Baixe INSPEÇÃO I - Matriz e outras Slides em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity!
DISCIPLINA: INSPEÇÃO - I
E N Gº A L E X A N D
RE
M A R C H O N R E D D O
INSPEÇÃO - I
(INTRODUÇÃO À SOLDAGEM)
Prof. ALEXANDRE MARCHON REDDO JULHO/
DISCIPLINA: INSPEÇÃO - I
E N Gº A L E X A N D
RE
M A R C H O N R E D D O
ÍNDICE:
1.0 - INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM.......................................................... PG.
2.0 - PRINCÍPIOS DA METALURGIA DA SOLDAGEM ................................................................ PG.
3.0 -TERMINOLOGIA DE SOLDAGEM.......................................................................................... PG.
4.0- SIMBOLOGIA DE SOLDAGEM................................................................................................ PG.
5.0- PROCESSOS DE SOLDAGEM............................................................................................... PG.
6.0- PROCESSOS DE CORTE TÉRMICO...................................................................................... PG.
7.0 – BIBLIOGRAFIA....................................................................................................................... PG. 68
DISCIPLINA: INSPEÇÃO - I
E N Gº A L E X A N D
RE
M A R C H O N R E D D O
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 SE 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 3. ESTE TIPO DE EFEITO PODE SER OBTIDO, POR
EXEMPLO, COLOCANDO-SE EM CONTATO ÍNTIMO DOIS BLOCOS DE GELO.
Figura 1 – Variação de energia potencial para um sistema composto de dois átomos em função da distância de separação entre eles
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 R0. ESTES OBSTÁCULOS PODEM
SER DE DOIS TIPOS BÁSICOS:
AS SUPERFÍCIES METÁLICAS, MESMO AS MAIS POLIDAS, APRESENTAM UMA GRANDE RUGOSIDADE EM
ESCALA MICROSCÓPICA E SUB-MICROSCÓPICA.
AS SUPERFÍCIES METÁLICAS ESTÃO NORMALMENTE RECOBERTAS POR CAMADAS DE ÓXIDOS, UMIDADE,
GORDURA, POEIRA, ETC, 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.
DISCIPLINA: INSPEÇÃO - I
E N Gº A L E X A N D
RE
M A R C H O N R E D D O
MESMO UMA SUPERFÍCIE COM UM ACABAMENTO CUIDADOSO 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.
Figura 3 – Representação esquemática da superfície metálica limpa.
DOIS MÉTODOS PRINCIPAIS SÃO UTILIZADOS PARA SUPERAR ESTES OBSTÁCULOS, OS QUAIS ORIGINAM OS
DOIS GRANDES GRUPOS DE PROCESSOS DE SOLDAGEM. O PRIMEIRO CONSISTE EM DEFORMAR AS
SUPERFÍCIES DE CONTATO PERMITINDO A APROXIMAÇÃO DOS ÁTOMOS.
AS PEÇAS PODEM SER AQUECIDAS LOCALMENTE DE MODO A FACILITAR A DEFORMAÇÃO DAS SUPERFÍCIES
DE CONTATO.
O SEGUNDO MÉTODO SE BASEIA NA APLICAÇÃO LOCALIZADA DE CALOR NA REGIÃO DE UNIÃO ATÉ A SUA
FUSÃO E DO METAL DE ADIÇÃO (QUANDO ESTE É UTILIZADO), DESTRUINDO AS SUPERFÍCIES DE CONTATO E
PRODUZINDO A UNIÃO PELA SOLIDIFICAÇÃO DO METAL FUNDIDO.
DESTA FORMA, UMA FORMA DE CLASSIFICAÇÃO DOS 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.
Figura 4 – Representação esquemática das soldagens por pressão e fusão.
DISCIPLINA: INSPEÇÃO - I
E N Gº A L E X A N D
RE
M A R C H O N R E D D O
2.1 ESTRUTURA CRISTALINA
AO SE OBSERVAR NO MICROSCÓPIO METALOGRÁFICO A SEÇÃO DE UM METAL PURO, POLIDA E ATACADA
CONVENIENTEMENTE, PODE-SE NOTAR QUE ESTE É FORMADO POR GRÃOS SEPARADOS ENTRE SI POR
CONTORNOS DE GRÃOS. NO NÍVEL ATÔMICO, OS GRÃOS SÃO FORMADOS POR UM ARRANJO DE ÁTOMOS
QUE PODE SER DESCRITO PELA REPETIÇÃO, NAS TRÊS DIMENSÕES, DE UMA UNIDADE BÁSICA ( CÉLULA
UNITÁRIA ), ISTO É, UM AGRUPAMENTO DE UM PEQUENO NÚMERO DE ÁTOMOS COM UMA CONFIGURAÇÃO
CARACTERÍSTICA. ESTE ARRANJO DE ÁTOMOS FORMA A ESTRUTURA CRISTALINA DO MATERIAL. EXISTEM
DIFERENTES TIPOS DE ESTRUTURAS CRISTALINAS, CARACTERIZADAS POR SUAS CÉLULAS UNITÁRIAS. A
GRANDE MAIORIA DOS METAIS, CONTUDO, EXISTE EM UMA, OU MAIS, DE TRÊS ESTRUTURAS BÁSICAS:
C ÚBICA DE C ORPO C ENTRADO (CCC), C ÚBICA DE F ACE C ENTRADA (CFC) E H EXAGONAL C OMPACTA (HC).
A ESTRUTURA CÚBICA SIMPLES OCORRE PARA CRISTAIS IÔNICOS TAIS COMO NaCl E LiF, MAS NÃO PARA METAIS.
Figura 5 – Representação esquemática de uma peça de um metal puro indicando os diferentes níveis estruturais.
Figura 6 – Estruturas cristalinas mais comuns dos sólidos metálicos. As dimensões a e c são os parâmetros de rede.
DISCIPLINA: INSPEÇÃO - I
E N Gº A L E X A N D
RE
M A R C H O N R E D D O
A ESTRUTURA CRISTALINA ENCONTRADA PARA MUITOS METAIS TÊM UMA CÉLULA UNTARIA DE GEOMETRIA
CÚBICA, COM OS ÁTOMOS LOCALIZADOS EM CADA UM DOS CANTOS E NOS CENTROS DE TODAS AS FACES
DO CUBO. ELA É APROPRIADAMENTE CHAMADA ESTRUTURA CÚBICA DE FACE CENTRADA (CFC). ALGUNS
DOS METAIS FAMILIARES TENDO ESTA ESTRUTURA CRISTALINA SÃO COBRE, ALUMÍNIO, PRATA E OURO, POR
EXEMPLO.
PARA A ESTRUTURA CRISTALINA CFC, CADA ÁTOMO DO CANTO É COMPARTILHADO POR 8 CÉLULA
UNITÁRIAS, ENQUANTO QUE UM ÁTOMO DE FACE CENTRADA PERTENCE A APENAS DUAS CÉLULAS
UNITÁRIAS. PORTANTO, UM OITAVO DE CADA UM DOS OITO ÁTOMOS DE CANTO E METADE DE CADA UM DOS
6 ÁTOMOS FACIAIS, OU UM TOTAL DE 4 ÁTOMOS INTEIROS, PODEM SER ATRIBUÍDOS A UMA DADA CÉLULA
UNITÁRIA. (1/8 x 8 + ½ x 6 = 1 + 3 = 4). O COMPRIMENTO DA ARESTA DE CUBO A E O RAIO ATÔMICO R ESTÃO RELACIONADOS ATRAVÉS A = 2 R √ 2.
UMA OUTRA ESTRUTURA CRISTALINA METÁLICA COMUM TAMBÉM TEM UMA CÉLULA UNITÁRIA CÚBICA COM
ÁTOMOS LOCALIZADOS EM TODOS OS 8 VÉRTICES E UM ÚNICO ÁTOMO NO CENTRO DO CUBO. ESTA É A
ESTRUTURA CRISTALINA CÚBICA DE CORPO CENTRADO ( CCC ). O COMPRIMENTO DA CÉLULA UNITÁRIA A O
RAIO ATÔMICO R ESTÃO RELACIONADOS ATRAVÉS DE A = 4 R / √ 3.
DOIS ÁTOMOS ESTÃO ASSOCIADOS COM CADA CÉLULA UNITÁRIA CCC: A EQUIVALÊNCIA DE UM ÁTOMO A
PARTIR DOS 8 CANTOS, CADA UM DOS QUAIS É COMPARTILHADO ENTRE 8 CÉLULAS UNITÁRIAS, E O ÚNICO
ÁTOMO DO CENTRO, QUE ESTÁ INTEGRALMENTE CONTIDO DENTRO DA SUA CÉLULA. EM ADIÇÃO,
(1/8 x 8 + 1 = 1 + 1 = 2).
CROMO, FERRO, TUNGSTÊNIO, SÃO EXEMPLOS DE METAIS QUE EXIBEM UMA ESTRUTURA CCC.
DISCIPLINA: INSPEÇÃO - I
E N Gº A L E X A N D
RE
M A R C H O N R E D D O
UM ELEMENTO DE LIGA (OU UMA IMPUREZA) PODE PERMANECER EM SOLUÇÃO SÓLIDA NA ESTRUTURA
CRISTALINA DO ELEMENTO PRINCIPAL OU PODE CAUSAR O APARECIMENTO DE NOVAS FASES. FASE É UMA
PARTE HOMOGÊNEA DO SISTEMA (NO PRESENTE CASO, A LIGA METÁLICA) CUJA COMPOSIÇÃO E
PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS SÃO IDÊNTICAS AO LONGO DO SEU DOMÍNIO, O QUAL ESTÁ SEPARADO
DAS OUTRAS PARTES DO SISTEMA POR UMA SUPERFÍCIE DE DIVISÃO VISÍVEL, CHAMADA INTERFACE.
POR EXEMPLO, EM UMA MISTURA DE ÁGUA E GELO, A ÁGUA É UMA FASE E O GELO OUTRA. PARA OS
PROBLEMAS DE METALURGIA FÍSICA, CONTUDO, ESTA DEFINIÇÃO É GERALMENTE MUITO RÍGIDA, POIS, NAS
CONDIÇÕES DE AUSÊNCIA DE EQUILÍBRIO GLOBAL, VARIAÇÕES DE COMPOSIÇÃO QUÍMICA, POR EXEMPLO,
PODEM EXISTIR DENTRO DO DOMÍNIO DE UMA FASE.
EM UMA SOLUÇÃO SÓLIDA, ÁTOMOS DO ELEMENTO DE LIGA DE DIMENSÕES SEMELHANTES AOS ÁTOMOS
DO ELEMENTO PRINCIPAL PODEM SUBSTITUIR ESTES EM POSIÇÕES DA REDE CRISTALINA ( SOLUÇÃO
SÓLIDA SUBSTITUCIONAL. ESTE É O CASO DE LIGAS DE COBRE COM ATÉ 35% ZN. CASO AS DIMENSÕES
ATÔMICAS DO ELEMENTO DE LIGA SEJAM SUFICIENTEMENTE PEQUENAS, ELES PODEM OCUPAR OS
INTERSTÍCIOS (VAZIOS) DA ESTRUTURA, FORMANDO UMA SOLUÇÃO SÓLIDA INTERSTICIAL. É O CASO DO
CARBONO OU NITROGÊNIO NO FE γ.
Tabela 2 –Estrutura cristalina de alguns materiais puros.
Figura 8 – Tipos de soluções sólidas: (a) intersticial e (b) substitucional.
A DESCRIÇÃO DA ESTRUTURA CRISTALINA APRESENTADA ATÉ O MOMENTO FORNECE UMA IMAGEM
EXTREMAMENTE ESTÁTICA DOS METAIS E É INCAPAZ DE EXPLICAR DIVERSAS DE SUAS CARACTERÍSTICAS
COMO, POR EXEMPLO, A DEFORMAÇÃO PLÁSTICA. NA VERDADE, A ESTRUTURA DOS METAIS APRESENTA
IMPERFEIÇÕES NA FORMA DE RUPTURAS DE SUA ORGANIZAÇÃO CRISTALINA (DEFEITOS). ESTAS
IMPERFEIÇÕES PODEM SER DIVIDIDAS EM PONTUAIS, LINEARES, SUPERFICIAIS E VOLUMÉTRICOS E AFETAM,
DE DIFERENTES FORMAS, O COMPORTAMENTO DOS METAIS. ALGUNS DEFEITOS CRISTALINOS MAIS
IMPORTANTES SÃO DESCRITOS A SEGUIR:
DISCIPLINA: INSPEÇÃO - I
E N Gº A L E X A N D
RE
M A R C H O N R E D D O
LACUNAS : É UM DEFEITO PONTUAL CAUSADO PELA AUSÊNCIA DE UM ÁTOMO DE UM SÍTIO
CRISTALINO QUE DEVERIA ESTAR OCUPADO. ESTE TIPO DE DEFEITO É IMPORTANTE NO
TRANSPORTE DE MATÉRIA NO INTERIOR DO CRISTAL (DIFUSÃO EM VOLUME);
INTERSTICIAL : É UM DEFEITO PONTUAL REPRESENTADO PELA PRESENÇA DE UM ÁTOMO EM UMA
POSIÇÃO DO CRISTAL QUE NÃO DEVERIA SER OCUPADA (INTERSTÍCIO).
DESLOCAÇÃO (DISCORDÂNCIA) : É UM DEFEITO LINEAR QUE ACOMODA DESARRANJOS NAS
LIGAÇÕES QUÍMICAS DEVIDO AO MOVIMENTO RELATIVO (POR CISALHAMENTO) DE UMA REGIÃO DO
CRISTAL EM RELAÇÃO À OUTRA. UMA DISCUSSÃO MAIS DETALHADA DESTE IMPORTANTE CONCEITO
PODE SER ENCONTRADA NA LITERATURA. DEVE-SE, CONTUDO, ENFATIZAR QUE DESLOCAÇÕES
EXERCEM UM PAPEL FUNDAMENTAL NA DEFORMAÇÃO PLÁSTICA DOS METAIS E QUE INTERAÇÕES
DESTAS COM LACUNAS, ÁTOMOS INTERSTICIAIS, OUTRAS DESLOCAÇÕES E CONTORNOS DE GRÃO
SÃO FUNDAMENTAIS PARA EXPLICAR O COMPORTAMENTO MECÂNICO DE DIFERENTES MATERIAIS.
CONTORNO DE GRÃO : É A SUPERFÍCIE DE SEPARAÇÃO ENTRE GRÃOS ADJACENTES SENDO,
PORTANTO, UM DEFEITO SUPERFICIAL E RESULTA DAS DIFERENÇAS DE ORIENTAÇÃO CRISTALINA
ENTRE OS GRÃOS.
Figura 9 – Defeitos pontuais no material.
DEFEITOS LINEARES OU DEFEITOS EM LINHA SÃO CHAMADOS DE DISCORDÂNCIAS E EXISTEM TRES TIPOS:
ARESTA, ESPIRAL E MISTA. PRODUZEM DESLIZAMENTO ENTRE OS PLANOS CRISTALINOS QUANDO ESTES SE
MOVEM, PRODUZEM DEFORMAÇÃO (PLÁSTICA) PERMANENTE.
DISCIPLINA: INSPEÇÃO - I
E N Gº A L E X A N D
RE
M A R C H O N R E D D O
O FERRO PURO, NO AQUECIMENTO, EXPERIMENTA 2 MUDANÇAS EM ESTRUTURA CRISTALINA ANTES DE SE
FUNDIR. À TEMPERATURA AMBIENTE A FORMA ESTÁVEL, CHAMADA FERRITA , OU FERRO α, TEM UMA
ESTRUTURA CRISTALINA CCC. A FERRITA EXPERIMENTA UMA TRANSFORMAÇÃO POLIMÓRFICA À AUSTENITA
CFC, OU FERRO γ, A 912ºC(1674ºF). ESTA AUSTENITA PERSISTE ATÉ 1394ºC(2541ºF), TEMPERATURA NA QUAL
A AUSTENITA CFC SE REVERTE DE VOLTA PARA A FASE CCC CONHECIDA COMO FERRITA δ, QUE
FINALMENTE SE FUNDE A 1538ºC(2800ºF).
O EIXO DE COMPOSIÇÃO DE CARBONO (%C POR PESO) SE ESTENDE APENAS ATÉ 6,70%C, EM PESO; NESTA
CONCENTRAÇÃO O COMPOSTO INTERMEDIÁRIO CARBONETO DE FERRO (OU CARBETO DE FERRO), OU
CEMENTITA (Fe 3 C), É FORMADA, SENDO ELA REPRESENTADA POR UMA LINHA VERTICAL NO DIAGRAMA DE FASES. ASSIM O SISTEMA FERRO-CARBONO PODE SER DIVIDIDO EM 2 PARTES: UMA PORÇÃO RICA EM FERRO, COMO NA FIGURA 11 E A OUTRA (NÃO MOSTRADA) PARA COMPOSIÇÕES ENTRE 6,70%C E 100%C EM PESO (GRAFITA PURA). NA PRÁTICA, TODOS OS AÇOS E FERROS-FUNDIDOS TÊM TEORES DE CARBONO MENORES DOQUE 6,70%C, EM PESO; PORTANTO, NÓS CONSIDERAMOS APENAS O SISTEMA FERRO- CARBONETO DE FERRO.
O CARBONO É UMA IMPUREZA INTERSTICIAL EM FERRO E FORMA UMA SOLUÇÃO SÓLIDA COM CADA UMA
DAS FERRITAS α e δ E TAMBÉM COM AUSTENITA. NA FERRITA α CCC, APENAS PEQUENAS
CONCENTRAÇÕES DE CARBONO SÃO SOLÚVEIS; A MÁXIMA SOLUBILIDADE É 0,022%C EM PESO A 727ºC
(1341ºF).
A AUSTENITA, OU A FASE γ DO FERRO, QUANDO EM LIGA JUSTAMENTE COM O CARBONO, NÃO É ESTÁVEL
ABAIXO DE 727ºC(1341ºF). A MÁXIMA SOLUBILIDADE DE CARBONO NA AUSTENITA, 2,11%C EM PESO A
1148ºC(2098ºF).
A FERRITA δ É VIRTUALMENTE IGUAL À FERRITA A, EXCETO PARA A FAIXA DE TEMPERATURAS NA QUAL
CADA UMA EXISTE. DE VEZ QUE A FERRITA δ É ESTÁVEL APENAS EM TEMPERATURAS RELATIVAMENTE
ALTAS, ELA NÃO É DE NENHUMA IMPORTÂNCIA TECNOLÓGICA.
A CEMENTITA (FE 3 C) SE FORMA QUANDO O LIMITEDE SOLUBILIDADE DE CARBONO NO FERRO α É EXCEDIDO
ABAIXO DE 727OC(1341) (PARA COMPOSIÇÕES DENTRO DA REGIÃO DE FASE α + FE3C). COMO INDICADO NA
FIGURA 9.20, FE3C TAMBÉM COEXISTIRÁ COM A FASE γ ENTRE 727 e 1148ºC (1341 e 2098ºF).
MECANICAMENTE CEMENTITA É MUITO DURA E FRÁGIL; A RESISTÊNCIA DE ALGUNS AÇOS É GRANDEMENTE
MELHORADA PELA SUA PRESENÇA.
2.1.2 MUDANÇAS MICROESTRUTURAIS E DE PROPRIEDADE EM LIGAS FERROCARBONO
ALGUNS DOS PRINCÍPIOS CINÉTICOS BÁSICOS DE TRANSFORMAÇÕES EM ESTADO SÓLIDO SÃO AGORA
ESTENDIDOS E APLICADOS ESPECIFICAMENTE A LIGAS FERRO-CARBONO EM TERMOS DE CORRELAÇÃO
ENTRE TRATAMENTO TÉRMICO, O DESENVOLVIMENTO DE MICROESTRUTURA E PROPRIEDADES MECÂNICAS.
PERLITA
CONSIDERE-SE DE NOVO UMA REAÇÃO EUTETÓIDE FERRO-CARBONETO DE FERRO:
γ (0,77%C EM PESO) - α (0,022%C EM PESO) + FE 3 C (6,70%C EM PESO).
QUE É FUNDAMENTAL AO DESENVOLVIMENTO DE MICROESTRUTURA DE AÇOS. NO RESFRIAMENTO,
AUSTENITA, TENDO UMA CONCENTRAÇÃO DE CARBONO INTERMEDIÁRIA, TRANSFORMA-SE A UMA FASE
DISCIPLINA: INSPEÇÃO - I
E N Gº A L E X A N D
RE
M A R C H O N R E D D O
FERRITA, TENDO UM MUITO MENOR TEOR DE CARBONO E TAMBÉM À CEMENTITA, COM MUITO MAIOR
CONCENTRAÇÃO DE CARBONO.
AS MUDANÇAS MICROESTRUTURAIS QUE ACOMPANHAM ESTA REAÇÃO EUTETÓIDE QUANDO A PERLITA É
FORMADA: ÁTOMOS DE CARBONO SE DIFUNDEM PARA LONGE DAS REGIÕES DE FERRITA E DIRIGINDO-SE
PARA AS CAMADAS DE CEMENTITA, PARA DAR UMA CONCENTRAÇÃO DE 6,70%C EM PESO, NA MEDIDA EM
QUE A PERLITA SE ESTENDE DO CONTORNO DE GRÃO PARA O DENTRO DOS GRÃOS DE AUSTENITA PRÉVIA.
A PERLITA POSSUI PROPRIEDADES ENTRE A FERRITA MACIA E DÚCTIL E A CEMENTITA DURA E FRÁGIL.
BAINITA
ALEM DA PERLITA, EXISTEM OUTROS MICROCONSTITUINTES QUE SÃO PRODUTOS DA TRANSFORMAÇÃO DA
AUSTENITA; UM DESTES É CHAMADO BAINITA. A MICROESTRUTURA DA BAINITA CONSISTE DAS FASES
FERRITA E CEMENTITA E, ASSIM, PROCESSOS DIFUSIONAIS SE ENCONTRAM ENVOLVIDOS EM SUA
FORMAÇÃO. A BAINITA FORMASE COMO AGULHAS OU PLACAS, DEPENDENDO DA TEMPERATURA DA
TRANSFORMAÇÃO; OS DETALHES MICROESTRUTURAIS DA BAINITA SÃO TÃO FINOS QUE SUA RESOLUÇÃO É
POSSÍVEL APENAS USANDO MICROSCOPIA ELETRÔNICA. A BAINITA É O PRODUTO DA TRANSFORMAÇÃO
EM TEMPERATURAS ENTRE APROXIMADAMENTE 215 ºC e 540ºC.OS AÇOS BAINÍTICOS SÃO EM GERAL MAIS RESISTENTES E MAIS DUROS QUE OS AÇOS PERLÍTICOS, MAS MESMO ASSIM, ELES POSSUEM UMA COMBINAÇÃO DESEJÁVEL DE RESITÊNCIA E DUTILIDADE.
MARTENSITA
AINDA UM OUTRO MICROCONSTITUINTE OU FASE CHAMADO MARTENSITA É FORMADO QUANDO LIGAS FERROCARBONO AUSTENITIZADAS (OU RESFRIADAS) ATÉ UMA RELATIVAMENTE BAIXA TEMPERATURA (NA VIZINHANÇA DA TEMPERATURA AMBIENTE). MARTENSITA É UMA ESTRUTURA MONOFÁSICA DE NÃO- EQUILÍBRIO QUE RESULTAA PARTIR DE UMA TRANSFORMAÇÃO DA AUSTENITA SEM DIFUSÃO. ELA PODE SER PENSADA COMO UM PRODUTO DE TRANSFORMAÇÃO QUE É COMPETITIVO COM PERLITA E BAINITA. A TRANSFORMAÇÃO MARTENSÍTICA OCORRE QUANDO A TAXA DE RESFRIAMENTO É RÁPIDO SUFICIENTE PARA PREVENIR A DIFUSÃO DO CARBONO. QUALQUER DIFUSÃO SEJA QUAL FOR RESULTARÁ NA FORMAÇÃO DAS FASES FERRITA E CEMENTITA. A AUSTENITA CFC EXPERIMENTA UMA TRANSFORMAÇÃO POLIMÓRFICA PARA UMA MARTENSITA TETRAGONAL DE CORPO CENTRADO TCC. DAS VÁRIAS MICROESTRUTURAS QUE PODEM SER PRODUZIDAS PARA UMA DADA LIGA DE AÇO, A MARTENSITA É A MAIS DURA E MAIS RESISTENTE E ALÉM DISSO A MAIS FRÁGIL, COM BAIXÍSSIMA DUTILIDADE.
2.2 ASPECTOS CINÉTICOS
EMBORA O ESTADO DE EQUILÍBRIO SEJA ATRATIVO PARA OS PROCESSOS NATURAIS, ELE
FREQUENTEMENTE NÃO É ATINGIDO PELOS MATERIAIS COMUMENTE UTILIZADOS EM ENGENHARIA. POR
EXEMPLO, PEÇAS DE AÇO OU ALUMÍNIO PODEM PERMANECER POR MUITOS ANOS EM CONTATO COM O
OXIGÊNIO ATMOSFÉRICO SEM SE TRANSFORMAREM COMPLETAMENTE EM ÓXIDOS. GARRAFAS E OUTROS
UTENSÍLIOS DE VIDRO (MATERIAL QUE PODE SER CONSIDERADO COMO UM LÍQUIDO À BASE DE SÍLICA QUE
FOI RESFRIADO MUITOS GRAUS ABAIXO DE SUA TEMPERATURA DE SOLIDIFICAÇÃO), CONFECCIONADOS NA
ANTIGUIDADE, PODEM SER ENCONTRADOS HOJE, PRATICAMENTE INALTERADOS SEM SINAIS DE
CRISTALIZAÇÃO. UMA TRANSFORMAÇÃO ENVOLVE FREQUENTEMENTE O TRANSPORTE DE MATÉRIA NO
SISTEMA (MUDANÇAS DE COMPOSIÇÃO), O REARRANJO DA ORGANIZAÇÃO ATÔMICA (MUDANÇA DE
ESTRUTURA CRISTALINA, POR EXEMPLO), VARIAÇÕES DE VOLUME, CRIAÇÃO DE INTERFACES, ETC.
A OCORRÊNCIA DE ALGUNS DESTES EVENTOS PODE DIFICULTAR (ISTO É, AGIR COMO UMA BARREIRA) A
OCORRÊNCIA DA TRANSFORMAÇÃO, TORNANDO NECESSÁRIO UM TEMPO MAIS OU MENOS LONGO PARA
ESTA SE COMPLETAR. ASSIM, A CINÉTICA DE EVOLUÇÃO DE UMA ESTRUTURA É UM ASPECTO
COMPLEMENTAR DO ESTUDO DE SUAS TRANSFORMAÇÕES. UMA DISCUSSÃO MUITO SIMPLIFICADA DE
ALGUNS DESTES ASPECTOS PODE SER FEITA PARA A SOLIDIFICAÇÃO DE UM METAL PURO.
DISCIPLINA: INSPEÇÃO - I
E N Gº A L E X A N D
RE
M A R C H O N R E D D O
VELOCIDADE DE RESFRIAMENTO BAIXA (OU UM SUPER-RESFRIAMENTO PEQUENO) FAZ COM QUE A
TRANSFORMAÇÃO OCORRA LENTAMENTE E COM O CRESCIMENTO DE UM PEQUENO NÚMERO DE
NÚCLEOS.
VELOCIDADE DE RESFRIAMENTO ELEVADA (OU UM SUPER-RESFRIAMENTO MAIOR) RESULTA EM
UMA TRANSFORMAÇÃO MAIS RÁPIDA DEVIDO ÀS MAIORES VELOCIDADES DE NUCLEAÇÃO E
CRESCIMENTO. A ESTRUTURA TENDE A SER MAIS FINA, ISTO É, COM MENOR TAMANHO DE GRÃO.
VELOCIDADE DE RESFRIAMENTO EXCESSIVAMENTE ELEVADA , LEVANDO RAPIDAMENTE O
MATERIAL ATÉ TEMPERATURAS SUFICIENTEMENTE BAIXAS, PODE SUPRIMIR A TRANSFORMAÇÃO
DESCRITA ACIMA E A FASE INSTÁVEL PODE PERMANECER INALTERADA POR LONGOS PERÍODOS DE
TEMPO OU SOFRER UM OUTRO TIPO DE TRANSFORMAÇÃO, PARA UMA FASE DIFERENTE DA
PREVISTA PELO DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO.
2.3 FLUXO DE CALOR EM SOLDAGEM
NA MAIORIA DOS PROCESSOS DE SOLDAGEM, A JUNTA PRECISA SER AQUECIDA ATÉ UMA TEMPERATURA
ADEQUADA. NA SOLDAGEM POR FUSÃO, PARTICULARMENTE, TRABALHA-SE COM FONTES DE CALOR (O
ARCO ELÉTRICO OU UMA CHAMA, POR EXEMPLO) DE ELEVADA TEMPERATURA (1.000 A 20.000OC),
CONCENTRADAS (SUPERFÍCIE DE CONTATO COM A JUNTA DE POUCOS MILÍMETROS QUADRADOS) E,
PORTANTO, DE ELEVADA INTENSIDADE (CONFORME TABELA ABAIXO), AS QUAIS, AO SEREM DESLOCADAS
AO LONGO DA JUNTA, RESULTAM NA FORMAÇÃO DA SOLDA PELA FUSÃO E SOLIDIFICAÇÃO LOCALIZADAS DA
JUNTA.
Tabela 3 – Intensidade da fonte de calor por processo de soldagem.
ESTA TRANSFERÊNCIA DE CALOR DA FONTE PARA A JUNTA CAUSA ALTERAÇÕES DE TEMPERATURA NA
SOLDA E NAS REGIÕES ADJACENTES DO METAL BASE, QUE DEPENDEM DA FORMA COM QUE O CALOR É
DIFUNDIDO PARA O RESTANTE DO MATERIAL SENDO SOLDADO. POR SUA VEZ, ESTAS VARIAÇÕES DE
TEMPERATURA CAUSAM, ALÉM DA FUSÃO E SOLIDIFICAÇÃO DO CORDÃO DE SOLDA, VARIAÇÕES
DIMENSIONAIS E ALTERAÇÕES MICROESTRUTURAIS LOCALIZADAS QUE PODEM RESULTAR EM EFEITOS
INDESEJÁVEIS, TAIS COMO:
DISCIPLINA: INSPEÇÃO - I
E N Gº A L E X A N D
RE
M A R C H O N R E D D O
TENSÕES RESIDUAIS E DISTORÇÃO;
DETERIORAÇÃO DE PROPRIEDADES MECÂNICAS (DUTILIDADE, TENACIDADE, RESISTÊNCIA
MECÂNICA, ETC);
FORMAÇÃO DE TRINCAS;
DETERIORAÇÃO DE PROPRIEDADES FÍSICAS, QUÍMICAS, ETC.
EM CONDIÇÕES PRÁTICAS, A INTENSIDADE DE UMA FONTE DE CALOR EM SOLDAGEM NÃO PODE SER
FACILMENTE MEDIDA. UM PARÂMETRO ALTERNATIVO, DE USO MAIS COMUM, É A ENERGIA DE SOLDAGEM ,
( H ), QUE É A QUANTIDADE DE ENERGIA GERADA PELA FONTE DE CALOR POR UNIDADE DE COMPRIMENTO DA
JUNTA: H É EXPRESSA, EM GERAL, EM KJ/MM OU KJ/CM. NA SOLDAGEM A ARCO, H É DADA POR:
ONDE P É A POTÊNCIA (ENERGIA/TEMPO) GERADA e v É A VELOCIDADE DE SOLDAGEM V É A TENSÃO DO
ARCO e I É A CORRENTE DE SOLDAGEM e v É A VELOCIDADE DE SOLDAGEM. ( v = L/t - comprimento da
junta sobre o tempo de soldagem).
SOMENTE UMA PARTE DESTA ENERGIA É TRANSFERIDA PARA A PEÇA SENDO SOLDADA. CONSIDERANDO
ESTE ASPECTO, PODE-SE DEFINIR A ENERGIA IMPOSTA DE SOLDAGEM ( HL ) OU APORTE TÉRMICO COMO:
ONDE η É O RENDIMENTO TÉRMICO DO PROCESSO (η < 1). O restante da energia, (1 - η)H, É A QUANTIDADE
DE ENERGIA POR COMPRIMENTO DE SOLDA QUE NÃO FOI TRANSFERIDA PARA A PEÇA E REPRESENTA
AS PERDAS DO PROCESSO. O VALOR DO RENDIMENTO TÉRMICO DEPENDE DO PROCESSO E DAS
CONDIÇÕES DE SOLDAGEM. A TABELA 4 MOSTRA AS FAIXAS USUAIS DE η PARA DIFERENTES PROCESSOS DE SOLDAGEM. O RENDIMENTO TÉRMICO É, EM GERAL, MEDIDO ATRAVÉS DE MÉTODOS CALORIMÉTRICOS
Tabela 4 – Rendimento térmico por processo de soldagem.
DISCIPLINA: INSPEÇÃO - I
E N Gº A L E X A N D
RE
M A R C H O N R E D D O
ANÁLISE METALOGRÁFICA : A IDENTIFICAÇÃO METALOGRÁFICA DAS REGIÕES ONDE OCORREM
TRANSFORMAÇÕES DE FASE (FUSÃO, AUSTENITIZAÇÃO, ETC) PERMITE DETERMINAR AS REGIÕES
QUE FORAM SUBMETIDAS A TEMPERATURAS SUPERIORES À TEMPERATURA DE TRANSFORMAÇÃO
CONSIDERADA. UM EXEMPLO DE APLICAÇÃO DESTE MÉTODO SÃO AS MEDIDAS DE LARGURA DO
CORDÃO.
SIMULAÇÃO : CICLOS TÉRMICOS DE SOLDAGEM PODEM SER SIMULADOS DE MANEIRA CONTROLADA
EM UM CORPO DE PROVA COM O USO DE EQUIPAMENTOS ESPECIAIS. UM EXEMPLO DESTE TIPO DE
EQUIPAMENTO É A MÁQUINA "GLEEBLE" (“GLEEBLE MACHINE” FIGURA 14), NA QUAL UM CORPO DE
PROVA, GERALMENTE COM AS DIMENSÕES DE UM CORPO DE PROVA CHARPY, PRESO POR GARRAS
DE COBRE REFRIGERADAS A ÁGUA, É AQUECIDO PELA PASSAGEM DE CORRENTE ELÉTRICA. A
TEMPERATURA NO CENTRO DO CORPO DE PROVA É MEDIDA POR UM TERMOPAR E CONTROLADA
PELO EQUIPAMENTO, DE FORMA A REPRODUZIR UM CICLO TÉRMICO QUALQUER. ESFORÇOS
MECÂNICOS PODEM SER APLICADOS SIMULTANEAMENTE. A SIMULAÇÃO DE CICLOS TÉRMICOS É
UTILIZADA, POR EXEMPLO, EM ESTUDOS DE SOLDABILIDADE, EMBORA EXISTAM EVIDÊNCIAS DE QUE
ESTA TÉCNICA NÃO REPRODUZ PERFEITAMENTE A MICROESTRUTURA DAS REGIÕES DA SOLDA,
HAVENDO UMA TENDÊNCIA PARA UM MAIOR TAMANHO DE GRÃO NOS CORPOS DE PROVA OBTIDOS
POR SIMULAÇÃO.
Figura 15- Representação esquemática de um equipamento simulador de ciclos térmicos.
CALORIMETRIA : MEDIDAS CALORIMÉTRICAS PERMITEM OBTER INFORMAÇÕES COMO, POR
EXEMPLO, A QUANTIDADE DE CALOR ABSORVIDA PELA PEÇA. ESTAS MEDIDAS SÃO FEITAS EM
CORPOS DE PROVA ESPECIAIS, REFRIGERADOS EM ÁGUA. A QUANTIDADE DE ENERGIA ABSORVIDA
PELA PEÇA É OBTIDA PELA MEDIDA DA VARIAÇÃO DE TEMPERATURA NA ÁGUA.
DISCIPLINA: INSPEÇÃO - I
E N Gº A L E X A N D
RE
M A R C H O N R E D D O
2.4 - O CICLO TÉRMICO DE SOLDAGEM
A VARIAÇÃO DE TEMPERATURA DURANTE A SOLDAGEM EM UM PONTO DA PEÇA É DESCRITA PELO SEU
CICLO TÉRMICO DE SOLDAGEM. CADA PONTO É SUBMETIDO A UM CICLO TÉRMICO PARTICULAR QUE
DEPENDE, ENTRE OUTROS FATORES, DA LOCALIZAÇÃO DESTE PONTO EM RELAÇÃO À SOLDA. OS
PRINCIPAIS PARÂMETROS QUE DESCREVEM O CICLO TÉRMICO SÃO:
TEMPERATURA DE PICO (Tp) : É A TEMPERATURA MÁXIMA ATINGIDA EM UM DADO PONTO. ATEMPERATURA DE PICO INDICA A POSSIBILIDADE DE OCORRÊNCIA DE TRANSFORMAÇÕES MICROESTRUTURAIS NESTE PONTO. DEPENDE DAS CONDIÇÕES DE SOLDAGEM, DA GEOMETRIA E PROPRIEDADES TÉRMICAS DA PEÇA, SUA TEMPERATURA INICIAL E DA DISTÂNCIA DO PONTO CONSIDERADO À FONTE DE CALOR.
Figura 16- Representação esquemática do ciclo térmico na soldagem de um só passe.
A FIGURA 15 MOSTRA ESQUEMATICAMENTE A VARIAÇÃO DA TEMPERATURA DE PICO COM A DISTÂNCIA EM
RELAÇÃO AO CENTRO DA SOLDA (EIXO Y) E A ENERGIA DE SOLDAGEM, SÃO AS CHAMADAS CURVAS DE
REAPARTIÇÃO TÉRMICA.
