Metalurgia Da Soldagem

Metalurgia da Soldagem

Os metais no estado slido apresentam estrutura

cristalina, ou seja, os tomos esto dispostos de maneira

organizada e peridica.

Existem 3 modelos principais de ordenao dos tomos

em metais:

Sistema cristalino Cbico de Corpo Centrado CCC;

Sistema cristalino Cbico de Face Centrada CFC;

Sistema cristalino Hexagonal Compacto HC.

Sistemas Cristalinos

1. Cbico de Corpo Centrado - CCC


(a) Clula unitria representando a posio de cada tomo.

(a) (b) (c)

(b) Clula unitria considerando os tomos como esferas.

(c) Reticulado cristalino de um metal CCC.

2. Cbico de Face Centrada - CFC


(a) (b) (c)

(b) Clula unitria considerando os tomos como esferas.

(c) Reticulado cristalino de um metal CFC.


3. Hexagonal Compacto - HC


(a) (b)

(b) Reticulado cristalino de um metal HC.


Exemplos:

CCC Ferro (temperatura ambiente), titnio (alta temperatura) e cromo;

CFC Nquel, alumnio e cobre;

HC cobalto, magnsio e zinco.


As ligas so obtidas atravs da adio de elementos de

liga (tomos diferentes do metal-base). Esses tomos

adicionados intencionalmente podem ficar em soluo

slida e/ou fazer parte de uma segunda fase.

Solues Slidas em Metais: ocorre quando a adio

de tomos do soluto no modifica a estrutura cristalina

nem provoca a formao de novas estruturas.

Para muitas aplicaes, principalmente quando as

propriedades mecnicas so importantes, a utilizao

de metais puros no recomendvel.

Ligas Metlicas

Ligas Metlicas

Soluo slida substitucional: os tomos de soluto substituem uma parte dos tomos de solvente no reticulado.

Soluo slida intersticial: os tomos de soluto ocupam os interstcios existentes no reticulado.

Difuso movimentao de tomos numa soluo slida.

A Difuso termo-ativada.

Ex. 1: Difuso na ZTA de solda de aos austenticos,

formando Cr23C6.

Ex. 2: Tratamento trmico de solubilizao.

Existem dos mecanismos de difuso:

Substitucional ou por lacunas;

Intersticial.

Difuso

Difuso

Difuso Substitucional ou por lacunas

Na Difuso Substitucional um tomo (hospedeiro ou substitucional) se

desloca de uma posio normal da rede cristalina para um stio vago, ou

lacuna, adjacente.

Quando tomos hospedeiros se difundem, ocorre o processo de

AUTODIFUSO e quando tomos de impurezas substitucionais

se difundem, ocorre o processo de INTERDIFUSO.

Difuso

Difuso Intersticial

Na Difuso Intersticial tomos intersticiais migram para posies

intersticiais adjacentes no ocupadas do reticulado.

Em metais e ligas, a difuso intersticial um mecanismo importante

para a difuso de impurezas de raio atmico pequeno em relao aos

do hospedeiro.

Exemplos: hidrognio, carbono, nitrognio e oxignio no ao.

Solidificao

A Solidificao dividida em duas etapas:

1. Nucleao Formao, no lquido, de ncleos estveis;

2. Crescimento de gros Crescimento dos ncleos e formao de uma estrutura de gros.

Solidificao

Solidificao

Todos os gros possuem

a mesma estrutura

cristalina, mas a

orientao de cada gro

diferente.

O contorno de gro uma

regio sem ordenao

dos tomos.

A difuso facilitada nos

contornos de gro.

O arranjo e o tamanho dos gros e as fases presentes em uma liga constituem

o que se chama de microestrutura.

Na temperatura ambiente melhor gros finos. Em altas temperaturas melhor gros grosseiros.

Solidificao

Processo de solidificao de uma junta soldada

Solidificao

Microestrutura de ao:

Ferrtico Austentico

Zona Fundida - Transformaes

Transformaes associadas fuso

Durante a breve permanncia no estado lquido, a solda sofre

alteraes em sua composio qumica que podem ser

atribudas s seguintes causas:

- Volatizao

- Reaes Qumicas

- Absoro de Gases

- Diluio


Volatizao

Perda de metal quando presso de vapor do metal elevada na

Tsoldagem;

Estas perdas alteram a composio qumica do material; Tsoldagem prxima Tfuso perdas so desprezveis; Metais considerados volteis: titnio, chumbo e magnsio; Soldagem a gs e TIG: pouco sensveis volatilizao de metal; Soldagem MIG, arame tubular e eletrodo revestido: perdas

podem ser apreciveis;

Depende tambm do tempo permanncia em alta temperatura.


Reaes Qumicas

Prejudiciais no metal lquido quando provocam desprendimento de gases.

Reao do xido de Fe e o carbono do ao: grande influncia na qualidade das soldas.

FeO + C Fe + CO

Aos efervescentes: tendncia a reiniciar a reao do FeO acima.

Agentes desoxidantes: possuem maior afinidade com o O2 que o Fe.

- Atmosfera redutora (CO, H2) na soldagem a gs.

- Elementos de adio Mn, Si, Al na soldagem com escria.

Na solidificao rpida, os gases provocam porosidade.


Absoro de Gases

O metal lquido pode dissolver gases.

Fontes de H2: vapor de gua:

- Umidade absorvida pelo revestimento do eletrodo e fluxos.

- Umidade adsorvida nos componentes do revestimento de eletrodos e

fluxos.

- Umidade nos gases de proteo.

- Umidade no metal de base.

- Contaminao com leo, graxa (compostos orgnicos).

Fonte de N2: contaminao atmosfrica.

Queda da solubilidade com a temperatura:

- No resfriamento, o metal torna-se supersaturado de gases em soluo.


Absoro de Gases

Super saturao da solda em H2 Risco de Fissurao a Frio Super saturao de outros gases Risco de porosidade.


Diluio

composio qumica da solda = composio do metal base + composio do metal de adio.

A - rea da seo transversal da zona fundida.

B - rea de participao do MB na seo transversal da zona fundida.

d (%) - diluio.


Diluio

O controle da diluio pode ajudar a resolver muitos problemas de soldagem.

Exemplo: Soldando ao 1045 com processo arco submerso, diluio

estimada em 60%. Metal de adio puro: 0,10%C. Qual o teor de C da zona

fundida ?

Resposta:

Participao do metal base: 0,45 x 0,6 = 0,27%C.

Participao do metal de adio: 0,10 x 0,4 = 0,04%C.

Teor de C do metal de solda: 0,31%C.

Apesar do metal de adio ter 0,10%C, o metal de solda produzido contm

0,31%C.


Diluio

Apesar do metal de adio ter 0,10%C, o metal de solda produzido

contm 0,31%C.

Que tipo de problema isto pode causar na solda?

Possveis Problemas:

Microestrutura martenstica no metal de solda. Elevada dureza. Fragilizao do metal de solda.

Pr-aquecimento

Aquecimento da junta numa etapa anterior soldagem;

Principais efeitos: - reduzir a velocidade de resfriamento da junta soldada,

evitando a tmpera, isto , formao de martensita;

- aumentar a intensidade de difuso do hidrognio na junta

soldada.

Em materiais de alta temperabilidade como, por exemplo, os aos liga, bastante usual a utilizao de

preaquecimento.

O preaquecimento tem como desvantagem aumentar a extenso da zona afetada termicamente.

Pr-aquecimento

O preaquecimento influencia tambm as tenses de contrao da junta soldada. As tenses de contrao normalmente diminuem

com o preaquecimento uniforme e/ou homogneo. Entretanto, se

a junta possui um alto grau de restrio, as tenses de contrao

podem ser aumentadas, por reaquecimento localizado,

aumentando a possibilidade da fissurao.

O preaquecimento pode ter um efeito bastante prejudicial. Um exemplo a soldagem de aos com 16% de cromo, nos quais um

preaquecimento excessivo pode propiciar a formao de fases de

baixa tenacidade.

Ps-aquecimento

Consiste na manuteno da junta soldada a uma temperatura acima da temperatura ambiente por um determinado tempo.

O objetivo principal aumentar a difuso do hidrognio na solda.

Deve ser executado to logo a soldagem termine, de forma a no permitir o resfriamento da junta soldada. A eficincia do ps-

aquecimento depende deste fato, pois o resfriamento da junta

soldada permitiria a formao de fissurao pelo hidrognio.

O ps-aquecimento, por ser executado em temperatura relativamente baixa, no deve ser considerado como um

tratamento trmico de alvio de tenses.

Fissurao pelo hidrognio

Fissurao pelo hidrognio ou fissurao a frio

Ocorre devido a ao simultnea de 4 fatores: - H2 dissolvido no metal fundido.

- Tenses associadas soldagem.

- Microestrutura frgil.

- Baixa temperatura (


Compostos que contm hidrognio, como por exemplo, o vapor d'gua, se decompem na atmosfera

do arco liberando hidrognio atmico ou inico (H+).

As principais fontes de hidrognio so: - revestimento orgnico dos eletrodos;

- umidade absorvida ou adsorvida pelo revestimento dos

eletrodos, particularmente os de baixo hidrognio;

- compostos hidratados existentes na pea, como por exemplo, a

ferrugem;

- umidade do fluxo, na soldagem a arco submerso;

- umidade do ar.


Solda no estado lquido tem maior quantidade de H2 dissolvido.

Final do resfriamento: supersaturao H2 na solda.


- A temperabilidade da ZTA maior que da ZF.

- H2 migra para a

ZTA.

- Comum, pois no

metal de solda

sempre


Ao conjunta dos 4 fatores:


Macrografia Trinca a Frio

Note que iniciou na linha de fuso e se propagou para a ZTA.


Como Evitar as Trincas a Frio:

- H2, por ter Dimetro Atmico: - Difunde-se no Fe e abandona a solda.

- TPREA e TPSA Difuso do H2.

Evoluo do

hidrognio

das soldas


Como Evitar as Trincas a Frio:

- Se usar TPSA (Ex: 250oC por 2h) H2 totalmente

eliminado.

- Inspeo R-X no detecta alguns tipos de Trincas a frio.

Necessrio UT para detectar trincas a frio.

- Trincas podem aparecer horas ou dias aps a soldagem.

- END apenas aps 48h aps a soldagem.


Medidas Preventivas de Trincas a Frio:

Eliminar a possibilidade de ao menos um dos 4 fatores.

Menor teor de H2 possvel. - Usar eletrodos e fluxos de H2 (bsicos). - Higroscpicos Secagem adequada antes da soldagem.

Evitar microestrutura frgil. - Usar TPRA adequada.

- Metal de solda com resistncia possvel. - Cuidado com as soldas de ponteamento (Baixa energia, sem TPRA )


Medidas Preventivas de Trincas a Frio:

Temperatura adequada antes, durante e aps a soldagem. - Usar TPRA e TPSA adequada. - Manter a solda em temperatura suficiente para difuso rpida do H2.

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