenta eficiência de cerca de 65%. A potência de saída é 
obtida pelo produto da tensão (V) pela corrente (A) de soldagem.
5. Custo de Depreciagão
Os equipamentos de uma empresa sofrefn desgaste ao longo de sua vida útil 
e. consequentemente, é necessário determinar o valor de reposição destes, isto é. 
sua depreciação.
CD (R$) - Va*or d° investimento inicial (R$) - Valor residual (R$)
Vida útil do equipamento (Eq. 10)
I C C SQUtAOM
I J U I RMMMOTBSETECKOIMM
0 valor residual corresponde ao valor de venda do equipamento ao término 
de sua vida útil, que pode ser determinada pelo desgaste, inadequação ou 
obsolescência. No Brasil, taxas máximas de depreciação são estabelecidas pela 
Secretaria da Receita Federal (SRF). A Tabela IV mostra as taxas máximas anuais 
de depreciação de alguns itens e seu tempo de vida útil.
Tabela IV - Taxas máximas de depreciação estabelecidas pela SRF
Tipos de ativos Taxa anual (%} Vida útil (anos)
Prédios/Construções 4 25
Móveis e utensílios 10 10
Máquinas e equipamentos 10 10
Veículos e ferramentas 20 5
6. Custo de Manutenção
O custo médio de manutenção (CMM) deve ser avaliado com base nos custos de 
manutenção do equipamento, num certo período de tempo, dividido pelo número 
de horas de operação deste equipamento no mesmo período. Assim, o custo da 
manutenção para uma determinada operação será dado por:
CM (R$) = CMM (R$/h) x tempo de operação (h) (Eq. 11)
Este custo pode ser avaliado para cada equipamento em particular ou para todo 
um conjunto.
7. Custo de Outros Materiais de Consumo
Outros materiais de consumo incluem: bicos de contato, líquido antirrespingos, 
eletrodos não consumíveis, materiais de segurança etc. O custo destes deve ser 
levado em consideração no custo total de soldagem.
O custo destes outros materiais de consumo pode ser estimado em valores 
médios de forma semelhante à usada na avaliação do custo de manutenção.
8. Considerações Finais___________________________________
Note-se que a determinação de custos de soldagem não é uma tarefa simples 
ou trivial. Ela pode ser feita com base em diferentes abordagens e muitos fatores 
devem ser levados em consideração. Por exemplo, na fabricação de um equipamento 
podem ser usados diferentes processos, soldadores e montadores com diferentes 
graus de especialização e salário etc. A apropriação dos custos pode ser feita de 
forma específica para cada etapa ou processo específico ou de uma maneira mais 
geral, com base em valores médios.
CAFtniLO TO 1 C -J 
BETtBMWAÇÃO DOS CUSTOS DESQIMGEM 13 '
Observe-se também que os custos da soldagem podem ser expressos em R$/ 
peça soldada. R$/kg de solda depositada. R$/m de junta soldada ou ainda em R$/h 
de operação. Cabe ao usuário determinar e utilizar as unidades mais adequadas em 
cada caso.
9. E x e m p l o _______________________________
Suponha-se que a junta de ângulo da Figura 2, com um filete de 6,4 mm, será 
soldada por dois processos diferentes; eletrodo revestido e arco submerso. Em 
seguida será calculado o custo aproximado da solda feita pelos dois processos, 
considerando apenas os custos de mão de obra, custo do metal depositado e custo 
de energia elétrica. Alguns dados a serem considerados nos cálculos são fornecidos 
nas Tabelas V e VI. Será tomado como comprimento total da solda 100 cm e a razão 
de consumo de flúxo igual a 1.
figura 2
Junta considerada no cálculo de custo da soldagem deste exemplo
Tabela V - Características dos processos arco submerso e eletrodo revestido
Característica Processo-^ Eletrodo revestido Arco submerso
Tamanho da solda |mm) 6.4 6.4
Área da solda lcmJ) 0.32 0,32
Velocidade de soldagem (cm/min) 25 60
Corrente (A) 300 AC 500 DC
Tensão (V) 25 30
Eletrodo (classe/diâmetro) (mm) E7024 / 5.0 EL12/3.2
Número de passes 1 1
Eficiência de deposição0.60 0,95
Eficiência do equipamento 0.75 0,80
«co souMsaa
> 9 ° FUNEAMÍHTOS E TEENOUJGIA
Tabela VI - Valores aproximados de custos
Item Valor
Mão de obra R$25,00/h
Eletrodo R$5.00/kg
Arame R$4,00/kg
Fluxo R$3,00/kg
Energia elétrica R$0,19 kwh
9.1 - Custo da mão de obra
O tempo de arco aberto a ser usado será obtido a partir da velocidade de solda­
gem dada naTabela III. Já o tempo de soldagem deve levar em consideração o fator 
de ocupação do soldador ou operador, e serão considerados os valores de 0,4 e 0,9, 
respectivamente, para a soldagem com eletrodos revestidos e arco submerso.
Eletrodo: tempo de arco aberto = (100 cm)/[25cm/min) = 4 min = 4/60h = 0,067h
tempo de soldagem = 0,067/0,4 = 0,17h
Arco submerso: tempo de arco aberto = (100 cmW60cm/min) = 1,67 min = 0,028h
tempo de soldagem = 0,028/0,9 = 0,031 h
CM0 (R$) = (custo unitário) (RS/h) x tempo total de soldagem (h) (eq. 2)
Eletrodo: CMO = 25 x 0,17 = R$4,25 
Arco submerso: CMO = 25 x 0,031 = R$0,78
9.2 - Custo dos consumíveis
9.2.1 - Massa de matei depositado (MMD)
MMD ~ A (cm2) x L (cm) x p ( kg/cm3) = (0,64 x 0,641/2 x 100 x 0,00785 = 0,16 kg (eq. 4)
9.2.2 - Custo do meta! de adição
Pode ser calculado com a ajuda das equações 3, 5 e 9:
CMD (R$) = Massa do metal depositado (kg) x custo dos consumíveis (R$/kgJ (eq. 3) 
CMA (R$) = CMD/ED (eq. 5)
CAFtTUU010 « c n
DETERMINAÇÃO DOS CUSTOS DE SOLDAGEM 1 3 3
CC (R$) = CMA (R$) + CF (R$) + CG (R$) (eq. 9)
Eletrodo: 0,16 kg x 5 R$/kg /0,60 = R$1,33 
Arco submerso: 0,16 kg x (R$4,00 + R$3,00)/0,95 = R$1,18
Note-se que foi atribuído rendimento de 0,60 para o eletrodo revestido e 0,95 
para o arco submerso e a razão de consumo de fluxo de 1/1.
y
9.3 - Custo da energia elétrica
CE (R$) = [PE (R$/kwh) x PES (kw) x T (h) / (E x 1000) (eq. 6)
Eletrodo = (0,19 x 300 x 25 x 0,067) / (0,75 x 1000) = R$0,13 
Arco submerso = (0.19 x 500 x 30 x 0,028) / (0,80 /1000) = R$0,10
9.4 - Custo total
É o somatório das 3 parcelas de custo consideradas: mão de obra, metal de 
adição e energia elétrica.
Eletrodo = 4,25 + 0,48 + 0,13 = R$4,86
Arco submerso = 0,78 + 1,18 + 0,10 = R$2,06
O exemplo acima mostra que processos semiautomáticos ou mecanizados de 
soldagenri (no caso o arco submerso) tendem a produzir soldas de menor custo que 
processos manuais. Isto é devido principalmente à maior produtividade dos proces­
sos mecanizados, que em geral permitem maiores velocidades de soldagem e taxas 
de deposição, reduzindo consideravelmente o tempo de operação. Por outro lado, 
a soldagem a arco submerso requer pesado investimento em capital, o que não foi 
considerado na presente análise.
10. Exercício
1) Calcule o custo da soldagem da junta abaixo pelos processos arame tubular e eletrodo 
revestido. Use os dados do exemplo anterior e suponha outros, se forem necessários.
C '
PARTE 2
PROCESSOS DE SOLDAGEM E AFINS
CAPÍTULO 11
SOLDAGEM E CORTE A GÁS
A-SOLDAGEM A GÁS
1. Fundamentos
A soldagem a gás oxi-combustível (Oxy-Fuel Gas Welding - OFW) ou simples­
mente soldagem a gás é um processo no qual a coalescência ou união dos metais é 
obtida pelo aquecimento destes até a fusão com uma chama de um gás combustível 
e oxigênio. O metal de adição, se usado, também é fundido durante a operação. A 
Figura 1 mostra esquematicamente o processo.
162 SOLDAGEMfUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
Oxigênio + 
gás combustível
( V <J : I
. ijDro
Poça de fusâo
Figura 1
Diagrama esquemático de uma soldagem oxi-gás
Uma importante característica deste processo é o excelente controle que se 
pode exercer sobre a entrada de calor e a temperatura das peças que estão sendo 
soldadas, devido ao controle independente da fonte de calor e da alimentação do 
metal de adição.
O equipamento usado é bastante simples, tem baixo custo e também pode ser 
usado, com pequenas variações, em outras operações como dobramento e desem- 
peno de peças metálicas, pré e pós-aquecimento em soldagem, em operações de 
brasagem, solda-brasagem e corte a gás.
Os gases usados como combustível devem ter alta temperatura de chama, alta 
taxa de propagação de chama, alto potencial energético e mínima reação química 
com os metais de base e adição. O gás mais usado é o acetileno.
Durante a operação, o calor da chama proveniente da queima da mistura com- 
bustível-oxigênio na ponta do maçarico é usada para íundir o metal de base e formar 
a poça de fusão. O metal de adição, quando usado, é adicionado separadamente 
nesta, a partir de uma vareta. A operação de soldagem normalmente é manual e o 
soldador movimenta a tocha de forma a obter uma fusão uniforme e progressiva e 
alimenta o metal de adição, se for o caso.
Este processo é adequado à soldagem de chapas finas, tubos de pequeno diâ­
metro e também é muito usado na soldagem de reparo. Entre os metais soldáveis 
pelo processo oxi-gás incluem-se os aços, particularmente os de baixo carbono e a 
maioria dos metais não ferrosos.
2. Equipamentos
O equipamento para a soldagem oxi-gás, mostrado na Figura 2, consiste ba­
sicamente de cilindros de oxigênio e gás combustível, reguladores de pressão, 
mangueiras e maçarico ou tocha de soldagem.
CAPÍTULO 11 | 1 c o
SOIOAGEM E CORTE A GÁS 1 0 0
Figura 2
Equipamento básico para soldagem oxi-gás
Os gases utilizados na soldagem oxi-gás podem ser distribuídos pelas várias 
seções de uma instalação industrial através de cilindros portáteis, normalmente 
colocados sobre carrinhos, através de uma tubulação proveniente de uma instalação 
centralizada, fixa ou portátil, ou ainda de geradores de acetileno e de tanques de 
armazenagem de oxigênio líquido. Quando o consumo de gás é pequeno, utiliza-se 
normalmente um cilindro de oxigênio e outro de gás combustível, e onde se exige 
um grande consumo de gás, utiliza-se instalação centralizada de cilindros ou tanques 
de armazenagem e geradores.
Os cilindros para oxigênio e outros gases armazenados a alta pressão são feitos 
de tubos de aço sem costura, suportam pressões internas de até 150 a 200 kgf/mm2 
e têm capacidade de armazenamento entre 1 e 10m3, em geral. Antes de serem 
usados, estes cilindros passam por testes hidrostáticos a pressões maiores do que 
as de utilização. Os cilindros de gases devem ser sempre identificados e periodica­
mente testados pelos fornecedores de gás.
O oxigênio é elemento comburente e, quando sob pressão, pode reagir violen­
tamente com óleo ou graxa. Assim, os cilindros, manómetros e outras peças que 
entram em contato direto com o oxigênio (e também outros gases) nunca devem 
ser lubrificados, devem ser mantidos limpos e armazenados longe de combustíveis. 
O contato com cabos e condutores elétricos também deve ser evitado.
O acetileno geralmente é acondicionado em cilindros preenchidos com uma 
massa porosa, à base de carvão, cimento especial e asbesto, embebida em acetona. 
A massa porosa forma pequenas cavidades dentro do cilindro, onde pequenos vo­
lumes de acetona se alojam, evitando o choque excessivo entre as moléculas e as 
consequentes detonação e explosão. O acetileno pode ser dissolvido na proporção 
de até 25 litros deste para cada litro de acetona, para cada atmosfera de pressão, até 
uma pressão máxima de cerca de 17 atm (= 17 kgf/cm2). Desta forma, o acetileno 
pode ser armazenado em volumes razoáveis e utilizado com segurança a pressões 
acima da ambiente. Os cilindros de acetileno possuem em suas extremidades 
pequenos selos de uma liga Sn-Cd, que se funde a uma temperatura aproximada 
de 80°C. Assim, se os cilindros forem submetidos a um calor excessivo, ocorrerá a 
fusão do selo e a liberação do acetileno, prevenindo explosões.
A retirada máxima de acetileno neste sistema é de 1/7 da capacidade do cilindro 
por hora. Isto porque, se a retirada for maior, ocorrerá um resfriamento do cilindro,1 C /1 SOLDAGEM
1 D H | FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
a queda de pressão e a falsa impressão de que o cilindro está vazio. Além disso, o 
acetileno poderá arrastar consigo partículas de acetona, que afetarão a chama e a 
qualidade do trabalho. A acetona também pode ser retirada caso o cilindro de acetileno 
esteja deitado durante a operação, o que precisa ser evitado.
O acetileno em contato com o cobre, mercúrio ou prata pode, sob certas condi­
ções, formar compostos explosivos, que podem ser detonados por simples choques 
ou aplicação de calor. Por essa razão, as canalizações usadas para o acetileno são 
feitas, geralmente, de ferro ou aço. Apesar disso, os bicos dos maçaricos em geral 
são feitos de cobre mas não oferecem perigo, já que a pressão e tempo de contato 
com o acetileno, neste caso, não são suficientes para a reação.
Todo cilindro deve sempre ser armazenado em locais frescos, ventilados, limpos 
e secos. Durante o uso. os cilindros não devem ficar deitados. Choques mecânicos 
violentos com os cilindros devem ser sempre evitados.
Os maçaricos são dispositivos que recebem o oxigênio e o gás combustível puros e 
fazem a sua mistura na proporção, volume e velocidade adequados à chama desejada. 
O volume liberado dos gases determinará o tamanho desta e sua capacidade de aque­
cimento; a velocidade determinará se a chama será violenta, intermediária ou suave, 
e a proporção dos gases determinará seu caráter oxidante, neutro ou carburante.
Basicamente, existem dois tipos de maçarico: os de média pressão, do tipo 
misturador, e os de baixa pressão, do tipo injetor. O maçarico misturador, mostrado 
na Figura 3, é utilizado juntam ente com cilindros ou geradores de acetileno de 
média pressão, sendo usadas as mesmas pressões de trabalho para o oxigênio e o 
acetileno.
«
«
Figura 3
Maçarico misturador: (1) Registro de oxigênio, (2) Registro de acetileno, (3) Câmara de mistura,
(4) Divergente, (5) Extensão, (6) Bico
O maçarico do tipo inietor, mostrado na Figura 4, pode ser utilizado com o acetileno a 
baixa pressão, uma vez que utiliza um sistema em que a pressão do oxigênio é usada 
para aspirar o acetileno. Neste maçarico o oxigênio passa a grande velocidade através 
de um pequeno orifício, criando um vácuo parcial que arrasta o acetileno. Os gases
CAPÍTULO 11 1 R r
SOlUAGEM £ CORTE A GÁS I D O
passam, então, por um tubo divergente, onde se misturam, perdem velocidade e 
ocorre um aumento de pressão. Saindo do divergente, a mistura se completa e segue 
até a ponta do bico. No maçarico do tipo injetor não ocorre variação na proporção 
da mistura provocada por flutuações na pressão de oxigênio, já que a quantidade 
de acetileno arrastada é proporcional a esta pressão.
, .. / i '],' rl i 
. 3 ' *
Figura 4
Maçarico injetor: (1) Registro de oxigénio. (2) Registro de acetileno, (3) Injetor, (4) Divergente,
(5) Extensão. (6) Bico
Num maçarico, se a velocidade de saída for maior que a de combustão, a queima se 
dará a uma certa distância da ponta, podendo ocorrer a extinção da chama. Caso con­
trário, velocidade de queima maior que a de saída, a combustão ocorrerá no interior do 
bico, provocando um aumento na temperatura e sua dilatação, com uma consequente 
queda na velocidade de saída. Como a velocidade de combustão permanece constante, 
a queima se dará, cada vez mais, no interior do bico. Este fenômeno, conhecido como 
"engolimento de chama", resulta de uso de pressões excessivamente baixas, existência 
de dobras nas mangueiras, superaquecimento do bico, toque do maçarico na peça 
ou obstrução do bico por partículas de me'tal e pode causar queimaduras e danos ao 
equipamento. O problema pode ser minimizado pelo uso de pressões corretas e de 
maçaricos em boas condições de conservação e manutenção. Em casos extremos, a 
chama poderá atingir a fonte de acetileno, provocando sua explosão. Para eliminar o 
perigo de explosão, causada pelo engolimento de chama, utilizam-se válvulas contra 
retrocesso de chama, que permitem fluxo apenas num sentido.
Os bicos dos maçaricos, também chamados de extensões, são intercambiáveis 
e de diversos tamanhos, devendo ser escolhidos em função da espessura das 
peças a serem soldadas. A Tabela I apresenta exemplos de tamanho de extensões 
e pressões de gases a serem utilizados em maçaricos dos tipos injetor e misturador, 
de acordo com a espessura das peças. Extensões de diferentes tamanhos podem 
ser vistas nas Figuras 3 e 4, para os dois tipos de maçarico.
I C C SOLDAGEM
1 0 ü I FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
Tabela I - Exemplos de tamanho de bico, pressão de gases e velocidade de soldagem para 
diversas espessuras de peças de aço para diferentes tipos de maçarico
Tipo Espessura IMúmero Pressão dinâmica Vazão de gases Velocidade
de a soldar do (kgf/m m 2) (l/h) de soldagem
maçarico (mm) bico Oxigênio Acetileno Oxigênio Acetileno (cm/min)
0.3 -0 .5 2 0,4 0.4 7 5 -9 5 7 0 -9 0 14.5-15,0
0 .5 -0 .8 4 0.4 0.4 115-140 100-130 13,0-15,0
0.8 -1 .5 6 0.4 0.4 150-180 140-165 11,0-13,0
1.5-2.5 9 0.4 0.4 220 - 270 210-250 8,0 -12 ,0
Misturador 2.5 - 3.0 12 0.5 0.5 310-350 280 - 320 6,0-10 ,0
3 .0 -5 ,0 15 0,5 0.5 400 - 450 365-410 3 ,5 -6 .0
5.0 -6 .5 20 0,5 0,5 510-600 470 - 560 2 .5 -4 .5
6.5 - 9,5 30 0,5 0.5 ' 690 - 890 625 - 805 1.5 -3 .0
0 .8 -1 .5 4 0.8 - 1.3 0.1 100-180 90 -130 14.0-16.0
1.5-2.5 6 1 .6 -2 .0 0.1 170-220 130-220 11.0-15,0
Injetor 2 .5 -3 .0 9 1 .6 -2 .0 0.1 280 - 340 200-300 8.0-11 .0
3 .5 -6 .5 15 1 .5 - 1.9 0.1 580 - 640 400 - 600 CO 0 1 "J o
8 ,0 -13 .0 30 1.2 -1 .6 0.1 800-1.100 700 - 1.000 1.5 -3 .0
OBS: Esta tabela é apenas ilustrativa. Para valores práticos, deve-se consultar o manual do 
equipamento em uso.
A Figura 5 mostra um maçarico de aquecimento usado para pré e pós-aquecimento 
em operações de soldagerh. )
Figura 5
Maçarico para aquecimento
\ ' J )
CAPITULO I I j 1 C 7
SOLDAGEM E CORTE A GÁS I I D /
CAPÍTULO 11
O regulador de pressão é um dispositivo que permite diminuir a pressão interna 
de armazenagem dos gases nos cilindros para a pressão de trabalho, mantendo-a 
aproximadamente constante. Existem dois tipos básicos de reguladores de pressão: 
de um e de duplo estágio, sendo que os do segundo mantêm a pressão de trabalho 
mais constante, quando varia a pressão interna do cilindro. A Figura 6 mostra um 
regulador de pressão típico. O gás proveniente do cilindro entra numa câmara de 
alta pressão, indicada pelo manómetro da direita. Atuando-se no volante regulador, 
aciona-se uma alavanca que está ligada a um obturador, diminuindo a pressão sobre 
uma pastilha que veda um furo existente na câmara de alta pressão. Assim, o gás 
pode fluir por este orifício, atingindo uma câmara de distribuição, à qual estão ligados 
o medidor da pressão ou vazão de saída do gás e a tubulação de saída.
Figura 6
Regulador de pressão de gás típico
A abertura da válvula dos cilindros deve ser feita sempre com o obturador fe­
chado, evitando-se, assim, que o gás, saindo do cilindro a alta pressão, danifique 
o redutor.
As saídas dos cilindros de gases são ligadas aos maçaricos através de manguei­
ras, capazes de suportar pressões elevadas e o ambiente quase sempre agressivo 
do local de trabalho. Essas mangueiras são geralmente de cores diferentes, para 
se evitar confusão quanto ao gás que devem transportar. Por convenção, adota-se 
a cor vermelha para o acetileno, e a verde ou azul para o oxigênio.
3. Consumíveis
Os consumíveis normalmente usados na soldagem a gás são os gases (com­
bustível e oxigênio), os metais de adição e os fluxos de soldagem, se usados. A 
Tabela II apresenta as características de combustão de alguns gases usados indus­
trialmente.
168 SOUM SBIFUMMMerros e t k k c id g ia
Tabela II - Características de combustão de alguns gases usados em soldagem
Gás Acetileno Gás de rua Propano MetanoComposição CjHj
Hs 53% 
CH4 25% 
CO 8% 
Diversos 14%
c3hb ch4
Poder calorífico superior (kcal/m3) 14.000 4.300 24.300 9.410
Poder calorífico inferior (kcal/m3) 11.000 3.800 22.300 8.470
Oxigênio teoricamente necessário (m3/m3) 2.5 0,8 a 0,9 5.0 2,0
Velocidade máxima de propagação (m/s) 13,5 7,05 3.7 3,3
Temperatura máxima de chama (°C) 3.100 2.750 2.800 2.730
Intensidade média na ponta do maçarico (kcal/ 
cm!.s)
10.9 3,0 2,7 2,0
O acetileno <C2H2) é o gás combustível mais usado na soldagem, devido ao 
conjunto de suas propriedades (Tabela II). É incolor e possui um cheiro característico. 
Normalmente, este gás não existe livre na natureza, sendo produzido em geradores 
a partir da reação do carbureto de cálcio (CaC2) com a água (H20). Para uso industrial, 
o acetileno pode ser fornecido em cilindros ou set produzido em geradores.
O oxigênio é o comburente e é incolor e insípido, sendo encontrado em abun­
dância na atmosfera. Ele pode ser obtido industrialmente por três processos: reação 
química, eletrólise da água ou liquefação do ar. O processo de obtenção mais usado 
é este último, no qual, após a retirada do gás carbônico, o ar é resfriado, expandido 
e liquefeito, passando posteriormente por colunas de retificação, onde os diversos 
gases do ar são separados de acordo com o seu ponto de evaporação. O oxigênio 
assim obtido é de alta pureza, maior ou igual a 99%.
Outros gases combustíveis, por possuírem características para soldagem inferio­
res às do acetileno, têm seu uso restrito à união de ligas com baixo ponto de fusão, 
aquecimento, brasagem e, às vezes, operações de corte.
Os fluxos são materiais fusíveis, na forma de pó, granulado ou pasta, usados na 
soldagem a gás com a função de reagirem quimicamente com óxidos metálicos e 
formar escórias nas temperaturas de soldagem, além de melhorar a molhabilidade e 
a fluidez da poça de fusão.
Uma condição importante para a obtenção de soldas de boa qualidade é^remoção 
de óxidos superficiais das peças metálicas, que é feita durante a preparação destas 
para a soldagem. Entretanto, os metais têm uma afinidade tão grande pelo oxigênio 
que a formação de óxidos é praticamente instantânea, como visto no Capítulo 1. 
Além disso, em alguns casos, os óxidos formados têm ponto de fusão maior que 
o do metal de base, o que dificulta muito a soldagem, já que formam uma barreira 
térmica entre o metal de base e a fonte de calor. A remoção dos óxidos pode ser 
feita eficientemente com o uso dos fluxos.
Os fluxos são usados na soldagem do ferro fundido, do aço inoxidável e em grande 
partè dos metais não ferrosos, como o alumínio, o cobre e suas ligas. Na soldagem 
dos aços, de um modo geral, não há necessidade de uso de fluxo.
CAFÍTUID1! « e n 
SQIDAGEM í C0R7Í A GÁS 1 09
O metal de adição usado na soldagem a gás é fornecido na forma de varetas, 
com comprimentos e diâmetros variados e padronizados, que são escolhidos em 
função da quantidade de metal a depositar e da espessura das peças a serem unidas. 
Estes consumíveis são classificados e especificados em diferentes normas técnicas, 
propostas por diferentes entidades, nos diversos países. As normas mais usadas 
no Brasil são as da American Welding Society - AWS (Associação Americana de 
Soldagem), mostradas na Tabela III.
Tabela III - Especificações AWS para varetas de metal de adição para soldagem a gás
Norma Tipo de metal de adição
AWS A 5.2 Metal de adição para soldagem a gás de aços carbono e baixa liga
AWS A 5.7 Metal de adição para soldagem a gás do cobre e suas ligas
AWS A 5.8 Metal de adição para brasagem
AWS A 5.9 Metal de adição para soldagem de aços inoxidáveis
AWS A 5.10 Metal de adição para soldagem de alumfnio e suas ligas
AWS A 5.14 Metal de adição para soldagem de nfquel e suas ligas
AWS A 5.15 Metal de adição para soldagem de ferro fundido
AWS A 5.16 Metal de adição para soldagem de titânio e suas ligas
AWS A 5.21 Metal de adição para revestimentos
Em geral, as especificações para metais de adição para soldagem admitem três 
classificações possíveis, R, E e ER. Os materiais tipo R devem ser usados como varetas 
para soldagem (do inglês, fíod), os do tipo E devem ser usados como eletrodos para 
soldagem a arco (Electrodes) e os do tipo ER podem ser usados como um ou outro.
Por exemplo, a norma AWS A 5.2 especifica e classifica os metais de adição para 
soldagem de aço carbono e baixa liga nas classes: R45, R60, R65, R100 e XXX-G. 
O material classificado com R45 não tem limite de resistência especificado, os três 
seguintes têm limite de resistência mínimo de 60,65 e 100 ksi1 (410,450 e 690 MRa), 
respectivamente, e o último será designado pelo limite de resistência mínimo obtido 
em teste de tração, expresso em ksi (representado por XXX), limitado aos designadores 
45, 60,65,70 ,80,90 ou 100. Para a soldagem do ferro fundido, a norma AWS A 5.15 
especifica os arames de adição, que são designados pelas letras RCI. Os aços inoxidá­
veis são soldados com metais de adição classificados pela norma AWS A 5.9. Estes são 
designados pelas letras ER. seguidas pelos números que normalmente correspondem 
à designação AISI do aço a ser soldado. Por exemplo, o metal de adição AWS ER 316 
é usado para a soldagem do aço inoxidável AISI 316. Para a soldagem de alumínio e 
suas ligas e outros metais, os metais de adição podem ser do tipo R ou ER, sendo que 
R (do inglês, fíod) indica vareta para soldagem a gás ou outro processo, E (do inglês. 
Electrode) indica eletrodo para soldagem a arco. e ER indica que o metal de adição 
pode ser usado tanto como vareta quanto como eletrodo. Para o cobre e suas ligas, a 
designação é baseada na composição química do metal depositado. Por exemplo, uma 
vareta de metal de adição à base de cobre e níquel será classificada como RCuNi.
1 1 ksi = 1.000 libras por polegada quadrada.
-j-ir» ! SOLDAGEM
l / U fUNOAMENTOS E TECNOLOGIA
A escolha de um metal de adição adequado a uma determinada soldagem deve ser 
feita còm base nas propriedades mecânicas e/ou composição química do metal depo­
sitado. Esta escolha é orientada pelos fabricantes das varetas para soldagem oxi-gás, 
que fornecem as aplicações típicas e recomendações para o uso de seus produtos.
4. Técnica Operatória
O tipo de maçarico a ser usado dependerá da forma de suprimento de gases, 
do tamanho do bico e do ajuste desejado para a chama, e a necessidade de uso de 
fluxo e seu tipo dependerão dos materiais e espessuras a serem unidos.
Uma chama oxi-acetilênica apresenta basicamente duas regiões: um cone interno, 
também chamado de "dardo", de forma bem definida e cor azulada, localizado logo 
à frente do bico, onde se dá a reação
i 0v
C2H2 + 0 2 -> 2 CO + H, + CALOR (Eq. 1 >
chamada de reação primária. O oxigênio para esta reação ou parte dele é prove­
niente do maçarico. Uma segunda reação, ou reação secundária, com o oxigênio 
do maçarico ou da atmosfera,
A . <\ Y
,]
4 CO + 2 H2 + 3 0 2 -* 4 C02 + 2 H20 + CALOR (Eq. 2)
ocorre na segunda região, formando um envoltório exte'rno difuso, conhecido como 
"penacho", de cor mais avermelhada ou laranja.
A quantidade de calor resultante destas reações é função direta da quantidade 
de acetileno que é queimado. Um aumento na quantidade de calor é obtido pelo 
aumento da vazão dos gases no maçarico. Uma troca de bico para um tamanho 
maior pode ser necessária. A vazão da mistura proveniente do maçarico dotado de 
um certo bico determinará se a chama será mais áspera ou macia. Chamas muito 
macias são ineficientes e sensíveis ao fenômeno de engolimento, enquanto chamas 
muito ásperas são de difícil manuseio.
As temperaturas mais altas na chama oxi-acetilênica ocorrem na ponta do cone 
interno, de modo que, para uma operação mais eficiente, a ponta deste deve ser 
posicionada próximo à superfície a ser fundida.
A proporção de gases na mistura provenientedo maçarico determina o caráter 
oxidante, neutro ou redutor da chama. A chama neutra, mais usada, é conseguida com 
a proporção de um volume de oxigênio para um volume de acetileno. Alterando-se a 
proporção dos gases na mistura, pode-se ter uma chama ligeiramente oxidante ou 
ligeiramente carburante, oxidante ou carburante, ou ainda, m uito oxidante ou muito 
carburante, com teores crescentes de oxigênio ou acetileno, respectivamente.
Operacionalmente, a soldagem a gás é feita seguindo-se as seguintes etapas: 
abertura dos cilindros de gases e regulagem das pressões de trabalho, acendimento 
e reaulagem da chama, formação da poça de fusão, deslocamento da chama e 
realização do cordão de solda, com ou sem o uso de metal de adição, interrupção 
da solda e extinção da chama.
CAPÍTUL011 1 7 1
SOLDAGEM E CORTE A GÁS 1 / 1
As pressões de trabalho sào escolhidas em função do tipo de maçarico e 
tamanho de bico usados, como já ilustrado na Tabela I. Outros fatores a serem 
considerados são o diâmetro e o comprimento das mangueiras de gás utilizadas. 
Diâmetros pequenos e/ou mangueiras muito longas podem levar a uma queda de 
pressão no maçarico a valores abaixo dos recomendados. Em geral, os fabricantes 
dos equipamentos fornecem as informações necessárias quanto a estes aspectos. 
Recomenda-se que a regulagem das pressões de trabalho seja feita com os registros 
de gás do maçarico abertos, já que as pressões indicadas nos manómetros tendem 
a ser mais altas quando as saídas de gás estão fechadas.
O acendimento da chama é feito com um gerador de fagulha ou isqueiro após 
a abertura do registro de acetileno do maçarico. A chama assim obtida tem uma 
cor amarelo-brilhante e é bastante fuliginosa (chama acetilênica). Para se evitar 
esta fuligem, pode-se abrir ligeiramente o registro de oxigênio do maçarico antes 
do acendimento. Uma vez acesa, a chama deve ser regulada para se obter um 
tamanho e tipo adequados à soldagem que vai ser executada. A Figura 7 mostra 
os aspectos característicos da chama oxí-acetilênica, (redutora, neutra e oxidante), 
obtidas sequencialmente à medida que se aumenta a vazão de oxigênio. A chama 
redutora apresenta, além das duas regiões já citadas, o cone interno e o envoltório 
externo, uma terceira região entre as duas anteriores, chamada de "penacho ou cone 
intermediário", onde a reação primária é completada com oxigênio da atmosfera, 
quando a quantidade de oxigênio é insuficiente para reagir com todo o acetileno da 
mistura proveniente do maçarico. A chama neutra apresenta um ruído característico 
suave, enquanto a chama oxidante apresenta um chiado mais estridente, além de 
penacho menor que o da chama neutra e de cor mais azulada.
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 7
Aparência típica dos diversos tipos de chama: (a) acetilênica, (b) redutora, (c) neutra e (d) oxidante
<•72 SOiDA&EMFUNOAMBflDS E TECNOLOGIA
Para a formação da poça de fusão, a ponta do cone interno deve ser posicionada de
1 a 3 mm da superfície, formando um ângulo de 45 a 60 graus com a peça e mantida 
nesta posição até a fusão do metal de base.
Quando a poça de fusão atingir um tamanho adequado, a chama deve então ser 
deslocada ao longo da junta, mantendo-se constante a distância do cone interno à 
poça de fusão. A velocidade de soldagem deve ser escolhida de forma a não provocar 
fusão insuficiente ou excessiva da peça e ser mantida constante durante a operação. 
Quando necessário, promove-se a adição de metal de enchimento, que deve ser 
feita na poça de fusão, à frente do cone interno. A ponta da vareta deve ser mantida 
todo o tempo dentro da região do cone externo, para evitar sua contaminação pela 
atmosfera.
Existem basicamente duas técnicas para a execução da soldagem oxi-acetilênica, 
ilustradas na Figura 8 .0 uso da técnica soldagem a ré ou soldagem para trás produz 
um cordão de solda estreito e com maior penetração, permitindo o uso de maiòr 
velocidade de soldagem e a soldagem de peças de maior espessura. Já a outra 
técnica, soldagem para frente, resulta num cordão mais raso, sendo adequada para 
a soldagem de chapas finas, de até 3 mm de espessura. Isto se deve à aplicação do 
calor mais diretamente sobre a superfície da chapa na soldagem à frente, enquanto 
que na soldagem a ré, o calor é mais aplicado sobre a poça de fusão, particular­
mente na soldagem com adição de metal.
Figura 8
Técnicas de soldagem oxi-acetilênica: (a) soldagem á ré ou à direita e (b) soldagem à frente ou
à esquerda
Quando necessário, além do movimento longitudinal de translação da tocha 
ao longo da junta, é feito um movimento transversal, chamado de tecimento, que 
permite a obtenção de cordões mais largos e maior fusão das paredes do chanfro. 
Este tecimento auxilia também no controle da poça de fusão, evitando que ela escorra 
na soldagem fora da posição plana.
Ao final da soldagem, recomenda-se diminuir ao mínimo o tamanho da chama 
e fechar primeiro o registro de acetileno e depois o do oxigênio. Isto porque, na 
sequência inversa, ocorreria a formação de fuligem na ponta do bico, o que, com o 
tempo, prejudicaria o funcionamento do maçarico devido a entupimentos.
Terminado o serviço, as válvulas dos cilindros de gases devem ser fechadas, 
as mangueiras e reguladores de pressão esvaziados, e os registros do maçarico 
fechados:
f\£..-
CAFfTUOll 
SOlCAGfMECCWTí AGÁS I ' J
5. Aplicações Industriais
Embora a temperatura e a quantidade de calor geradas pela chama oxi-acetilênica 
sejam suficientemente elevadas para torná-la utilizável em soldagem, estes valo­
res são ainda baixos quando comparados com os de outras fontes de calor para 
soldagem por fusão, como o arco elétrico, por exemplo, o que implica em baixas 
velocidades de soldagem. Comparativamente, a intensidade média é da ordem de 
10 W/mm2 para a chama oxi-acetilênica, e de 300 W/mm2 para o arco elétrico.
Com isso, apesar de sua simplicidade e versatilidade, a soldagem a gás tem uso 
restrito na indústria atual, devido à sua baixa produtividade, sendo utilizada principal­
mente em casos onde se exige um ótimo controle do calor cedido e da temperatura 
das peças, como na soldagem de chapas finas e de tubos de pequeno diâmetro, 
em operações de brasagem e na soldagem de reparo, devido à sua portabilidade. 
A Tabela IV apresenta algumas ligas soldáveis pelo processo oxi-acetilênico.
Tabela IV - Algumas ligas soldáveis a oxi-acetileno
Metal de base Metal de adição Tipo de chama Uso de fluxo
Alumínio Alumínio Ligeiramente redutora Sim
Bronze Bronze Ligeiramente oxidante Sim
Cobre Cobre Neutra Náo
Ferro fundido Ferro fundido Neutra Sim
Níquel Níquel Ligeiramente redutora Nào
Aço de baixo carbono Aço Neutra Não
Aço de baixo carbono Bronze Ligeiramente oxidante Sim
Aço de alto carbono Aço Redutora Não
Aço inoxidável Aço inoxidável Neutra Sim
f l -■ . . C - 1
\ í
: 1 ". r. ' (J
B - OXI-CORTE
„ . - ' í f ■' 1 • j)tfí •'! . •.* 'J/yO 1 ó t ( j f t
1. Fundamentos
*1 7/1 , SOLDAGEM1 ' H j FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
O processo oxi-corte ou corte a gás (Oxi-Fuel Gas Cutting - OFC) é um processo 
no qual o corte do metal é obtido pela reação do oxigênio puro com o metal, a alta 
temperatura. Esta alta temperatura é conseguida inicialmente com o uso de uma 
chama oxigênio-gás combustível. Para o corte de metais resistentes à oxidação, a 
reação é auxiliada pela adição de fluxos e pós metálicos. O metal a ser cortado é 
aquecido por uma chama de pré-aquecimento pelo menos até a temperatura em 
que ocorre a reação do metal com o oxigênio, chamada de "temperatura de igni­
ção", sendo, a seguir, exposto a um jato de oxigênio de alta pureza. A oxidação do 
metal produz uma quantidade de calor suficiente para fundir o óxido formado, que é 
expulso pelo jato de oxigênio, ocorrendo, assim, o corte e o aquecimento do metal 
de base adjacente. A Figura 1 ilustra oprocesso.
Por exemplo, a oxidação do ferro a altas temperaturas se processa em três reações, 
representadas pelas equações:
2 Fe + 0 2 —> 2 FeO + 534 kJ (Eq. 3)
3 Fe + 2 Oj —* Fe30 4 + 1.120 kJ ' (Eq. 4) 
4 Fe + 3 0 2 -» 2 Fe20 3 + 1.650 kJ (Eq. 5)
sendo que a terceira reação só ocorre no corte de peças de maior espessura.
.Oxigênio 
I lOxigênlo +
* T combustível
Figura 1
Processo de corte a gás (esquemático)
O calor gerado durante o corte é suficiente para dar continuidade ao processo, 
entretanto, a chama de pré-aquecimento é mantida durante toda a operação, pois 
facilita a reação com o oxigênio, pelo fornecimento de calor à superfície da peça e 
também evita que o jato de oxigênio seja contaminado pela atmosfera.
O processo é muito versátil, podendo cortar desde peças finas até peças com mais 
de um metro de espessura de aço. Os equipamentos mais comumente usados podem 
ser manuais ou mecanizados e efetuar cortes retos, curvilíneos, múltiplos etc.
2. Equipamentos
CAPÍTULO 11 I 1 T C
SOLDAGEM E CORTE A GÁS j 1 / ü
O equipamento usado para o corte a gás é basicamente o mesmo usado na solda­
gem a gás, diferenciando-se apenas pelo tipo de bico, que é próprio para operações 
de corte. Este possui as partes essenciais de um maçarico de solda e uma tubulação 
extra para o oxigênio de corte, dotada de uma válvula de acionamento rápido. Um 
maçarico e bicos de corte típicos são mostrados na Figura 2.
Figura 2
Maçarico e bicos de corte oxi-gás típicos
Os maçaricos de corte também podem ser do tipo injetor ou misturador e também 
possuem bicos intercambiáveis, que são trocados de acordo com a espessura a ser 
cortada. A Tabela I apresenta alguns exemplos de diâmetros de bicos, consumo de 
gás e velocidade de corte para aços de baixo carbono.
Tabela I - Exemplos de diâmetros de bicos, consumo de gases e velocidade de corte para 
aços carbono
Espessura 
a cortar 
(mm)
Diâmetro do 
orifício do 
bico (mm)
Velocidade 
de corte 
(cm/min)
Fluxo de gás 
(l/min)
Oxigênio (corte) Acetileno Gás Natural Propano
3,2 0 ,5 -1 .0 41-81 7 -2 1 1.4 -4 ,3 4.3-11 ,8 1 .4 -4 .7
6.4 0 ,7 - 1.5 4 1 -6 6 14 -26 1.4 -4 .3 4,3-11.8 2 .5 -5 ,7
9.5 0 ,7 -1 .5 3 9 -6 0 19 -33 2 .8 -5 ,7 4,7-11 .8 2,4-7.1
13 1 ,0 -1 ,5 3 0 -5 8 2 6 -4 0 2 .8 -5 .7 7.1 - 14,2 2.4-7.1
19 1,1 - 1.5 3 0 -5 3 4 7 -7 0 3 .3 -6 ,6 7.1-14,2 2 .8 -8 .5
25 1.1 - 1.5 2 3 -4 6 5 2 -7 6 3 .3 -6 .6 8,5-16,5 2 .8 -8 .5
38 1 .5 -2 .0 15 -35 5 2 -8 3 3 .8 -7 ,6 8.5-16,5 3 .8 -9 .4
51 1.5 -2 ,0 15 -33 6 1 -9 0
CDr^
'
1
00
CO
* 9,4-18,9 3 .8 -9 ,4
76 1 .6 -2 .2 1 0 -28 90-142 4 .3 -9 ,4 9.4-18.9 CO 1 O
102 2 .0 -2 ,3 10 -25 113-170 4.3 - 9.4 9.4-18,9 4,3 -11 .3
127 2 .0 -2 .4 10 -20 127-170 4.7 -11 .6 11,8-23,6 4.7 -11 ,8
152 2 .4 -2 .7 8 -1 8 123 - 236 4.7 -11 ,6 11,8-23.6 4 .7-14 .2
203 2.4 - 2,8 8 - 13 217-293 7,1 - 14,2 14,2-26,0 7.1 - 15.1
254 2 .4 -2 .8 5 -1 0 274 - 331 7.1-16 .5 16.5-33 7.1 - 16,5
305 2 .8 -3 .3 5 -1 0 340 - 401 9 .4 - 18,9 21.2-44.9 9,4-21 ,2
1 7 K ! SOLDAGEM
1 ' 0 1 FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
Os equipamentos usados podem ser do tipo manual ou mecanizado, sendo que 
estes últimos realizam o corte com uma velocidade mais uniforme, propiciando melhor 
aparência e regularidade da superfície de corte. Equipamentos mecanizados podem 
ser acoplados a copiadores óticos ou mecânicos e realizar cortes de acordo com 
gabaritos predeterminados. No Brasil, existem diversos equipamentos disponíveis 
comercialmente, tanto manuais quanto mecanizados, com capacidade de corte 
simples ou múltiplo, numa ampla faixa de espessuras. A Figura 3 mostra um equi­
pamento industrial típico de corte a gás mecanizado.
Figura 3
Equipamento industrial típico de corte a gás mecanizado
3. Consumíveis
Os consumíveis do processo oxi-corte são o oxigênio, o gás combustível e os fluxos 
e pós utilizados para corte de metais em que o corte convencional é insatisfatório.
O oxigênio usado na operação de corte deve ser de pureza elevada, maior ou igual 
a 99,5%. Um decréscimo de 1% nesta pureza pode resultar em um decréscimo de até 
15% na velocidade de corte e um aumento de até 25% no consumo de oxigênio. Além 
disso, a qualidade do corte é pior e ocorre maior aderência dos resíduos do corte nas 
faces da peça. Para purezas inferiores a 95%, a ação de corte é extinguida.
Vários gases combustíveis podem ser usados no pré-aquecimento para início do corte, 
incluindo o acetileno, o propano. o propileno, o butano, o metano, o GLP e o gás natural.
O acetileno é o mais usado, mas, para algumas aplicações especiais, como cortes muito 
longos, outros gases podem apresentar vantagens, como menor custo e maior volume 
acondicionado em cilindros de uma dada capacidade.
Os fluxos e pós são usados em operações de corte de materiais especiais, como o 
aço inoxidável, o ferro fundido, o bronze e o alumínio. Os pós utilizados são geralmente 
o de ferro, no corte do aço inoxidável, ferro fundido e peças muito espessas de aço 
carbono, e o de alumínio, no corte de bronze e alumínio. Fluxos químicos são usados 
no corte dos aços inoxidáveis e têm como função reagir com os óxidos de elementos 
de liga, como o cromo e o níquel, para formar compostos de ponto de fusão próximos 
ao do óxido de ferro.
CAPITULOU
SOLDAGEM E CORTE A GÁS M ' •
4. Técnica Operatória
A operação de oxi-corte é relativamente simples e, em muitas etapas, semelhante 
à soldagem oxi-gás. Inicialmente, efetua-se a regulagem da chama de pré-aqueci- 
mento, em geral, neutra. A seguir é feito o pré-aquecimento da região de início do 
corte, até o rubro, quando é acionada a válvula de oxigênio. Este reage com o metal 
e, quando o jato atinge a face oposta da peça, inicia-se o movimento de translação 
do maçarico.
A velocidade de deslocamento é função do tipo e espessura do metal que está 
sendo cortado. Para cortes manuais, a velocidade de corte é dada pelo operador, e 
para cortes mecanizados geralmente é indicada pelo fabricante do equipamento, 
devendo ser ajustada de maneira conveniente. A Figura 4 mostra o efeito da veloci­
dade de corte no acabamento das faces cortadas.
Normal
Figura 4
Efeito da velocidade de corte no acabamento das faces cortadas por oxi-corte (esquemático)
1-7 O 1 SOLDAGEM
* ' 0 FUNDAMENTDS E TECNOLOGIA
Ao final do corte, o jato de oxigênio é interrompido, e a chama de pré-aquecimento 
extinta, como na soldagem a gás. A figura 5 mostra peças oxi-cortadas mecaniza- 
damente.
Figura 5
Peça cortada pelo processão oxi-corte mecânico
O processo de corte convencional é adequado para os aços carbono. Nos aços 
ligados, os elementos de liga podem provocar efeitos indesejáveis sobre a operação, 
como indicado na Tabela II. Para o corte de aços inoxidáveis, ferros fundidos e não 
ferrosos, o processo convencional não é adequado, exigindo o uso de técnicas es­
peciais como oscilação da tocha e adição de pós e fluxos para facilitar a operação.
UV1IULU I I 1 1 -7Q
SOLDAGEM E CORTE AG ÁS 1
Tabela II - Efeitos dos elementos de liga sobre a operação de corte
Elemento Efeito
Carbono Aços com até 0,25% de carbono podem ser cortados sem problemas 
Acima disso passa a ser necessário o uso de pré-aquecimento para prevenir 
têmpera e fissuração do material. Grafita e cementita são prejudiciais, mas 
ferros fundidos com até 4% de carbono podem ser cortados com o uso 
de técnicas especiais.
Manganês Aços com aproximadamente 14% de manganês e 1,5% de carbono são di­
fíceis de cortar e o uso de pré-aquecimento produz melhores resultados.
Cromo Aços com até 5% de cromo são cortados'sem muita dificuldade quando 
a superfície está limpa. Com teores mais altos, da ordem de 10%, exigem 
técnicas especiais. A superfície de corte será áspera se usado o corte oxi- 
acetiiênico convencional.
Níquel Aços com até 7% de níquel podem sercortados sem maiores problemas 
Oxi-corte de excelente qualidade de aços inoxidáveis podem ser feitos com 
a utilização de pós e fluxos.
Tungsténio As ligas usuais com até 14% de tungsténio podem ser cortadas facilmente, 
mas o corte é mais difícil quando o teor é mais alto.
Cobre Em teores até 2%, não tem nenhum efeito.
Alumínio Desde que presente com teores até 10%. seu efeito não é apreciável.
Fósforo Nas quantidades normalmente toleradas nos aços, este elemento não tem 
qualquer efeito.
Enxofre Pequenas quantidades comuns nos aços não têm efeito. Para teores mais 
elevados a velocidade de corte é reduzida e o dióxido de enxofre passa a 
ser notado.
Vanádio Nas quantidades usuais em aços. este elemento mais facilita do que pre­
judica o corte.
O corte térm ico de aços temperáveis pode exercer alguma ação de têmpera na 
superfície de corte e, às vezes, se toma necessário o uso de pré-aquecimento ou 
pós-aquecimento para contornar o problema.
5. Aplicações Industriais
O corte a gás é um processo com diversas aplicações industriais em vários 
segmentos e, devido à sua versatilidade, p usado tanto na fabricação quanto na 
montagem e desmontagem de estruturas e peças metálicas. Na desmontagem, ele 
é usado na separação de uniões mecânicas em geral, através de rebites, parafusos, 
pinos, soldas, etc, bem como no corte de peças e chapas. Na montagem, o pro­
cesso é usado para a preparação de chapas, permitindo dar-lhe formas adequadas 
para sua utilização posterior. Neste tipo de aplicação, podem-se citar os estaleiros
180 SQIOAGQIfundamentos t tecnologia
e calderarias pesadas como seus principais usuários. Na fabricação, pode-se usá-lo 
na preparação de chanfros para soldagem e mesmo para confecção de peças como 
rodas dentadas, engates, ferramentas etc.
Devido à mobilidade do equipamento, o processo oxi-corte é de grande utilidade 
em operações de salvamento, efetuadas pela polícia e pelo corpo de bombeiros, 
como. por exemplo, retirada de vítimas de acidentes automobilísticos e ferroviários 
de destroços de veículos.
6. Exercícios e Práticas de Laboratório
a) Desenhe esquematicamente uma chama neutra e indique as variações da temperatura 
ao longo do seu eixo.
b) Por que uma chama redutora não deve ser usada na soldagem de um aço baixo 
carbono?
c) Quais as diferenças entre maçaricos de soldagem e do corte?
d) Por que é difícil ou mesmo impossível o corte oxi-acetilênico do alumínio?
e) No laboratório ou oficina de soldagem, identifique o tipo do maçarico que está sendo 
usado Faça a regulagem das pressões de trabalho.dos gases e ajuste as vazões para 
obter os diversos tipos de chama, observando a'sua aparência. Experimente fazer 
cordões de solda sem e com adição do metal, sobre chapas e depois em juntas 
simples. Use retalhos de chapas do 1 a 3 mm de espessura.
CAPÍTULO 12
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS
1. Fundamentos
A soldagem a arco com eletrodos revestidos (Shielded Metal Are Welding—SMAW) é 
um processo que produz a coalescência entre metais pelo aquecimento destes com um 
arco elétrico estabelecido entre um eletrodo metálico revestido e a peça que está sendo 
soldada. O processo é mostrado esquematicamente na Figura 1.
Escória
Revestlmanto
Metal de
adição
Alma.,
MètaJdã ' V
base
Poçadefutòo
Figura 1
Desenho esquemático de uma soldagem com eletrodo revestido
1 Q 9 SOUMKM 
*O Í RMOAMIM
O eletrodo revestido consiste de uma vareta metálica, chamada "alma", trefilada ou 
fundida, que conduz a corrente elétrica e fornece metal de adição para enchimento da 
junta. A alma é recoberta por uma mistura de diferentes materiais, numa camada que 
forma o "revestimento” do eletrodo. Este revestimento tem diversas funções na solda­
gem, principalmente:
• estabilizar o arco elétrico;
• ajustar a composição química do cordão, pela adição de elementos de liga e eli­
minação de impurezas;
• proteger a poça de fusão e o metal de solda contra contaminação pela atmosfera, 
através da geração de gases e de uma camada de escória; e
• conferir características operacionais, mecânicas e metalúrgicas ao eletrodo e à 
solda, como será visto mais adiante.
A possibilidade de inúmeras formulações para o revestimento explica a principal 
característica deste processo, que é a sua grande versatilidade em termos de ligas sol­
dáveis, características operacionais e características mecânicas e metalúrgicas do metal 
depositado. O custo relativamente baixo e a simplicidade do equipamento necessário, 
comparados com outros processos, e a possibilidade de uso em locais de difícil acesso 
ou abertos, sujeitos à ação de ventos, são outras características importantes.
Quando comparada com outros processos, particularmente com a soldagem com 
eletrodo consumível e proteção gasosa e com soldagem a arco submerso (ver Capítulos 
15 e 16), a soldagem com eletrodos revestidos apresenta como principal limitação uma 
baixa produtividade, tanto em termos de taxa de deposição (entre 1,0 e 2,55 kg/h para eletro­
dos de aço carbono, por exemplo), como em termos do fator de ocupação do soldador 
(porcentagem total do tempo de soldagem com o arco de soldagem em operação), em 
geral inferior a 40%. Outras limitações são a necessidade de um treinamento específico 
para o soldador, que é demorado e oneroso, particularmente para certas aplicações, 
necessidade de cuidados especiais com os eletrodos, principalmente com os do tipo 
básico, e o grande volume de gases e fumos gerados no processo, que podem ser pre­
judiciais à saúde, particularmente em ambientes fechados.
A soldagem com eletrodos revestidos foi o principal processo de soldagem usado 
industrialmente até os anos 60. A partir daí sua importância relativa vem decrescendo, 
particularmente nos países mais desenvolvidos. No Brasil isto também ocorre, embora 
de forma mais lenta.
A soldagem com eletrodos revestidos é usada na fabricação e montagem de diferen­
tes equipamentos e estruturas, tanto em oficina como no campo, sendo particularmente 
interessante neste último caso. O processo é usado basicamente como uma operação 
manual, sendo muitas vezes chamado simplesmente de soldagem manual. Somente 
uma variação "mecanizada" do processo, a soldagem por gravidade, tem sido utilizada 
na indústria de forma mais intensa, principalmente em estaleiros.
A soldagem manual pode ser usada em grande número de materiais, como aços car­
bono, aços de baixa, média e alta liga, aços inoxidáveis, ferros fundidos, alumínio, cobre, 
níquel e ligas destes, por exemplo.
CAHTUIDIZ I -ipO 
SOLDA&M COM ELETRODOS REVESTDQS J 1 00
Metais de baixo ponto de fusão como o chumbo, estanho e zinco, em geral, não são 
soldáveis a arco e metais refratários ou muito reativos, como o titânio, zircônio, molib- 
dênio e nióbio não são soldáveis com eletrodos revestidos. Diferentes combinações de 
metais dissimilares podem ser soldadas por esse processo. A Tabela I mostra as faixas 
de espessura de aço comumente soldadas com eletrodos revestidos. Para espessuras 
inferiores a 2 mm, o material ó facilmente perfurado pelo calor do arco, em caso de 
manipulação indevida e para espessuras muito grandes, a baixa produtividade do processo 
é o principal fator limitante. Assim, a soldagem com eletrodos revestidos é usada mais 
frequentemente para espessuras entre 3 e 40 mm, em aços.
Tabela I - Faixas típicas da espessuras para utilização da soldagem com eletrodos revestidos. 
Material: aço
Técnica de soldagem Faixa de espessuras (mm)
Um passe, sem preparação 1.0 a 3.2 .
Um passe, com preparação 3.2 a 6.4
Vários passes acima de 3,2
Filete - passe único 1,5 a 7
2. Equipamentos
Os equipamentos de um posto de soldagem manual com eletrodos revestidos com­
preendem, em geral, fonte de energia, cabos, porta-eletrodos, ferramentas (picadeira, 
escova de aço etc.) e materiais de segurança (máscara,óculos, avental etc.), como mos­
trado na Figura 2.
Figura 2
Equipamento para soldagem com eletrodos revestidos
1 8 4
SOLDAGEM
FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
O comprimento do arco na soldagem com eletrodos revestidos é controlado manu­
almente pelo soldador, sofrendo, portanto, variações durante a execução do cordão de 
solda. Por esta razão, fontes de energia com características do tipo "corrente constante" 
são usadas (Capítulo 5).
A tensão em vazio, isto é, a tensão existente nos bornes de saída da máquina quando 
não há fornecimento de corrente, é da ordem de 50 a 100 Volts. Valores mais elevados 
de tensão em vazio facilitam a abertura do arco ou a sua reignição, no caso de soldagem 
com corrente alternada, mas representam um risco maior para o soldador, em termos 
de choque elétrico, como visto no Capítulo 3. Após a abertura do arco, a tensão cai para 
o valor de trabalho, entre cerca de 17 e 36 Volts, e a corrente de soldagem se aproxima 
do valor selecionado.
O baixo fator de ocupação do soldador, característico da soldagem manual com ele­
trodos revestidos, deve ser considerado na compra de um equipamento de soldagem. 
Assim, se se espera trabalhar correntes inferiores a 300 A, por exemplo, é desnecessário 
adquirir uma fonte com um ciclo de trabalho de 100% para esta corrente, pois este equi­
pamento estaria superdimensionado e teria um custo elevado.
Quando existem diversos postos de soldagem com eletrodos revestidos em uma 
determinada área, pode se tornar interessante a instalação de uma fonte de energia 
centralizada, capaz de atender simultaneamente a todos os postos, como ilustrado na 
Figura 3. Neste tipo de instalação utiliza-se uma ou mais fontes de energia do tipo ten­
são constante ligadas em paralelo, à(s) qual(is) estão ligados, também em paralelo, os 
diversos pontos de soldagem, através de barramentos. Em cada posto deve existir um 
reator variável (no caso de corrente alternada) ou um reostato para ajuste de corrente de 
soldagem. Este tipo de instalação é economicamente viável quando o número de postos 
é elevado e o fator de ocupação é baixo.
Figura 3
Diagrama esquemático de uma instalação centralizada para postos de soldagem com eletrodos 
revestidos
O porta-eletrodos tem a função de prender o eletrodo e energizá-lo; Seu cabo deve ser 
bem isolado para se minimizar o risco de choque elétrico para o soldador, enquanto suas
garras devem estar sempre bem limpas e em boas condições, para evitar problemas de 
superaquecimento. Um porta-eletrodos é projetado para trabalhar com varetas dentro 
de uma determinada faixa de diâmetros, sendo especificado pela corrente máxima que 
pode conduzir. Como o peso do porta-eletrodos aumenta com o valor da corrente máxima 
permissível, deve-se procurar trabalhar sempre com o menor porta-eletrodos compatível 
com uma dada aplicação, a fim de reduzir a fadiga do soldador.
Os cabos têm a função de conduzir a corrente elétrica da fonte ao porta-eletrodos 
(cabo de soldagem) e da peça à fonte (cabo de retorno ou cabo terra). Estes podem ser de 
cobre ou de alumínio, devem apresentar elevada flexibilidade, para facilitar o manuseio, e 
serem recobertos por uma camada de material isolante, resistente à abrasão e à sujeira.
Três fatores devem ser considerados na escolha de cabos para uma dada aplicação:
• a corrente de soldagerr
• o ciclo de trabalho da máquina
• o comprimento total dos cabos do circuito.
A Tabela II mostra alguns exemplos de cabos recomendados para diferentes situações.
Tabela II - Diâmetros recomendados de cabos de cobre para soldagem
CAPÍTULO 12 | , o c
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS I I 0 0
Corrente de 
Soldagem 
(A)
Ciclo de 
Trabalho
(%)
Diâmetro do cabo (mm) em função do 
Comprimento total (m)
0-15 15-30 30-46 46-61 61 -76
100 20 4 5 6 6,5 7,5
180 20-30 5 5 6 6,5 7,5
200 60 6,5 6.5 6.5 7,5 8
200 50 6 6 6,5 7.5 8
250 30 6 6 6.5 7.5 8
300 60 8 8 8 9 10
400 60 9 9 9 10 12
500 60 9 9 9 10 12
600 60 9 9 9 12 2 x 10
A utilização de cabos de bitolas inadequadas, isto é, cabos muito finos para uma dada 
aplicação, cabos danificados ou a utilização de conexões deficientes ou sujas, podem 
causar superaquecimento, perdas de energia elétrica, variações na qualidade da solda e 
até mesmo a ruptura de cabos e conexões.
Existem algumas variações do processo de soldagem com eletrodos revestidos, sendo 
a mais comum a soldagem por gravidade. Ésta variação permite a execução de soldas de 
topo ou file te de uma forma mecanizada, através da utilização de um suporte especial, 
no qual o porta-eletrodos desliza lateralmente e para baixo, à medida que o eletrodo vai 
sendo consumido, mostrado na Figura 4.
SOLDAGEM
FUNOAMENTDS E TECNOLOGIA
Figura 4
Suporte para soldagem por gravidade
3. Consumíveis
Um eletrodo revestido é constituído por uma vareta metálica, a alma, com diâmetro 
entre 1,5 e 8 mm e comprimento entre 23 e 45 cm, recoberta por uma camada de fluxo, 
o revestimento. Eletrodos para soldagem por gravidade têm comprimento entre 55 e 70 
cm. A composição do revestimento determina as características operacionais dos ele­
trodos e pode influenciar a composição química e as propriedades mecânicas da solda 
efetuada. Além das funções já citadas, o revestimento serve ainda para:
• realizar ou possibilitar reações de refino metalúrgico, tais como desoxidação, dessulfuração etc;
• formar uma camada de escória protetora;
• facilitar a remoção de escória e controlar suas propriedades físicas e químicas;
• facilitar a soldagem nas diversas posições;
• dissolver óxidos e contaminações na superfície da junta;
• reduzir o nível de respingos e fumos;
• diminuir a velocidade de resfriamento da solda;
• possibilitar o uso de diferentes tipos de corrente e polaridade; e
• aumentar a taxa de deposição (quantidade de metal depositado por unidade de tempo), 
entre outras.
Um eletrodo ideal seria aquele que cumprisse plenamente todas estas funções, a um 
custo de produção satisfatório, e ainda que não apresentasse problemas de conservação 
e manuseio. Obviamente, tal eletrodo não existe, e os eletrodos comerciais procuram 
atender mais completamente a um conjunto de exigências, em detrimento de outras, de 
modo a torná-los adequados a determinadas aplicações, a um custo razoável.
Como consequência, existe no mercado um grande número de tipos de eletrodos 
que apresentam diferentes características operacionais, aplicáveis a diferentes materiais 
e que produzem soldas com diferentes características. Para racionalizar o mercado, os 
eletrodos revestidos são classificados de acordo com sistemas propostos por diferentes 
sociedades (AWS, DIN, AFNOR. ABNT, ISO etc.) As classificações mais usadas no Brasil 
são as propostas pela AWS, listadas na Tabela III.
Tabela lli - Especificações A W S para classificação de eletrodos revestidos
CAPÍTUL012 I < 0 7
SOLOAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS ,
Especificação Tipo de eletrodo
AWS A 5.1 Eletrodos revestidos para soldagem a arco de aços ao carbono
AWS A 5.3 Eletrodos revestidos para soldagem a arco do alumínio e suas ligas
AWS A 5.4 Eletrodos revestidos para soldagem a arco de aços inoxidáveis
AWS A 5.5 Eletrodos revestidos para soldagem a arco de aços de baixa liga
AWS A 5.6 Eletrodos revestidos para soldagem a arco de cobre e suas ligas
AWS A 5.11 Eletrodos revestidos para soldagem a arco de níquel e suas ligas
AWS A 5.13 Eletrodos revestidos para revestimento por soldagem a arco
AWS A 5.15 Eletrodos e varetas para soldagem do ferro fundido
Para um maior domínio dos sistemas de classificação, recomenda-se uma consulta 
direta às normas. Como as especificações AWS para eletrodos de aço são as mais usa­
das, estas serão mais detalhadas à frente. Muitas das observações que serão feitas para 
estes eletrodos se aplicam também a outros tipos.
Os materiais maiscomumente presentes no revestimento de eletrodos de aço são:
• celulose e dextrina: substâncias orgânicas cuja queima no arco gera uma atmosfera redu­
tora, constituída principalmente por CO e H2, que protege o arco;
• carbonatos (em particular o CaC03): controlam a basicidade da escória e fornecem atmosfera 
protetora com sua decomposição:
• dióxido de titânio (rutilo): reduz a viscosidade da escória e o seu intervalo de solidificação, 
além de estabilizar o arco;
• ferro-manganês e ferro-silício: promovem a desoxidação da poça de fusão e ajustam sua 
composição;
• pó de ferro: aumenta a taxa de deposição e o rendimento do eletrodo, além de estabilizar 
0 arco;
ioo nuMon 
00 nmtMMsnosEncNoioa«
• outras adições metálicas: controlam a composição do metal depositado:
• argilas: formam escória e facilitam a fabricação do eletrodo por extrusão;
• fluoreto de cálcio: ajuda a controlar a basicidade da escória e diminui sua viscosidade;
• silicatos: formam escória e os silicatos de potássio ou sódio agem como ligante do reves­
timento e estabilizante do arco; e
• óxidos de ferro e manganês: formam escória, controlam a sua viscosidade e estabilizam o 
arco.
De acordo com sua formulação, os revestimentos dos eletrodos revestidos podem 
ser separados em diferentes tipos, por exemplo:
• revestimento oxidante: constituído principalmente de óxido de ferro e manganês, produz 
escória oxidante, abundante e fácil de destacar. O eletrodo pode ser utilizado em CC ou 
CA, apresentando baixa penetração. O metal depositado possui baixo teor de carbono e 
manganês, e propriedades inadequadas para aplicações de responsabilidade, embora a apa­
rência do cordão seja muito boa. Este tipo de revestimento é pouco usado atualmente;
• revestimento ácido: constituído principalmente de óxido de ferro e manganês e sílica, produz 
escória ácida abundante e porosa, de fácil remoção. O eletrodo pode ser usado com CC 
ou CA, a penetração é média e sua taxa de fusão é elevada, levando a uma poça de fusão 
volumosa, o que limita a sua aplicação às posições plana e horizontal. As propriedades da 
solda são consideradas boas para diversas aplicações, mas sua resistência à formação de 
trincas de solidificação é baixa. A aparência do cordão é muito boa;
■ revestimento rutílico; contém quantidade significativa de rutilo (Ti02) e produz uma escória 
abundante, densa e de fácil destacabilidade. São eletrodos de fácil manipulação, podem 
ser usados tanto em CC quanto em CA, em qualquer posição. Produzem um cordão de 
bom aspecto, com média ou baixa penetração. A sua resistência à fissuração a quente é 
relativamente baixa. Eletrodos com este tipo de revestimento têm grande versatilidade e 
são de uso geral;
• revestimento básico: contém quantidade apreciável de carboijato de cálcio e fluorita, ca­
paz de gerar uma escória básica que, juntamente com 0 dióxido de carbono gerado pela 
decomposição do carbonato, protege a solda do contato com a atmosfera. Esta escória 
exerce uma ação metalúrgica benéfica sobre a solda, dessulfurando-a e reduzindo o risco de 
formação de trincas de solidificação. Não possui substâncias orgânicas em sua formulação 
e, se armazenado e manuseado corretamente, produz soldas com baixo teor de hidrogênio, 
o que diminui o risco de fissuração e de fragilização induzidas por este elemento. A penetração 
é média, e o cordão apresenta boas propriedades mecânicas, particularmente quanto è 
tenacidade. Este tipo de revestimento é indicado para aplicações de alta responsabilidade, 
para soldagem de grandes espessuras e para estruturas de alta rigidez. É também o mais 
usado na soldagem de aços de composição química desconhecida ou de pior soldabilidade. 
como os aços com alto teor de carbono e/ou enxofre. Revestimentos básicos são altamente 
higroscópicos. e os eletrodos deste tipo requerem cuidados especiais de armazenagem e 
secagem ;e
• revestimento celulósico: possui uma elevada quantidade de material orgânico (por exemplo, 
celulose), cuja decomposição no arco gera grande quantidade de gases que protegem 0
uvniuui li I m nn 
SOlDAGtM CCV EIETROOOS KEVESTBOS < 0 9
metal líquido. A quantidade de escória produzida é pequena, o arco é muito violento, cau­
sando grande volume de respingos e alta penetração, quando comparados a outros tipos 
de revestimentos. O aspecto do cordão não é bom, apresentando escamas irregulares. 
As características mecânicas da solda são consideradas boas, exceto a possibilidade de 
fragilização pelo hidrogênio. São eletrodos particularmente recomendados para soldagem 
fora da posição plana, tendo grande aplicação na soldagem circunferencial de tubulações 
e na execução de passe de raiz em geral. Devido à sua elevada penetração e grande perda 
por respingos, não é adequado para o enchimento de chanfros.
Revestimentos de diferentes tipos podem conter adições de pó de ferro. Durante a 
soldagem, este é fundido e incorporado à poça de fusão, causando um melhor aprovei­
tamento da energia do arco e uma maior estabilização deste, pelo menos em adições de 
até 50% em peso do revestimento. Além disso, o pó de ferro torna o revestimento mais 
resistente ao calor, permitindo a utilização de maiores correntes de soldagem para um 
dado diâmetro de eletrodo. Como resultado global, tem-se um aumento significativo na 
taxa de deposição de eletrodos com pó de ferro em seu revestimento. Por outro lado. 
quanto maior a adição de pó de ferro, maior será a poça de fusão e a dificuldade de seu 
controle durante a soldagem, dificultando ou mesmo impossibilitando a soldagem fora 
da posição plana.
O sistema de classificação de eletrodos de aço carbono e de baixa liga da AWS utiliza 
um conjunto de números e letras que fornecem várias informações a respeito dos ele­
trodos. como mostrado na Figura 5.
Indica requisitos de absorção de ________________________________
umidade
Teor de hidrogênio difusivel (H), em
ml/100g de metal depositado -----------------------------------------
indica a ductflídade do metal depositado---------------------------------
Indica as posições de soldagem usáveis
usáveis, o tipo de revestimento e o tipo -----------------
decorrente
Indica o limite de resistência mínimo do _____
metal depositado (em 1000 psi)
Eletrodo para soldagem a arco
AWS E XXYY R
Figura 5
Esquema explicativo do sistema de classificação de eletibdos revestidos adotado pelas 
especificações AWS A 5.1 (aços carbono) e A 5.5 (aços baixa liga)
Neste sistema, a identificação se inicia pela letra E. que indica que o consumível é um 
eletrodo (e não uma vareta, que é indicada peia letra R). O conjunto seguinte, formado por 
dois ou três algarismos, indica o limite de resistência mínimo à tração do metal depositado
4 Q n souMsai
, 5 ,ü ftJNfiAMSfTOSETECNOlOâU
pelo eletrodo, em ksi (1.000 psi). Esta resistência refere-se à obtida em corpos de prova 
extraídos de soldas depositadas em chanfros especiais (conforme exigido nas especifica­
ções), de modo a minimizar a diluição e. portanto, não considerem a influência do metal 
base. Assim, por exemplo, dois eletrodos capazes de depositar, nas condições da norma, 
um material com resistência mecânica de 60.000 psi (410 MPa) e 100.000 psi (685 MPa), 
seriam classificados como E 60XX e E 100XX, respectivamente. O dígito seguinte é um 
algarismo, que indica a posição de soldagem em que o eletrodo pode ser utilizado, sendo
1 para soldagem em todas as posições, 2 para soldagem na posição plana e horizontal e, 
4 para soldagem na posição plana, horizontal e vertical descendente. O próximo dígito, 
que é o último para eletrodos de aço carbono, indica o tipo de revestimento do eletrodo 
e. portanto, suas características operacionais. Seu significado é mostrado na Tabela IV.
Tabela IV - Significado do último dígito da classificação AWS de alguns tipos da eletrodos revestidos 
de aço carbono e aço banca ligaEletrodo Tipo de revestimento Posição de soldagem ou 
tipo (#)
Tipo de 
corrente {*)
E 6010 Celulósico, sódio R H. V, SC CC+
E6011 Celulósico, potássio R H, V. SC CC+.CA
E 6012 Rutílico, sódio R H, V, SC CC-, CA
E 6013 Rutílico, potássio R H, V, SC CC+, CC-, CA
E 6019 Ácido/Rutffico, potássio R H, V SC CC+, CC-, CA
E 6020 Ácido R Rlete H CC+. CC-, CA
E 7014 Rutílico com pó de ferro R H, V, SC CC+, CC-. CA
E 7015 Básico, sódio R H, V. SC CC+
E 7016 Básico, potássio R H, V. SC CC+.CA
E 7018 Básico, potássio, pó de ferro R H, V, SC CC+.CA .
E 7024 Rutílico. pó de ferro R Rlete H CC+, CC-, CA
E 7027 Ácido, pó de ferro R Filete H CC+, CC-, CA
E 7048 Básico, potássio, pó de ferro R H. V. SC, Vd CC-.CA
(#| p — Plana, H-Horizontal, V Vertical, SC — Sobrecabeça, Filete H — Filete horizontal 
Vd — Vertical descendente 
(*) CA — Corrente alternada
CC+ — Corrente contínua eletrodo positivo (polaridade inversa)
CC— Corrente contínua eletrodo negativo (polaridade direta)
Assim, por exemplo, uma classificação do tipo E 6010 indica um eletrodo com 
revestimento celulósico, com ligante à base de silicato de sódio, indicado para soldagem 
em todas as posições, devendo-se utilizar corrente contínua, eletrodo positivo. O metal
CAPÍTWD12 1 Q 1
SOLDAGBÜ COM ELETRODOS REVESTIDOS 1 3 1
depositado por este eletrodo, nas condições especificadas pela AWS, deve ter um limite 
de resistência à tração mínimo de 60.000 psi (410 MPa).
Para aços de baixa liga, a classificação AWS apresenta, após o último digito que indica 
tipo de revestimento, um hífen seguido de um conjunto de letras e números, que esta­
belece classes de composição química, cujo significado é mostrado na Tabela V. Outra 
diferença entre as classificações de eletrodos de aço carbono e de aço de baixa liga está 
nas classes de resistência mecânica do metal depositado, respectivamente 60/70 ksi e 
de 60 a 120 ksi. A seguir são mostrados alguns exemplos de classificação de eletrodos 
de baixa liga e é proposto como exercício a sua interpretação: E 7018-A1, E 8018-C1, E 
9015-B9, E 10016-d2, E 12018-M.
Tateia V - Códigos de composição qufmica de eletrodos da baixa Dga, segundo a norma AWS A 5.5
Código Significado
Al Eletrodos de aço carbono-molibdênio (0.40-0,65% Mo)
B1 a B9* Eletrodos de aço cromo-molibdânio (0,40 a 10,5% Cr e 0,40 a 1,20 % Mo)
Cl aC5# Eletrodos de aço ao níquel (0.80 a 7,25% Ni)
NM Eletrodos de aço nSquel-molibdônio (0.80 a 1,10% Ni e 0.4 a 0,65% Mo)
D1 a D3 Eletrodo de aço manganês-molibdênio (1,0 a 2,0% Mn e 0,25-0,65% Mo)
G Eletrodos de aço baixa liga em geral com teor mínimo de pelo menos um dos seguintes 
elementos: 1% Mn. 0.8% Si. 0.5% Ni, 0.3% Cr, 0,20% Mo, 0,10% V ou 0,20% Cu
M Eletrodos para aplicações militares
P Eletrodos para soldagem de tubulações
W Eletrodos resistentes à corrosão atmosférica
* O sufixo L adicionado após o número indica baixo teor de carbono, em geral inferior a 0,05%
Os eletrodos de aço inoxidável e outras ligas ferrosas com elevado teor de cromo são 
agrupados na especificação AWS A 5.4. Por esta especificação, os eletrodos são divididos 
em cinco grupos, quanto às características do revestimento:
• E XXX-15 • eletrodos para operar com.somente em CC+, com revestimento básico e utilizável 
em todas as posições;
• E XXX-16 - eletrodos para operar com CC+ e CA, com revestimento rutílico (potássio), usável 
em todas as posições;
• E XXX17 • eletrodos para operar em CC+ e CA, com revestimento rutílico/sílica (potássio), 
apresentam melhores aspecto superficial e características operacionais que os do tipo 16, 
utilizável em todas as posições;
• E XXX 25 - eletrodos sintéticos (alma de aço carbono) para operar somente em CC+, com 
revestimento básico semelhante ao do tipo 15. contendo ferro-ligas e pós metálicos, reco­
mendados para as posições plana e horizontal; e
• E XXX 26 - eletrodos sintéticos para operar em CC+ e CA, com revestimento rutílico 
semelhante aos do tipo 16, para serem usados nas posições plana e horizontal, onde XXX 
é a designação do tipo de metal depositado, segundo a AISI (American Iron and Steel 
Institute). A Tabela VI fornece um guia para a seleção de metal de adição para a soldagem 
dos aços inoxidáveis e destes com outros materiais.
I SOLDAGEM
FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
Tabela VI - Seleção de metais de adição para soldagem de aços inoxidáveis*
Metais
Base
(AISI)
301
302 
304 
308
304L 310314a 316 316L 317
321
347
405
410
420
430 446b
Aços
ao
C
Aço
baixa
liga
Cr-
Mo
301
302 
304 
308
E308 E308 E308 E308 E308 E308 E308 E309 E309 E310 E309 E309
304L E308L E308 E308 E308 E308 E309 E309 E309 E310 E309 E309
310
314"
E310 E316 E317 E308 E309 E309 E309 E310 E309 E309
316 E316 E316 E316 E3Q8 E309 E309 E310 E309 E309
316L E316L E316 E316L E309 E309 E310 E309 E309
317 E317 E308 E309 E309 E310 E309 E309
321
347
E347 E309 E309 E310 E309 E309
405
410
420
E410 E430c E41Cc E410c,d E410
430 E430 E430 E430c-d E430c
446 E446 E430c,d E430c
* - Consumíveis mais utilizados, mas outros podem ser usados.
a - Liga sensível à fissuração na solidificação.
b - Consumível à base de níquel é mais adequado para aplicações a temperaturas elevadas, exceto 
quando em presença de compostos de enxofre.
c - Se um depósito austenítico é aceitável para as condições de serviço, E 309 ou E 310 são usados 
com frequência.
d - Arames de aço carbono e eletrodo E7018 podem ser aceitos se utilizados pré-aquecimento e 
controle dc teor de hidrogênio.
cap ítu lo 1 2 j 1 n o
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS 1
O processo de fabricação dos eletrodos revestidos se inicia com o recebimento de 
matérias-primas: minerais e compostos diversos para o revestimento, em geral na forma 
de pó. arame para a fabricação da alma e o ligante. Estes materiais devem ser testados, 
a fim de se garantir a qualidade final do eletrodo. O material do revestimento é pesado e 
misturado a seco, segundo uma formulação desenvolvida pelo fabricante, para um dado 
tipo de eletrodo. Este material é posteriormente misturado com o ligante até formar uma 
massa de consistência adequada, cjue é levada à máquina de extrusão. Paralelamente, o 
arame é trefilado até o diâmetro desejado, desempenado, cortado em varetas de tama­
nho apropriado, pelo fabricante do arame ou do eletrodo e a seguir também colocado na 
extrusora. Nesta, a massa úmida que formará o revestimento é prensada, enquanto os 
pedaços de arame são alimentados, produzindo eletrodos a uma grande velocidade (entre 
10 e 20 eletrodos por segundo). Os eletrodos úmidos caem em uma esteira rolante e são 
levados ao forno para secagem e cura do revestimento. O ciclo térmico a que são subme­
tidos, isto é, temperaturas e tempo de permanência, dependem do tipo de revestimento. 
Por exemplo, eletrodos básicos de baixo hidrogênio, que devem ter um teor muito baixo 
de umidade residual, são enfornados a temperaturas muito mais elevadas que eletrodos 
celulósicos, cujos componentes orgânicos do revestimento poderiam ser deteriorados 
pelo calor excessivo. Após a passagem pelo forno, os eletrodos são identificados com sua 
marca de fabricação e classificação e suas extremidades, que serão usadas para contato 
elétrico e abertura de arco, sendo convenientemente preparadas. Os eletrodos são então 
embalados e, antes de serem enviados para armazenamento e venda, são submetidos a 
testes de laboratório, para se confirmar a qualidade do lote. A Figura 6 mostra esquema­
ticamente a sequência de fabricação de eletrodos revestidos.
E N T R A D A
Materai para
rcvosttmantc
AjsoTierantes 
Arames
Controle de 
Laboratorio
?
Mistura
seca
tstoquo I 
òo pos 
^prontos J
Massa recuperada
Pressão - vekxdado 
Conccntncidade 
Portas • ideotificaçAo 
Amostras prrtiminares
Fusâo - fumos 
Cobertura/destacabildadc 
da escória 
Aparência do cordão 
Características econômicas 
Anãltse quimjca/dimensionaJ 
Umidade do revestimento 
Ensacs mecânicos e de 
sotdabftdade
Figura 6
Esquema de fabricação de eletrodos revestidos
194 S8UM CEMFUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
Os eletrodos revestidos podem ser facilmente danificados se não forem adequadamente 
manuseados e armazenados. Por exemplo, parte do revestimento pode ser quebrada e 
perdida em caso de choques, quedas ou se o eletrodo for dobrado. Eletrodos com o 
revestimento danificado, com a alma exposta, não devem ser utilizados em aplicações 
que tenham um mínimo de responsabilidade.
A absorção de umidade também pode comprometer o desempenho do eletrodo. Os 
eletrodos básicos, de baixo hidrogênio, cujo teor de umidade no revestimento é inferior 
a cerca de 0,6% em peso, apresentam uma grande tendência a absorver umidade do 
meio ambiente, como mostra a Figura 7. Um teor de umidade excessivo pode levar à 
instabilidade do arco, à formação de respingos e de porosidades, principalmente no início 
do cordão, e à fragilização e mesmo fissuração pelo hidrogênio. Eletrodos que possuem 
elementos orgânicos ou teores de umidade no revestimento mais elevados (>1%) são 
menos sensíveis ao problema.
CL
OT>
a
2
£
=>
Figura 7
Absorção de umidade de um eletrodo revestido básico em função do tempo de exposição ao meio
ambiente (esquemática)
O nível de umidade em revestimentos básicos pode ser medido em laboratório (por 
exemplo, ver especificação AWS A 5.5) ou ser estimado, quando a quantidade for sufi­
cientemente elevada, através de:
• comportamento do eletrodo durante a soldagem: eletrodos úmidos geram som explosivo 
e, quando a umidade for excessivamente elevada, vapor d 'água se desprende do eletrodo. 
Revestimentos úmidos tendem a trincar longitudinalmente se a soldagem for interrompida 
antes de se consumir todo o eletrodo e
• som do choque: entre eletrodos úmidos tende a ser abafado e grave, enquanto que ele­
trodos secos tendem a produzir um som mais agudo, metálico.
Devido ao problema da umidade, eletrodos básicos devem ser preferencialmente 
adquiridos em embalagens hermeticamente fechadas e armazenados em ambientes 
adequadamente controlados (umidade relativa do ar inferior a 50% e temperatura acima 
da ambiente, por exemplo), para se evitar sua degradação. Uma vez aberta, a embalagem
CAPftUUMZ
SOIDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS
perde a capacidade de proteger os eletrodos da umidade e estes devem ser guardados 
em estufas utilizadas apenas para este fim. A partir dos anos 80, alguns fabricantes ado­
taram um sistema especial de fornecimento de eletrodos para aplicações especiais em 
que pequenas quantidades (em tomo de 5 kg) são embaladas a vácuo e estes pacotes são 
fornecidos num conjunto maior (em torno de 20 kg), numa embalagem convencional.
Os eletrodos básicos não devem permanecer fora da estufa por longos períodos de 
tempo (em geral, no máximo 2h), sob pena de absorverem uma quantidade excessiva de 
umidade. Caso isto aconteça, os eletrodos devem ser recondicionados, através de um 
tratamento de ressecagem, após o qual devem ser novamente armazenados em estufa. 
A Tabela VII ilustra condições de armazenagem e recondicionamento para diversos tipos 
de eletrodos. É importante lembrar que os dados desta tabela são apenas ilustrativos. 
Eletrodos de diferentes fabricantes podem exigir diferentes tratamentos, em função dos 
detalhes de sua fabricação, de modo que é sempre aconselhável consultar os fornecedores 
sobre as condições exatas de armazenamento e recondicionamento de seus produtos.
Tabela VII - Exemplos de condições para ressecagem e conservação de eletrodos revestidos
Ressecagem
Tipo de eletrodo Temperatura (°C) Tempo (h)
Básico 300 - 350 1,0 -2 ,0
Alto rendimento 250-300 1,0 -2 ,0
Rutflico 7 0 -9 0 1.0 -2 ,0
Ferro fundido 7 0 -9 0 1,0 -2 .0
Inoxidável rutflico 250 - 300 1.0 -2 ,0
Inoxidável básico 200 - 250 1.0 -2 ,0
Conservação: Temperatura (°C)
Tipo de eletrodo Em estufa Em cochichos
Básico 100-150 80 -150
Alto rendimento 100-120 80 -120
Ruttlico 5 0 -7 0 5 0 -7 0
Ferro fundido 5 0 -7 0 5 0 -7 0
Inoxidável 100-120 8 0 -120
A Figura 8 mostra um exemplo de esquema para armazenamento, processamento e 
uso de eletrodos de baixo hidrogênio. Normas técnicas de fabricação de equipamentos 
específicos, como vasos de pressão, podem estabelecer critérios especiais.
SOLDAGEM
rUNOAMENTOS E TECNOLOGIA
Embalagem
fechada
Embalagem
aberta
Estufa de 
conservação Forno de w , ressecagem
Figura 8
Esquema para manuseio de eletrodos de baixo hidrogênio
4. Técnica Operatória
Na soldagem manual com eletrodos revestidos, as principais variáveis operatórias são: 
tipo e diâmetro do eletrodo; tipo, polaridade e valor da corrente de soldagem; tensão e 
comprimento do arco; velocidade de soldagem; técnica de manipulação do eletrodo e a 
sequência de deposição e soldagem.
O diâmetro do eletrodo, seu tipo e espessura do revestimento determinam a faixa de cor­
rente em que este pode ser utilizado. Assim, a seleção do diâmetro deve ser baseada, entre 
outros fatores, na espessura do metal a ser soldado, na posição de soldagem e no tipo 
da junta. A utilização de um eletrodo excessivamente grande para uma dada espessura 
pode levar a perfuração da peça durante a soldagem, uma vez que a corrente mínima 
para esse eletrodo é elevada.
A soldagem fora de posição (posição diferente da posição plana) é feita preferencial­
mente com eletrodos de menor diâmetro do que o utilizado na posição plana, devido à 
maior dificuldade de se controlar a poça de fusão. Na soldagem em chanfro, as dimensões 
do chanfro também devem ser consideradas na escolha do diâmetro do eletrodo. Por 
exemplo, na execução do passe de raiz, o diâmetro do eletrodo deve permitir que este
penetre até a raiz da junta, de modo a evitar a falta de penetração e outros problemas. Em 
princípio, por questões econômicas, deve-se usar o maior diâmetro de eletrodo possível 
para uma dada tarefa, desde que não existam lim ites para a energia de soldagem, por 
questões de ordem metalúrgica.
A faixa de corrente utilizável para um dado eletrodo depende principalmente de seu 
diâmetro e do material da alma, do tipo e espessura do revestimento e da posição de 
soldagem. Para cada tipo de eletrodo, existe uma faixa de corrente de soldagem para 
cada diâmetro de alma. Correntes inferiores à corrente mínima podem instabilizar o arco e 
causar aquecimento e fusão insuficientes, e correntes superiores à máxima recomendada 
podem prejudicar o revestimento devido ao seu aquecimento excessivo por efeito Joule. 
Eletrodos com revestimentos espessos e isentos de substâncias orgânicas frequente­
mente suportam correntes mais elevadas, como mostra a Tabela VIII. Em geral, as faixas 
de corrente utilizáveis para cada diâmetro de eletrodo são apresentadas na embalagem 
do produto.
/ CAPÍTUIO 12 I , q - i
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS | ‘ “ '
Tabela V III - Faixas típicas de parâmetros elétricos de operação para diferentes eletrodos revestidos, 
em função de seu diâmetro
Eletrodo AW S E 6010 AWS E 7018
Bitola Corrente Tensão Corrente Tensão
(mm) (A) (V) (A) (V)
2,0 5 0 - 70 5 0 - 90
2.5 60 -100 65 - 105
3,25 80-150 110-150
18 -28 2 0 -3 0
4 105-205 140-195
5 155-300 185-270
6 195-350 225 - 355
Para a soldagem na posição plana, trabalha-se, em geral, com correntes próximas do 
valor máximo possível para cada eletrodo. Para as posições vertical e sobrecabeça, é 
mais adequado trabalhar com correntes próximas ao lim ite inferior. 0 valor da corrente de 
soldagem deve ser escolhido de modo a se conseguir uma fusão e penetração adequadas, 
sem contudo tornar difícil o controle da poça de fusão.
A corrente de soldagem é o principal parâmetro que controla o volume da poça de fusão 
e a penetraçãoda solda no metal base, que tendem a aumentar com o aumento da corrente, 
assim como a largura do cordão. Correntes muito elevadas produzem poças de fusão de 
grandes dimensões e difícil controle, além de poderem causara degradação do revestimento, 
respingos excessivos e perda de resistência mecânica e tenacidade da solda.
O tipo de corrente e sua polaridade afetam a forma e as dimensões da poça de fusão, 
a estabilidade do arco e a transferência de metal dé adição, como mostra a Figura 9. De 
uma maneira geral, a polaridade inversa (CC+) produz maior penetração, e a polaridade 
direta (CC-) produz maior taxa de fusão do eletrodo. Com corrente alternada, estes valores 
são intermediários, e a ocorrência de sopro magnético é minimizada. Entretanto, deve-se 
lembrar que a escolha do tipo e valor de corrente não é totalmente livre e depende do 
tipo e diâmetro do eletrodo a ser usado na operação.
1 9 8
SOLDAGEM
FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
(a) (b) (c)
Figura 9
Influência do tipo de corrente e da polaridade na penetração: (a) C C +. (b) CC- e (c) CA
A tensão no arco pode variar entre cerca de 17 e 36 V na soldagem com eletrodos 
revestidos, dependendo do diâmetro do eletrodo, de seu revestimento, da corrente usada 
e do comprimento do arco (Tabela VIII). A tensão de operação do arco tende a aumentar 
com o aumento do diâmetro do eletrodo, da corrente de soldagem e do comprimento 
do arco. Na soldagem manual, este último parâmetro é controlado diretamente pelo sol­
dador, e depende da habilidade e experiência deste. A manutenção do comprimento do 
arco em uma faixa adequada é importante para a obtenção de uma solda aceitável. Um 
comprimento muito pequeno causa um arco intermitente, com interrupções frequentes 
e até mesmo sua extinção, quando o eletrodo "gruda" na peça. Cordões depositados 
com arcos mais curtos tendem a ser estreitos e com concavidade pronunciada (reforço 
excessivo). De outro lado, um comprimento grande causa um arco sem direção e concen­
tração, mais respingos e proteção deficiente, que favorece a formação de porosidades. O 
comprimento correto do arco depende do diâmetro do eletrodo, do tipo de revestimento, 
do valor da corrente e da posição de soldagem. Como orientação, o comprimento do arco 
deve ficar entre 0,5 e 1,1 vezes o diâmetro da alma do eletrodo.
A velocidade de soldagem deve ser escolhida de forma que o arco fique ligeiramente à 
frente da poça de fusão. O uso de velocidades muito altas resulta em cordões estreitos e 
baixa penetração, de aspecto ruim, com mordeduras e escória de difícil remoção. Velocida­
des muito baixas causam um cordão mais largo, com penetração e reforço excessivos.
A correta manipulação do eletrodo é importante em todas as etapas da soldagem, quais 
sejam: abertura do arco, deposição propriamente dita e extinção do arco. Na abertura, o 
eletrodo é encostado rapidamente na superfície da peça, preferencialmente numa região 
a ser fundida e próxima ao início do cordão, e afastado a uma distância da ordem do 
comprimento de arco a ser usado, como mostra a Figura 10. A abertura do arco em uma 
região que não será fundida deixa marcas (marca de abertura de arco) na superfície da 
peça, que podem ser antiestéticas e mesmo causar a iniciação de trincas, por exemplo, 
em aços temperáveis.
cap itu lo 12 1 q q
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS i 133
10 mm
3 Aproximadamente
Li
(a)
Manipulação mais rápida
M _
20-25
(b)
Ponto de 
abertura 
do arco
Ponto de 
abertura 
do arco
(c)
Figura 10
Técnicas de abertura de arco (a e b) e procedimento para início de deposição (c) de um eletrodo 
Durante a execução da solda, o soldador deve fazer três movimentos principais:
• movimento de mergulho, isto é. movimento de avanço do eletrodo em direção à poça de 
fusão, de modo a manter constante o comprimento do arco. Para isto, a velocidade de 
mergulho deve ser igual à velocidade de fusão do eletrodo, em média. Esta última aumenta 
com a corrente de soldagem e à medida que o comprimento do eletrodo diminui;
• movimento de translação, que é o deslocamento do eletrodo e do arco ao longo da junta, 
com uma velocidade uniforme (velocidade de soldagem);e
• movimento de tecimento, isto é, um deslocamento lateral do eletrodo em relação ao eixo 
da solda utilizado para obter um cordão mais largo, fazer flutuar a escória, garantir a fusão 
das paredes do chanfro e para controlar a poça de fusão, além de tornar mais suave o ciclo 
térmico de soldagem. Este movimento, entretanto, não deve ser muito amplo (em geral não 
deve exceder a três vezes o diâmetro do eletrodo), para não aumentar demais a energia de 
soldagem. O número de padrões de tecimento é extenso e alguns deles são mostrados na 
Figura 11.
Figura 11
Exemplos de padrões de tecimento
Além dos movimentos, é importante a manutenção de um correto posicionamento do 
eletrodo em relação à junta, que depende do tipo e espessura do revestimento do eletrodo, 
da geometria da junta e da posição de soldagem. O posicionamento correto deve:
• evitar que a escória flua à frente da poça da fusão, prevenindo seu aprisionamento e for­
mação de inclusões;
• controlar a repartição do calor nas peças, particularmente na soldagem de componentes 
com diferentes espessuras;
• facilitar a observação da poça de fusão; e
• minimizar os efeitos do sopro magnético, quando necessário.
O posicionamento e movimentação adequados do eletrodo em uma dada operação 
dependerão de suas características e também da habilidade do soldador. As Figuras 12 
a 15 mostram alguns exemplos.
Direçáo de 
Soldagem
Figura 12
Posicionamento para soldagem na posição plana
CAPÍTULO 12 I « « ,
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS '
Figura 13
Posicionamento para soldagem na posição horizontal
Figura 14 v
Posicionamento para soldagem nas posições vertical ascendente (a) e descendente (b)
Rgura 15
Posicionamento para soldagem de filete em peças de (a) mesma espessura e (b) espessuras diferentes
A discussão das sequências de deposição de passes para a conclusão da solda e 
sequência de execução de diferentes soldas em uma estrutura é apresentada no Capítulo 
7, que trata das tensões residuais e distorções causadas por soldagem.
Quando a soldagem vai ser reiniciada (após troca de eletrodo ou para deposição de 
novo passe, por exemplo), a escória deve ser removida. Esta operação é feita com o 
auxílio de ferramentas adequadas (picadeira manual ou pneumática) e pode ser simples ou 
complexa. O grau de dificuldade na remoção da escória depende do tipo de revestimento do 
eletrodo usado, da geometria do cordão de solda depositado, da movimentação executada e
das dimensões do chanfro, se este for usado. A destacabilidade da escória pode ser um 
parâmetro determinante/ha escolha de um eletrodo para uma dada aplicação. Quando 
a remoção da escória é apenas parcial são geradas inclusões que podem comprometer 
a qualidade da peça soldada, e em certos casos a solda precisa ser retirada e refeita. 
A Figura 16 mostra um cordão de solda feito com eletrodo revestido, com remoção da 
escória no trecho final.
o n o SOLDAGEM
, FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
/ j r r r r ; - t - t •* i'""-*
5. Aplicações Industriais
Como se viu no início deste capítulo, a soldagem com eletrodos revestidos é um 
processo muito usado industrialmente em praticamente todos os tipos de indústria que 
utilizam a soldagem como processo de fabricação. Além disso, esse processo é largamente 
usado na manutenção de equipamentos e estruturas e pode ser usado em situações 
de emergência para outras operações como corte, furação etc., com o uso de técnicas 
especiais. A soldagem com eletrodos revestidos também tem sido intensamente usada 
na manutenção de estruturas submersas, em soldagem subaquática, em ambientes 
molhados ou secos. Isto se deve à grande versatilidade do processo em termos de ligassoldáveis e faixas de espessura aplicáveis, além da simplicidade e baixo custo relativo 
do processo em si e dos equipamentos necessários.
Por outro lado, o nível de qualidade das soldas feitas com eletrodos revestidos depende 
fortemente do soldador, exigindo do profissional muita habilidade e concentração, que só 
são conseguidos com muito treino e execução de muitas soldas. Com isto, a formação 
de mão de obra qualificada é demorada e onerosa e, ainda assim, um bom soldador, tra­
balhando com equipamentos e consumíveis adequados não necessariamente produzirá 
soldas de qualidade, se não estiver totalmente concentrado e empenhado na tarefa que 
esteja executando no momento.
CAPÍTUL012 o n o
SOIDAGEM COM ElETnOOOS REVESTIDOS
6. Exercícios e Práticas de Laboratório
a) O "fator de ocupação do soldador" e o "fator de trabalho" são iguais na soldagem com 
eletrodos revestidos? Explique.
b) Que fatores devem ser considerados na escolha de um eletrodo revestido para uma dada 
tarefa?
c) Por que a utilização relativa do processo eletrodos revestidos vem diminuindo a cada ano 
na década de 1990, se o processo tem tantas vantagens?
d) Tendo todas disponíveis, que tipo de corrente você escolheria para soldar com um eletrodo 
revestido indicado para soldar com qualquer corrente e polaridade, como o AWS E 6013, 
por exemplo? Justifique.
e) Experimente depositar cordões de solda com eletrodos revestidos de diferentes tipos e 
diâmetros, nas diversas posições, com e sem tecimento. Varie os parâmetros de soldagem: 
velocidade de deslocamento, valor e tipo de corrente e polaridade. Anote suas observa­
ções e discuta com os colegas os resultados obtidos. Tente explicar o observado com os 
conhecimentos adquiridos neste capítulo.
f) Discuta quais as características necessárias a uma pessoa que deseja se tornar um 
soldador.
g) Cite algumas precauções a serem tomadas na soldagem com eletrodos revestidos, do 
ponto de vista da segurança pessoal e de terceiros.
í
.
CAPÍTULO 13
SOLDAGEM TIG
1. Fundamentos
A soldagem a arco com eletrodo de tungsténio e proteção gasosa (Gas Tungsten Arc 
Welding - GTAW) é um processo no qual a união de peças metálicas é produzida pelo 
aquecimento e fusão destas através de um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo 
i, de tungsténio, não consumível, e as peças a unir. A proteção da poça de fusão e do arco 
contra a contaminação pela atmosfera é feita por uma nuvem de gás inerte ou mistura 
de gases inertes. A soldagem pode ou não ser feita com adição de metal de adição e, 
quando usada, é feita diretamente na poça de fusão. A Figura 1 ilustra o processo, que 
também é conhecido por TIG (Tungsten Inert Gas).
Metal de
base \
Figura 1
Soldagem TIG (esquemática)
Poça de fusão
Uma característica importante deste processo é o excelente controle da energia 
transferida para a peça, devido ao controle independente da fonte de calor e da adição de 
metal de enchimento, semelhantemente ao que ocorre na soldagem oxiacetilênica. Isso 
torna o processo bastante adequado para a soldagem de peças de pequena espessura 
e, aliado à eficiente proteção contra a contaminação, permite a soldagem de materiais 
de difícil soldabilidade, com ótimos resultados.
O fato de o eletrodo ser não consumível possibilita a soldagem sem a adição de metal 
de enchimento. Isso pode ser interessante na soldagem de chapas finas. Além disso, 
como não existem reações metal-gás e metal-escória, não há grande geração de fumos 
e vapores, o que permite ótima visibilidade para o soldador.
O custo dos equipamentos necessários e dos consumíveis usados é alto, e a produtivi­
dade ou rendimento do processo é baixo, quando comparados à soldagem com eletrodos 
revestidos, o que limita a sua aplicação a situações em que a qualidade da solda produzida 
seja mais importante que a produtividade ou o custo da operação.
O arco elétrico na soldagem TIG é bastante estável, suave e produz, em geral, 
soldas com boa aparência e acabamento, que exigem pouca ou nenhuma limpeza 
após a operação.
A operação é normalmente manual e pode ser feita em qualquer posição, embora a 
mecanização do processo seja também comum e fácil de ser implementada, com o uso 
de dispositivos auxiliares de soldagem adequados.
Este processo é aplicável à maioria dos metais e suas ligas, numa ampla faixa de espes­
suras. Entretanto, em virtude de seu custo relativamente elevado, é usado principalmente 
na soldagem de metais não ferrosos e aços inoxidáveis, na soldagem de peças de pequena 
espessura (da ordem de 1 a 2 mm) e no passe de raiz na soldagem de tubulações.
Outra característica típica da soldagem TIG é a possibilidade de se usar o próprio metal 
de base como metal de adição quando este não estiver disponível comercialmente, bastan­
do para isto cortar pedaços do metal de base com uma forma apropriada, particularmente 
para a soldagem manual.
n n c ! SOLDAGEM
0 FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
2. Equipamentos
O equipamento básico usado na soldagem TIG consiste de uma fonte de energia 
elétrica, uma tocha de soldagem apropriada, uma fonte de gás protetor, um dispositivo 
para a abertura do arco. cabos e mangueiras. Diversos equipamentos auxiliares podem 
ainda ser usados na soldagem manual ou mecanizada, para permitir melhor controle do 
processo, maior produtividade, facilidade de operação etc. A Figura 2 mostra um esquema 
do equipamento básico de soldagem TIG, a Figura 3-a mostra uma fonte eletrônica de uso 
industrial e a figura 3-b mostra o módulo de controle de uma fonte pulsada.
CAPÍTULO 13 ] o n * 7
SOLDAGEM HG i Z U /
Figura 2
Equipamento básico para soldagem TIG (esquemático)
(a) (b)
Figura 3
(a) Fonte eletrônica de uso industriai e (b) módulo de controle de uma fonte pulsada para soldagem TIG
A fonte de corrente elétrica necessária é do tipo corrente constante, com valor de 
saída ajustável para cada operação e pode ser contínua, alternada ou pulsada. Quanto às 
suas características construtivas, podem ser convencionais ou eletrônicas, sendo que nos 
últimos anos a tendência é de se usar fontes eletrônicas. Algumas fontes convencionais 
podem fornecer tanto corrente contínua como corrente alternada, e as fontes eletrônicas 
também permitem operação com corrente pulsada e têm seu controle baseado no uso de 
tiristores ou transistores. Em termos de capacidade, as fontes para soldagem TIG fornecem 
uma corrente mínima em torno de 5 a 10 A e corrente máxima na faixa de 200 a 500 A.
As fontes para soldagem TIG são, dos pontos de vista construtivo e operacional, 
semelhantes às fontes para soldagem com eletrodos revestidos, mas em geral apresentam 
possibilidade de ajuste de corrente mais preciso e menores valores de corrente mínima de 
operação. Além disso, elas podem ser equipadas com dispositivos para abertura de arco,
208 SOLDAGEMFUNOAMÍNTOS E TECNOLOGIA
temporizadores e válvulas para controle do fluxo de gás, sistemas para refrigeração da tocha 
de soldagem, pedais para controle da corrente, dentre outros acessórios específicos para 
este processo. Muitas vezes, as fontes adequadas para um destes processos podem 
também ser usadas para outro.
A tocha de soldagem tem como função suportar o eletrodo de tungsténio e fornecer 
o gás de proteção de forma apropriada. Existem tochas refrigeradas pelo próprio gás de 
proteção (capacidade até 150 A) ou a água (capacidade acima de 150 A, até 500 A, de 
modo geral). Neste caso é comum a fonte ter um circuito fechado de refrigeração com­
posto por um reservatório, motor elétrico, bomba e radiador.
As tochas TIG possuem internamente uma pinça, que serve para segurar o eletrodo 
de tungsténio e fazer contato elétrico e que deve ter um tamanho adequado para cada 
diâmetro de eletrodo. Elas possuem ainda bocais para direcionamento do fluxo de gás, 
que podem ser cerâmicos ou metálicos e são fornecidos emdiversos diâmetros. O 
diâmetro do eletrodo e do bocal deve ser escolhido em função da espessura da peça a 
ser soldada e da corrente de soldagem a ser usada. A Figura 4 mostra uma tocha típica 
para soldagem TIG.
(a) (b)
Figura 4
Tocha para soldagem TIG montada (a), desmontada (b)
Dispositivos especiais podem ser usados nas tochas para melhorar a eficiência da 
proteção gasosa em situações especiais como os "gas lens” , que são telas com malha 
bastante fina, colocadas entre o eletrodo e o bocal, para garantir um fluxo de gás laminar 
e os “trailing shields", que consistem de um segundo bocal para saída de gás, geralmente 
comprido e colocado atrás da tocha, visando a proteger uma área maior do cordão de 
solda, durante o resfriamento pós-soldagem.
A fonte de gás protetor consiste de um cilindro ou cilindros de gás inerte e reguladores 
de pressão e vazão de gases. Em situações em que diferentes misturas de gás devem 
ser usadas com certa frequência, m isturadores podem ser uma opção interessante. 
M isturadores para vários gases estão disponíveis com ercia lm ente, mas podem tam ­
bém ser construídos para s ituações específicas, em geral envolvendo apenas dois 
gases, como mostra a Figura 5. Economizadores de gás e válvulas elétricas (solenoide) 
podem tam bém ser usados para otim izar o consum o e a operação.
CAPITULO 13 [ o n o
SQLOAGEMTIG
Figura 5
(a) Misturador de gases comercial e (b) fabricado para aplicação especifica
Na soldagem com eletrodos consumíveis, geralmente se faz a abertura do arco tocando 
o eletrodo na peça e estabelecendo um "curto-circuito" momentâneo. Na soldagem TIG 
isto não é recomendado, pois pode favorecer a transferência de tungsténio para a peça, 
além de danificar o eletrodo, que geralmente é apontado antes do início da operação.
Vários dispositivos podem ser usados para permitir o início do arco de forma conve­
niente, como uso de um arco-piloto, de um "ignitor de alta frequência" e controle da cor­
rente inicial. Arco-piloto necessita de eletrodo e fonte de corrente secundários e é pouco 
usado. Rampa de corrente é usada apenas em fontes eletrônicas e permite a abertura 
com toque do eletrodo na peça, mas com uma corrente inicial bastante reduzida, de uns 
poucos Ampères, insuficiente para permitir sua fusão e transferência para a peça. Após 
a abertura, a corrente no arco é elevada até o valor de operação selecionado. Já o ignitor 
de alta frequência é um aparelho que gera, superposto à corrente de soldagem, um sinal 
de alta tensão e de alta frequência, com valores em torno de 3 kV e 5 kHz, que produz 
a ionização da coluna de gás entre o eletrodo e a peça, permitindo a abertura do arco 
com baixas tensões na fonte de soldagem, da ordem de 60 a 80 V. Apesar de ser de alta 
tensão, este sinal é de baixíssima potência e não oferece perigo para o operador.
Os cabos são usados para conduzir a corrente de soldagem, e o diâmetro destes cabos 
deve ser compatível com a corrente de soldagem usada, como já visto anteriormente em 
outros capítulos, e as mangueiras são usadas para conduzir o gás ou mistura e, se for o 
caso, água para refrigeração até a tocha de soldagem.
Vários equipamentos ou sistemas auxiliares podem ser usados para facilitar ou me­
canizar a operação de soldagem, como posicionadores, dispositivos de deslocamento, 
controladores automáticos de comprimento de arco, alimentadores de arame, osciladores 
do arco de soldagem, temporizadores etc.
Os posicionadores são usados, em geral, para perm itira soldagem sempre na posição 
plana. Diversos tipos de posicionadores estão disponíveis comercialmente. A Figura 6 
mostra alguns deles.
9 1 ^ SOLDAGEM
^ 1 U | FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
Figura 6
Alguns tipos de posicionadores usados em soldagem
Os dispositivos de deslocamento são usados para movimentar a tocha de soldagem ou 
a peça, permitindo um melhor controle e uniformidade da velocidade de soldagem e podem 
variar desde simples "tartarugas" até servomotores com controle numérico, por exemplo.
Os controladores automáticos de comprimento do arco são sistemas que mantêm 
constante a distância da ponta do eletrodo até a peça de soldagem, baseados na tensão 
do arco, e possibilitam um melhor resultado na soldagem de peças empenadas ou ova- 
lizadas, por exemplo.
Os alimentadores de arame são usados para mecanizar a alimentação de arame de 
adição e permitir melhor controle e uniformidade da adição de metal à junta.
Os osciladores do arco permitem o tecimento do cordão de solda na soldagem me­
canizada e podem ser mecânicos ou eletromagnéticos. De modo geral perm item ajustar 
a amplitude e a frequência de oscilação, além do formato desta.
Os temporizadores permitem controlar o início e o fim de operação dos diversos 
dispositivos auxiliares de soldagem, controlar o fluxo de gás e "sincronizar a operação de 
todo o sistema de soldagem.
Outros dispositivos são, por exemplo, controle de pedal para a corrente de soldagem, 
"gatilho" (interruptor) na tocha de soldagem, que permite o comando do fluxo de gás e/ou 
outros dispositivos, sistema para fornecimento de gás de proteção na raiz da junta etc.
Sistemas compostos por vários destes dispositivos têm sido montados para realizar 
operações específicas, por exemplo, para a soldagem orbital de tubos, particularmente 
os passes de raiz. Nestes sistemas, algumas características especiais de controle de 
parâmetros podem ser introduzidas, como a alimentação pulsada de arame, sincronizada 
com a pulsação de corrente, oscilação com paradas do arco nas extremidades laterais 
do chanfro, para garantir fusão do metal de base, soldagem com diferentes parâmetros 
nas diferentes posições durante a órbita, entre outros.
CAPÍTULO 13
SOLDAGEM TIG
3. Consumíveis
Os consumíveis principais na soldagem TIG são os gases de proteção, as varetas e 
arames de metal de adição. Os eletrodos de tungsténio, apesar de serem ditos não con­
sumíveis, se desgastam durante o processo, devendo ser recondicionados e substituídos 
com certa frequência, e por isso serão tratados nesta seção. Bocais para tochas também 
se degradam com o uso e precisam ser substituídos com alguma frequência.
Os gases de proteção usados na soldagem TIG são inertes, principalmente o argônio, 
o hélio e misturas destes. Em alguns casos são usadas misturas especiais como as que 
contêm hidrogênio, que podem ser usadas na soldagem de aços inoxidáveis, e as que 
contêm nitrogênio, opcionais na soldagem de cobre e suas ligas.
A pureza dos gases utilizados na soldagem TIG é de grande importância para a qua­
lidade da solda, exigindo-se teores mínimos de 99,99% do gás ou gases considerados. 
O teor de umidade também deve ser bem controlado.
Comparando-se a soldagem com argônio e com hélio, têm-se as seguintes caracte­
rísticas:
• melhor estabilidade do arco com argônio que com He
• menor consumo de Ar, já que este é mais denso que o He
• menores tensões de arco com Ar que com He
• menor custo do Ar
• maior penetração na soldagem com He que com Ar
• maior facilidade na abertura do arco com Ar
• melhor efeito de limpeza dos óxidos na soldagem com corrente alternada (ver técnica 
operatória) com Ar
• possibilidade de uso de maiores velocidades de soldagem com He.
A soldagem com misturas de gases de proteção apresenta características intermedi­
árias, dependendo da proporção. Misturas 80% Ar/20% He reúnem as melhores carac­
terísticas da soldagem com cada um desses gases isoladamente.
A seleção do gás de proteção é feita principalmente em função do tipo de metal que 
se quer soldar, da posição de soldagem e da espessura das peças a unir. A Tabela I ilus­
tra algumas aplicações típicas. A especificação AWS A 5.32 trata de gases de proteção 
para soldagem.
s,
f 212 S010AQCI8FUNOAKEKTOSITECNOUSOA
Tabela I - Gases de proteção e tipos de corrente usuais na soldagem de diferentesligas
Material Espessura
(mm)
Gás de proteção e tipo de corrente*
Soldagem manual Soldagem mecanizada
Alumínio e < 3.2 Ar. CA Ar, CA ou He. CC-
suas ligas > 3,2 Ar. CA Ar-He, CA ou He, CC-
Aço < 3,2 Ar. CC- Ar. CC-
Carbono > 3,2 Ar, CC- Ar-He, CC- ou He. CC-
Aço < 3.2 Ar. CC- Ar-He. CC- ou Ar-H., CC-
Inoxidável > 3,2 Ar-He, CC- He CC-
Níquel e < 3.2 Ar.CC- Ar-He, CC- ou He, CC-
suas ligas > 3,2 Ar-He, CC- HeCC-
Cobre e < 3.2 Ar-He. CC- Ar-He, CC-
suas ligas > 3,2 He. CC- He CC
Titânio e < 3,2 Ar, CC Ar. CC- ou Ar-He, CC
suas ligas > 3,2 Ar-He, CC- He CC-
* Misturas Ar-He com até 75% He e Ar-H2 com até 15% H2. CA - corrente alternada, CC- corrente 
contínua, eletrodo negativo
O metal de adição para a soldagem manual é fornecido na forma de varetas com 
comprimento em torno de 1 m. Para a soldagem mecanizada, o metal é fornecido na 
forma de um fio enrolado em bobinas com diferentes capacidades, dependendo do 
equipamento usado. Os diâmetros dos fios e varetas são padronizados e variam entre
0,5 e 5 mm aproximadamente.
Metais de adição estão disponíveis numa ampla faixa de materiais e ligas. Geralmente 
a composição química de metais de adição tem limites de tolerância muito inferiores aos 
de metal de base do mesmo tipo e custo bem mais elevado. Eles são classificados de 
acordo com sua composição química e com as propriedades mecânicas do metal depo­
sitado. A Tabela II apresenta as principais normas de classificação da AWS para metais 
de adição para a soldagem TIG.
Tabela II - Especificações AWS para metais de adição adequados à soldagem TIG
Especificaçáo Tipo de metal de adição
AWS A 5.7 Arames e varetas para a soldagem de cobre
AWS A 5.9 Arames e varetas para a soldagem de aços inoxidáveis
AWS A 5.10 Arames e varetas para a soldagem de alumínio
AWS A 5.14 Arames e varetas para a soldagem de níquel
AWS A 5.15 Arames e varetas para a soldagem de ferro fundido
AWS A 5.16 Arames e varetas para a soldagem de titânio
V
AWS A 5.18 Arames e varetas para a soldagem de aço carbono
AWS A 5.19 Arames e varetas para a soldagem de magnésio
AWS A 5.21 Arames e varetas para revestimento
AWS A 5.22 Arames e varetas tubulares para soldagem de aços inoxidáveis
. AWS A 5.24 Arames e varetas para a soldagem de zircônio
AWS A 5.28 Arames e varetas para a soldagem de aços de baixa liga
CAPfnjioia U « « 
SOU5AGEMTB
A escolha do metal de adição para uma determinada aplicação é feita em função da 
composição química è das propriedades mecânicas desejadas para a solda. Em geral se 
usa metal de adição de composição similar à do metal de base. mas não necessariamente 
idêntica. Fatores como compatibilidade metalúrgica, adequabilidade á operação e custo 
também devem ser considerados.
O diâmetro do fio ou vareta é escolhido em função da espessura das peças a unir, da 
quantidade de material a ser depositado e dos parâmetros de soldagem. Os catálogos 
dos fabricantes geralmente apresentam informações úteis na escolha de metal de adição 
e aplicações típicas dos produtos.
Os eletrodos mais comumente usados na soldagem TIG são varetas sinterizadas de 
tungsténio puro ou com adição de óxido de cério, lantânio, tório ou zircônio e sua função é 
conduzir a corrente elétrica até o arco. A capacidade de condução varia com a composição 
química, com o diâmetro do eletrodo e com o tipo de corrente de soldagem a ser usada. 
Eletrodos contendo tório têm sido evitados, já que este elemento é radioativo e pode ser 
inalado durante a afiação do eletrodo por abrasão, apesar da pequena quantidade.
Eletrodos de tungsténio puro têm menor custo e, geralmente, são usados com corrente 
alternada, em aplicações mais simples. Eletrodos com adição de óxidos apresentam 
melhor desempenho que eletrodos de tungsténio puro em termos de estabilidade de 
arco e durabilidade.
Os eletrodos de tungsténio normalmente são apontados por meios químicos ou mecâ­
nicos, antes de se iniciar a operação de soldagem e, no caso de soldagem mecanizada, a 
configuração da ponta do eletrodo pode ser uma variável importante para se garantir uma 
boa repetitividade de resultados.
As Tabelas III e IV apresentam, respectivamente, a composição química e as faixas de 
corrente usuais para eletrodos para soldagem TIG. A seleção do tipo e diâmetro do eletrodo 
a ser usado numa dada situação é feita em função do material que vai ser soldado, da 
espessura da peça e do tipo e valor da corrente de soldagem que vai ser usada.
Tabsia III - Composição química de eletrodos de tungsténio (AWS A 5.12)
Classificação
AWS
Composição química (% peso)
Tungsténio
(min)
Ce02 K O , Th02 Zr02 Outros*
(Max)
EWP 99,5 - - - - 0.5
EWCe-2 97,3 1.8 a 2.2 - - - 0.5
EWla-1 98,3 - 0,8 a 1.2 - - 0.5
EWLa-1.5 97,8 - 1.3 a 1.7 - - 0.5
EWLa-2 . 97,3 - 1,8 a 2.2 - - 0.5
EWTh-1 98,3 - 0.8 a 1.2 - 0.5
EWTh-2 97,3 - 1.7 a 2,2 - 0.5
EWZr-1 99.1 - - - 0.15 a 0,40 0.5
EWG 94,5 # # # # #
* - Outros óxidos ou elementos
# - Não especificado
214 n m a«M snu e m m ioGiA
Tabela IV - Valores típicos de corrente para eletrodos de tungsténio
Diâmetro
do
Corrente (A) e polaridade
eletrodo
(mm)
CC- CC+ CA balanceada CA não balanceada
EWX-X EWX-X EWP EWX-X EWP EWX-X
0,30 Até 15 « Até 15 Ató 15 Até 15 Até 15
0,50 5 - 2 0 • 1 0 -2 0 5 - 20 5 - 15 5 - 20
1.0 1 5 -8 0 « 2 0 -6 0 1 5 - 80 1 0 - 30 2 0 - 60
1.6 70 -1 5 0 1 0 -2 0 5 0 -1 0 0 7 0 -1 5 0 3 0 -8 0 60 -120
2.4 150-250 1 5 -3 0 100-160 140 - 235 6 0 -1 3 0 100- 180
3.2 250 - 400 2 5 -4 0 150 - 200 225 - 325 100-180 160 - 250
4,0 400 - 500 4 0 -5 5 200-275 300 - 400 160 - 240 200 - 320
4.8 500-750 5 5 -8 0 250 - 350 400 -50 0 190 - 300 290 - 390
6,4 750-1000 8 0 -1 2 5 325 - 450 500 - 630 250 - 400 340 - 525
(*) Não usado, CC- Corrente contínua eletrodo negativo, CC+ Corrente contfnua, eletrodo positivo e 
CA Corrente attemada e ignitor de alta frequência.
4. Técnica Operatória_______________
Antes de se iniciar a soldagem, é indispensável a remoção de óleo, graxa, sujeira, tinta, 
ferrugem ou qualquer outra contaminação existente no metal de base. Esta remoção pode 
ser feita por meios mecânicos (lixamento, escovamento etc.), ou químicos (decapagem, 
lavagem etc.), usando agentes líquidos ou gasosos.
É recomendável que se inicie a vazão de gás inerte alguns segundos antes da abertura do 
arco. Este tempo é normalmente chamado de "pré-purga" de gás. Decorrido este tempo, 
faz-se abertura do arco, usando-se um ignitor de alta frequência ou outro meio.
A seguir, deixa-se a tocha parada por um certo tempo para que haja a formação da poça 
de fusão. Quando esta atinge um volume ou tamanho adequado, inicia-se o movimento 
de translação da tocha ao longo da junta e. se for o caso. o movimento de tecimento e 
a adição de metal.
A adição de metal é feita na poça de fusão, normal mente à frente da tocha de solda­
gem. com a vareta ou bico de saída de arame formando um ângulo em torno de 15o com 
a peça. Deve-se ter o cuidado de não se retirar a ponta aquecida da vareta da nuvem 
protetora de gás inerte, para não contaminá-la. A adição de metal pode ser contínua ou 
intermitente.
Ao final da junta, faz-se a extinção do arco, preferencialmente através de uma chave 
que abre o circuito de soldagem, interrompendo a passagem de corrente. Com a tocha 
ainda sobre a última parte soldada, deixa-se que ocorra fluxo de gás inerte por um tempo 
de até 30 segundos, conhecido como "pós-purga" de gás.
CAFftumi3 l o t e
soitwcaiTC | * ,a
Caso não seja possível este procedimento, o arco pode ser extinto pelo afastamento 
da tocha a alguns centímetros da peça. Tal procedimento, entretanto, não é recomendado, 
pois possibilita a contaminação do final do cordão pela atmosfera. Este problema pode ser 
contornado extinguindo-se o arco fora da região de interesse ou fora da junta.A posição da tocha na soldagem mecanizada é perpendicular ao plano da peça que 
está sendo soldada. No caso da soldagem manual, a tocha pode ser ligeiramente inclinada 
em relação à direção de soldagem, para facilitar a visão do soldador. Na soldagem em 
juntas de ângulo formando "quinas", peças auxiliares podem ser usadas para formar um 
anteparo e favorecer a proteção gasosa.
Na soldagem com corrente contínua, o ignitor de alta frequência é usado apenas 
para a abertura de arco, podendo ser desligado logo após a ignição. Em geral, o próprio 
aparelho já apresenta um dispositivo que interrompe a ação de centelhamento do ignitor 
quando o arco está em operação.
Na soldagem com corrente alternada com uma fonte convencional, como a corrente 
de soldagem se anula a cada inversão de polaridade, o arco tende a se extingir quando 
a corrente é muito baixa ou nula. Assim, o ignitor de alta frequência deve permanecer 
ligado durante toda a operação, a fim de estabilizar a descarga elétrica.
Já na soldagem com corrente alternada com uma fonte eletrônica, a mudança de 
polaridade se dá num tempo muito curto e em geral não há necessidade de uso de dis­
positivos para reabertura do arco a cada inversão.
O sinal de alta frequência gerado pelo ignitor pode interferir na operação de circuitos 
eletrônicos que estejam próximos. De modo geral, cuidados especiais devem ser tomados, 
quando houver aparelhos deste tipo próximos à área de soldagem.
As principais variáveis operatórias da soldagem TIG são o comprimento do arco, a 
corrente, a velocidade de soldagem e a vazão de gás de proteção.
O comprimento do arco é a distância entre a ponta do eletrodo e a peça de trabalho.
Para uma dada corrente de soldagem e gás de proteção, a tensão do arco aumenta com 
o aumento deste. Em geral, quanto maior o comprimento do arco, mais raso e largo é o 
cordão de solda. No caso de soldagem com adição, também o reforço do cordão tende 
a diminuir com o aumento do comprimento do arco. Arcos muito curtos ou muito longos 
tendem a ser instáveis, o que favorece a formação de descontinuidades como porosida- 
des, falta de fusão e mordeduras.
A corrente de soldagem é selecionada diretamente na fonte de energia. Quanto maior a 
corrente, maior é a penetração e a largura do cordão. Para outros parâmetros constantes, 
o reforço do cordão tende a diminuir com o aumento da corrente, no caso de soldas com 
adição de metal. A geometria do cordão de solda varia com o tipo de corrente usada. A 
Figura 7 mostra algumas características da soldagem feita com os diferentes tipos de 
corrente e polaridade.
SOLDAGEM
FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
Tipo de Corrente: CC- CC+ _ÇA_
Polaridade do eletrodo Negativa ou direta Positiva ou inversa Alternada
Fluxo de elétrons e 
íons
Perfil do cordão
I f
íons^B (^Elétrons
Limpeza de óxido: Não Sim Sim (meio ciclo)
Balanço de calor 
(aproximado):
70% na peça 
30% no eletrodo
30% na peça 
70% no eletrodo
50% na peça 
50% no eletrodo
Penetração Estreita e profunda Rasa e superficial Intermediária
Aplicações
Aço, Cu, Ag, Aços 
Inoxidáveis e ligas 
resistentes ao calor
Ai, Mg (somente para 
baixas correntes e 
espessuras)
Al, Mg e suas ligas 
com maiores correntes 
e espessuras
Figura 7
Efeito do tipo de corrente e polaridade na soldagem TIG (esquemática)
O efeito de limpeza referido na figura consiste na remoção de camadas superficiais de 
óxidos do metal de base, pela ação do arco elétrico, quando o eletrodo é positivo. Assim, 
na soldagem de metais fortemente reativos, como o alumínio, o magnésio e o titânio, este 
tipo de corrente e polaridade seria bastante vantajoso. Contudo, como o balanço térm ico 
nesta situação é muito desfavorável, levando a um processo extremamente ineficiente, esta 
condição somente é usada na soldagem de peças .muito finas. Uma situação intermediária 
é obtida na soldagem com corrente alternada, como mostrado na Figura 5, quando ocorre 
a remoção de óxidos a cada semiciclo de corrente em que o eletrodo é positivo.
A penetração e a largura do cordão de solda tendem a diminuir com o aumento da velo­
cidade de soldagem. O mesmo acontece com o reforço, na soldagem com adição de metal. 
De uma maneira geral, quanto maior a velocidade da soldagem, melhor a eficiência e a pro­
dutividade da operação, com consequente redução de custos por unidade de comprimento 
de solda produzida. Entretanto, velocidades de soldagem exageradas podem introduzir 
descontinuidades no cordão, como falta de fusão, falta de penetração e mordeduras.
A vazão de gás de proteção influencia diretamente a qualidade do cordão de solda. 
Vazão muito baixa resulta em proteção insuficiente, que pode levar à oxidação do cordão 
de solda, formação de porosidade etc. Vazão elevada, em geral, não causa problema, mas 
encarece o custo da operação. Vazão m uito elevada pode causar turbulência no fluxo de 
gás, resultando em efeitos semelhantes aos de vazão muito baixa. Assim, uma regra prática 
para se determinar a vazão ideal numa dada situação é fazer um teste, iniciando com uma 
vazão elevada e ir dim inuindo gradativamente, até que se inicie a oxidação superficial do 
cordão de solda. Uma vazão ligeiramente superior a esta última é a ideal.
Outras variáveis operatórias na soldagem TIG com influência secundária dentro de certos 
lim ites são o ângulo da ponta do eletrodo, a distância do bocal à peça e os tempos de pré 
e pós-purga de gás.
Na soldagem mecanizada, a posição e a velocidade de alimentação de metal podem 
se tornar parâmetros importantes. Velocidade de alimentação elevada pode levar a um 
reforço excessivo do cordão de solda e até mesmo a uma fusão apenas parcial do metal 
de adição. Se a alimentação de metal for feita no arco de soldagem, ao invés de ser feita 
na poça de fusão, a transferência de metal para a peça se torna m uito irregular, podendo 
causar instabilidade no arco e tornar o cordão irregular.
A escolha dos parâmetros para uma dada operação de soldagem é feita em função 
do material a ser soldado, da espessura das peças, da posição de soldagem e dos equi­
pamentos disponíveis, bem com o a decisão de uso ou não de metal de adição.
CAHIULO 13 I n .
SOLDAGEM T»G ^ 1 '
5. Aplicações Industriais
A soldagem TIG é um processo dos mais versáteis em termos de espessuras e ligas 
soldáveis, produzindo soldas de ótima qualidade. Contudo, é relativamente caro, lento e 
de baixa produtividade.
Assim, a soldagem TIG é usada principalmente na união de metais difíceis de serem 
soldados por outros processos, em situações em que é necessário um controle rigoroso 
do calor cedido à peça e principalmente em situações em que a qualidade da junta pro­
duzida é mais importante que seu custo de produção.
As principais aplicações industriais da soldagem TIG são: costura e união de topo de 
tubos de aço inoxidável, soldagem de alumínio, magnésio e titânio, particularmente de 
peças leves ou de precisão, com o as usadas na indústria aeroespacial, e passe de raiz 
em tubulações de aço carbono e outros materiais.
6. Exercícios e Práticas de Laboratório
a) Que propriedades dos gases inertes devem influenciar as características do arco elétrico e 
provocar variações na geometria de cordões de solda feitos com os mesmos parâmetros 
e diferentes gases?
b) Por que o metal de adição usado na soldagem TIG é, normalmente, de composição seme­
lhante ou idêntica à do metal de base?
c) Que características dos eletrodos de diferentes composições químicas poderiam explicar 
a variação nas faixas de corrente recomendadas para os diversos tipos de corrente?
d) Que justificativas podem ser dadas para a existência de limites superior e inferior da corrente 
recomendada para um eletrodo de um certo diâmetro?
e) Por que a geometria da ponta do eletrodo só influencia significativamente a soldagem 
mecanizada?
f) No laboratório, experimentedepositar cordões da solda TIG com diferentes materiais, 
como aço carbono, aço inoxidável e alumínio, com os diversos tipos de corrente e observe 
o efeito na limpeza de óxidos e geometria do cordão de solda. Anote suas observações e 
compare-as com o que você aprendeu neste capítulo.
g) Faça diversos cordões de solda, com diferentes parâmetros de operação, num mesmo 
material e observe o efeito dos parâmetros de soldagem sobre a geometria do cordão. 
Anote suas observações e discuta com seus colegas as justificativas para estes efeitos.
SOLDAGEM E CORTE A PLASMA
CAPÍTULO 14
A - SOLDAGEM
1. Fundamentos
A soldagem a arco plasma (Plasma Are Wedding - PAW) é um processo que produz 
união por fusão das partes a serem unidas através de um arco elétrico estabelecido entre 
um eletrodo de tungsténio, não consumível, e a peça ou um bocal constritor. O processo 
de soldagem a arco plasma difere do processo TIG principalmente pelo fato de o arco 
estar restringido por um bocal constritor que limita seu diâmetro e aumenta considera­
velmente a intensidade da fonte de calor. Na soldagem a arco plasma são utilizados dois 
fluxos de gases, iguais ou diferentes. O primeiro circunda o eletrodo e sai por um orifício 
no bocal constritor, na forma de um jato de gás fortemente aquecido, chamado gás de 
plasma. Este gás deve ser inerte e frequentemente é usado o argônio. O segundo fluxo 
serve para proteção e passa por um bocal externo, concêntrico ao bocal constritor. Este 
gás pode ser inerte ou uma mistura de gasôs. A Figura 1 ilustra o processo.
O O f J SOLDAGEM
C *- U j FUNOAMENTOS E TtCNOLOGIA
Eletrodo Bocal constritor
Figura 1
Soldagem a arco plasma (esquemática)
Existem duas variações básicas do processo a arco plasma: arco transferido, que é 
aberto entre o eletrodo e a peça, e arco não transferido, estabelecido entre o eletrodo e 
o bocal constritor. Nesta segunda, o calor necessário para a fusão é transm itido às peças 
somente pelo gás de plasma. Na soldagem de peças condutoras, o arco transferido é mais 
usado pela sua melhor eficiência. A segunda variação permite a soldagem de peças não 
condutoras, com o vidros, plásticos etc., e também é usado quando se deseja minimizar 
a energia de soldagem. A Figura 2 mostra as dúas variações.
Bocal constritor
Figura 2
Variações da soldagem a arco plasma: (a) arco transferido, (b) não transferido
A soldagem a arco plasma pode ser feita manual ou mecanizadamente, com pequenas 
adaptações no equipamento. Tanto a soldagem mecanizada como a manual são bastante 
usadas. O processo pode ser empregado em qualquer posição de soldagem.
O arco na soldagem plasma é bastante estável, de alta intensidade, e o cordão de 
solda é pouco afetado pela distância da tocha de soldagem à peça, conhecida como 
"stand-ofí", permitindo, na soldagem manual, maior liberdade de operação ao soldador. O 
equipamento de soldagem plasma é mais complexo que os usados em outros processos 
de soldagem a arco, exigindo cuidados especiais e manutenção mais difícil.
Devido à sua grande estabilidade e excelente controle da fonte de calor, o processo 
plasma pode ser usado também na soldagem de peças de espessura muito pequena, 
inferior a 1 mm, com intensidade de correntes de soldagem na faixa de uns poucos Am- 
pères e uma tocha apropriada. Neste caso, a soldagem é chamada de microplasma.
A soldagem a arco plasma é aplicável à maioria dos metais e a muitos materiais não 
metálicos. Entretanto, seu custo é relativamente elevado e pode, às vezes, inviabilizar o 
uso do processo em algumas aplicações.
CAPÍTULO 14
SOLDAGEMEC O H T E A P U SM A | L * - '
2. Equipamentos
O equipamento básico usado consiste de uma fonte de energia, sistema para abertura 
do arco, uma tocha de soldagem plasma, fonte de gases e sistema de controle. Diversos 
dispositivos auxiliares podem ser usados na soldagem mecanizada.
A fonte de energia usada é do tipo corrente constante, podendo ser contínua ou 
pulsada. As fontes para soldagem plasma convencional têm capacidade para fornecer 
correntes entre 100 e 500 A, normalmente. As fontes para soldagem microplasma geral­
mente fornecem corrente a partir de 0,1 A até correntes de algumas dezenas de Ampères. 
Em qualquer dos casos, o ajuste de corrente geralmente pode ser feito com precisão 
relativamente alta.
As tensões necessárias para manter a descarga elétrica num arco a plasma são mais 
elevadas que aquelas normalmente usadas nos processos convencionais. Assim, as 
fontes usadas na soldagem plasma devem ser específicas para este processo. Fontes 
convencionais ligadas em série podem ser usadas em situações especiais.
A abertura de arco pode ser feita por um ignitor de alta frequência ou através de um 
arco-piloto. As tochas que trabalham com arco transferido normalmente fazem uso deste 
último sistema, que necessita de uma fonte de energia auxiliar, de baixa capacidade, para 
alimentar o arco-piloto.
As tochas de soldagem plasma servem para suportar o eletrodo de tungsténio, fornecer 
de forma adequada o gás de plasma e o gás de proteção e fazer a constrição do arco, 
através do bocal constritor. Além disso, as tochas devem permitir o manuseio e utilização 
de maneira segura para o soldador ou operador de equipamentos mecanizados. A Figura 
3 apresenta uma tocha para soldagem plasma.
Figura 3
Tocha para soldagem plasma
o o o l SOLDAGEM
1 FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA
As tochas plasma são geralmente refrigeradas a água. Muitas vezes, são necessários 
cuidados especiais, devendo-se usar água desmineralizada, filtrada etc. Tochas para sol­
dagem manual têm menor capacidade, devido à necessidade de apresentarem menor 
peso, para facilitara operação. Tochas para soldagem mecanizada normalmente são de 
alta capacidade.
Algumas tochas possuem bocais constritores com apenas um orifício de saída, porém, 
tochas com orifícios múltiplos apresentam vantagens. Várias configurações de orifícios de 
constrição, como em linha, em círculos e outras formas geométricas têm sido avaliadas, 
porém a mais usada é aquela com um orifício central, ladeado por dois outros orifícios 
de menor diâmetro, em geral, com uma seção transversal igual a um quarto da seção 
do orifício central, em linha, como mostrado na Figura 4.
0 
O nfício único
Figura 4
Tipos de configuração de orifícios de constrição
Neste tipo de tocha, a forma do arco plasma se torna alongada ou ovalada, e grandes 
velocidades de soldagem podem ser usadas quando o eixo maior da seção transversal do 
arco está paralelo à direção de soldagem, resultando em grande produtividade e soldas 
com zona termicamente afetada relativamente estreita.
Algumas tochas permitem a troca do bocal constritor, podendo-se, assim, variar o 
diâmetro ou número de orifícios. Tochas para soldagem manual, em geral, apresentam 
apenas um orifício central.
As fontes de gases devem incluir cilindros do gás de plasma e do gás de proteção, 
reguladores de pressão e de vazão e mangueiras. Geralmente, o controle da vazão do 
gás de plasma é feito com precisão relativamente alta, já que esta é uma importante 
variável do processo.
O sistema de controle permite o ajuste das diversas variáveis operacionais, o acio­
namento adequado dos equipamentos usados e de dispositivos auxiliares, no caso de 
soldagem mecanizada. Este pode estar numa unidade de controle único ou disperso nos 
vários equipamentos que compõem uma estação de soldagem plasma.
Os dispositivos auxiliares usados na soldagem mecanizada são similares aos usados 
na soldagem TIG, isto é, alimentadores de arame, sistemas de movimento, sistemas de 
oscilação do arco etc.
O rifício m últiplos
CAPÍTULO 14
SOIDAGEM E CORTE A PLASMA
3. Consumíveis
Os consumíveis usados na soldagem plasma são os gases de plasma e de proteção 
e os metais de adição. Os eletrodos de tungsténio, apesar de ditos não consumíveis,se 
desgastam durante o processo e serão tratados nesta seção.
O gás de plasma deve ser inerte em relação ao eletrodo de tungsténio e às partes da 
tocha de soldagem, para evitar sua contaminação e rápida deterioração. Normalmente 
são usados o argônio, o hélio, o nitrogênio e misturas destes. Em certos casos, o hidro­
gênio pode ser adicionado a esses gases para facilitar a abertura do arco. A adição de 
hidrogênio pode ser interrompida depois de iniciado o arco.
O argônio é mais usado como gás de plasma, devido ao seu baixo potencial de ioni­
zação, que facilita a abertura do arco, particularmente, em equipamentos que utilizam o 
arco-piloto. Normalmente é usado na soldagem de aços carbono, aços de alta resistência 
e metais reativos, como o titânio e o zircônio.
Entretanto, nem sempre o argônio puro produz os melhores resultados, que podem 
ser conseguidos com misturas argônio-higrogênio ou argônio-hélio. A quantidade de 
hidrogênio numa mistura deve ser escolhida em função do metal de base a ser soldado. 
Misturas argônio-hélio resultam em maior potência gerada no arco, para uma mesma 
corrente de soldagem.
A soldagem com hélio puro aumenta a potência do arco, permitindo operar com 
maiores velocidades. Entretanto, isso geralmente implica em maior desgaste das tochas 
e redução de sua vida útil.
A Tabela I apresenta algumas aplicações típicas de gases ou misturas, usados tanto 
como gás de plasma como gás de proteção, na soldagem de diferentes materiais com 
diferentes espessuras e correntes elevadas. A especificação AWS A 5.32 trata dos gases 
de proteção para soldagem.
Tabela I - Gases usuais na soldagem plasma com alta corrente
Material Espessura
(mm)
Técnica de soldagem
"Keyhole" Fusão
Aço carbono < 3.2 Ar Ar
> 3.2 Ar 75% He. 25% Ar
Aço de baixa liga < 3,2 Ar Ar
> 3,2 Ar 75% He. 25% Ar
Aço inoxidável < 3.2 92.5% Ar. 7.5% H2 Ar
> 3.2 95% Ar. 5% Hj 75% He. 25% Ar
Cobre < 2.4 Ar, 75% He. 25% Ar
> 2.4 Não recomendada He
Ligas de níquel < 3.2 92.5% Ar. 7.5% H, Ar
> 3,2 95% Ar. 5% Hj 75% He. 25% Ar
Metais reativos < 6.4 Ar Ar
> 6.4 Ar-He (50 a 75% He) 75% He. 25% Ar
•30 A S0L0A8EM
rUNBMKKTOSETECNSUHHA
• Na soldagem com alta corrente, geralmente se usa o mesmo gás para plasma e para 
proteção. Na soldagem com baixa corrente, o gás de proteção pode ser diferente, sendo 
o C02 muito usado para esta finalidade, devido ao seu baixo custo.
Os metais de adição usados na soldagem plasma são os mesmos usados na soldagem 
TIG e MIG/MAG, podendo ser fornecidos na forma de varetas, para a soldagem manual, 
e de fios enrolados em bobinas, para a soldagem mecanizada.
Geralmente, utiliza-se metal de adição de composição química similar à do metal de 
base, e existe uma grande variedade de metais disponíveis. A Tabela II mostra algumas 
especificações AWS de metais de adição aplicáveis à soldagem plasma.
Tabela II - Especificações AWS para metais de adição aplicáveis à soldagem plasma
Especificação Tipo de metal de adição
AWS A 5.7 Arames e varetas para a soldagem de cobre
AWS A 5.9 Arames e varetas para a soldagem de aços inoxidáveis
AWS A 5.10 Arames e varetas para a soldagem de alumínio
AWS A 5.14 Arames e varetas para a soldagem de níquel
AWS A 5.15 Arames e varetas para a soldagem de ferro fundido
AWS A 5.16 Aram es e varetas para a soldagem de titânio
AWS A 5 18 Arames e varetas para a soldagem'de aço carbono
AWS A 5.19 Arames e varetas para a soldagem de magnésio |
AWS A 5.21 Arames e varetas para revestimento
AWS A 5.22 Arames e varetas tubulares para soldagem de aços inoxidáveis
AWS A 5.24 Arames e varetas para a soldagem de zircònio
AWS A 5.28 Arames e varetas para a soldagem de aços de baixa liga
Os eletrodos de tungsténio usados na soldagem plasma são os mesmos usados na 
soldagem TIG (Capítulo 13), e podem ser de tungsténio puro ou ligados e são cobertos 
pela especificação AWS A 5.12. Eletrodos de tungsténio puro são geralmente usados 
em corrente alternada e têm baixa capacidade de condução. Eletrodos com adições de 
óxidos são usados em corrente contínua e/ou alternada e possuem maior capacidade de 
condução e durabilidade.
Os eletrodos são normalmente apontados, com o ângulo da ponta variando entre 20 
e 60°. A ponta pode ser aguda ou tronco-cônica, com diâmetro da parte plana de aproxi­
madamente 0,8mm, para eletrodos de diâmetro de 3,2 ou 4,0mm, e proporcionalmente 
menor para eletrodos de menor diâmetro.
A ponta deve ser absolutamente simétrica e concêntrica com o eletrodo, podendo 
ser preparada com o auxílio de um dispositivo de precisão através de esmerílhamento 
ou por agentes químicos.
4. Técnica Operatória
CAPÍTUL014 I A A p
SOLDAGEM E CORTE A PLASMA I
A soldagem a arco plasma pode ser feita utilizando-se duas técnicas: por fusão, 
semelhante aos outros processos a arco, e "keyhole" ou furo, que também é utilizada 
em processos de alta intensidade, como a soldagem a LASER e por feixe eletrônico.
A técnica da fusão é normalmente usada em soldagem manual e com fluxo de gás de 
plasma e corrente de soldagem mais baixos. Metal de adição na forma de vareta pode 
ser usado e normalmente é adicionado à poça de fusão. Esta técnica pode ser usada na 
soldagem com um ou mais passes.
A técnica do "keyhole" é usada para uma certa faixa de espessura de metal de base, 
com combinações especiais de fluxo de gás de plasma, corrente e velocidade de soldagem, 
produzindo uma poça de fusão relativamente pequena e que penetra totalmente no metal 
de base.
Neste caso, o jato de plasma produz um pequeno furo na região da junta, que é levado 
adiante com o movimento da tocha de soldagem. Durante o deslocamento, o metal fun­
dido pelo arco é forçado a se deslocar em tomo do jato de plasma, formando atrás deste 
a poça de fusão, que fecha o furo nesta região e se solidifica, formando a junta soldada. 
Não é usado metal de adição na maioria das vezes. Esta técnica permite a soldagem com 
penetração total, em passe único.
A soldagem plasma que usa a técnica do "keyhole" opera no limite entre a soldagem 
e o corte, geralmente com intensidade de corrente e fluxo de gás de plasma elevados, 
sendo que este é um parâmetro crítico do processo, devendo ser mantido dentro de 
estreitos limites. Devido a esta alta sensibilidade aos parâmetros operacionais, a técnica 
do "keyhole" só é usada em soldagem mecanizada.
A Tabela III apresenta as técnicas usuais para diversas faixas de espessura do metal de base, 
e as Tabelas IV e V apresentam parâmetros típicos de operação para algumas situações.
Tabela III - Faixa de espessura para as diferentes técnicas de soldagem plasma
Técnica Espessura 0.1 0.4 1,6 3,2 4,8 6,4 10 13 19...
Passe único 
"Keyhole'
Passes múltiplos
™ * V
< -
9 souMsai
‘ x o FUNOAMIK7CS E TECMGLOSM
Tabela IV - Parâmetros típicos de soldagem plasma
Material
Espessura Veloc. Corrente Tensão Fluxo de gés (l/min)
Observações
(mm)
Sold.
(mm/s)
CC-
(A) (V) Orifício Proteção
Aço 2.4 10 115 30 3(a) 17 Técnica “keyhole".
inoxidável 3.2 13 145 32 5(a) 17 chanfro reto. 95% Ar.
4.8 16 165 36 6(b) 21 5% Hj, com uso de
Aço
6,4 14 240 38 8(b) 24 proteção no reverso e 
"stand-off "de 4.8 mm
Técnica “keyhole".
3.2 5 185 28 6(a) 28 chanfro reto, Argônio,
carbono e 4.3 4 200 29 6(b) 28 proteção no reverso e 
“stand-off "de 1,2 mmbaixa liga 6,4 6 275 33 7(b) 28
Titânio
3.2 8,5 185 21 3.8(a) 28 "Keyhole", chanfro
4,8 5.5 175 25 9(b) 28 reto. Ar ou Ar 75%-He
10 4.2 225 38 15(b) 28 25% proteção no re­
verso e “stand-off"de 
1.2 mm
Diâmetro do oriffco: (a) 2,8 mm , (b) 3,5 mm.
Tabela V - Parâmetros típicos de soldagem microplasma
Material Espessura(mm)
Veloc.
Sold.
(mm/s)
Corrente
CC-
(A)
Fluxo de gás 
(l/min)
Observações
Orifício Proteção
0.13 2.0 2.4 0,24 10 Junta de topo com flange.
Aço 0,25 3,4 6,0 0,24 10 99%