Click here to load reader

Metalurgia - Soldagem

  • View
    275

  • Download
    12

Embed Size (px)

Text of Metalurgia - Soldagem

  1. 1. Universidade Federal de Minas Gerais Departamento de Engenharia Metalrgica e de Materiais Introduo Metalurgia da Soldagem Paulo J. Modenesi Paulo V. Marques Dagoberto B. Santos Belo Horizonte, janeiro de 2012
  2. 2. Nota de Apresentao: A soldagem o mais importante processo industrial de fabricao de peas metlicas. Processos de soldagem ou processos afins so tambm utilizados na recuperao de peas desgastadas, para a aplicao de revestimentos de caractersticas especiais sobre superfcies metlicas e para corte. O sucesso da soldagem est associado a diversos fatores e, em particular, com a sua relativa simplicidade operacional. Por outro lado, apesar desta simplicidade, no se pode esquecer que a soldagem pode ser muitas vezes um processo traumtico para o material, envolvendo, em geral, a aplicao de uma elevada densidade de energia em um pequeno volume do material, o que pode levar a alteraes estruturais e de propriedades importantes dentro e prximo da regio da solda. O desconhecimento ou a simples desconsiderao das implicaes desta caracterstica fundamental pode resultar em problemas inesperados e, em alguns casos, graves. Estes problemas podem se refletir tanto em atrasos na fabricao ou em gastos inesperados, quando o problema prontamente detectado, ou mesmo em perdas materiais e, eventualmente, de vidas, quando o problema levado s suas ltimas consequncias. Alm de aspectos metalrgicos, a engenharia de soldagem envolve conhecimentos em diferentes reas como a fsica, qumica, eletricidade e eletrnica, mecnica, higiene e segurana. Estes aspectos no sero considerados neste texto. Este texto foi desenvolvido com base em diferentes disciplinas ministradas pelos autores nos cursos de Graduao em Engenharia Metalrgica e de Ps-graduao em Engenharia Metalrgica e de Minas da Universidade Federal de Minas Gerais. Os captulos 1 e 3 foram escritos em conjunto pelos professores P. J. Modenesi e P. V. Marques, o captulo 2 foi escrito por P. J. Modenesi e D. B. Santos, os captulos 4 a 8 por P. J. Modenesi e o captulo 9 por D. B. Santos. Os autores agradecem a todos que, ao longo de vrios anos, colaboraram e, tambm, queles que venham a colaborar com sugestes e crticas para o aperfeioamento deste trabalho. Paulo J Modenesi
  3. 3. Sumrio 1. Introduo 1.1. Mtodos de unio dos metais 1.2. Definio de soldagem 1.3. Pequeno histrico da soldagem 1.4. Formao da junta soldada 1.5. Processos de soldagem 1.6. Escopo da metalurgia da soldagem 1.7. Referncias bibliogrficas 2. Fundamentos de metalurgia fsica 2.1. Introduo 2.2. Estrutura cristalina 2.3. Diagrama de fases 2.4. Aspectos cinticos 2.5. Metalurgia fsica dos aos 2.5.1. Solidificao dos aos 2.5.2. Diagrama de equilbrio Fe-C 2.5.3. Estrutura dos aos resfriados lentamente 2.5.4. Distribuio dos elementos de liga nos aos 2.5.5. Influncia dos elementos de liga sobre os campos e do diagrama Fe-C 2.5.6. Aspectos cinticos 2.5.7. Tratamento trmico dos aos 2.6. Referncias bibliogrficas 3. Fluxo de calor em soldagem 3.1. Introduo 3.2. Balano trmico na soldagem por fuso 3.3. Estudo terico do fluxo de calor 3.4. Mtodos experimentais 3.5. O ciclo trmico de soldagem 3.6. Influncia dos parmetros operacionais 3.7. Mtodos para o clculo da velocidade de resfriamento 3.8. Macroestrutura de soldas 3.9. Referncias bibliogrficas 4. Efeitos Mecnicos do Ciclo Trmico 4.1. Introduo 4.2. Tenses Residuais em Soldas 4.2.1. Origem 4.2.2. Distribuio 4.2.3. Determinao Experimental 4.2.4. Consequncias 4.2.5. Controle e Alvio de Tenses Residuais 4.3. Distoro de Soldas 4.3.1. Tipos 4.3.2. Efeito das Propriedades do Material na Distoro 4.3.3. Controle e Correo da Distoro
  4. 4. 4.4. Bibliografia 5. Influncias metalrgicas no metal fundido 5.1. Introduo 5.2. Interaes metal-gs 5.3. Interaes metal-escria 5.4. Diluio e formao da zona fundida 5.5. Solidificao da poa de fuso 5.6. Regies da Zona Fundida 5.7. Microestrutura da Zona Fundida 5.8. Referncias bibliogrficas 6. Influncias metalrgicas no metal base e no metal solidificado 6.1. Introduo 6.2. Formao da zona termicamente afetada 6.3. Fragilizao da zona termicamente afetada 6.4. Referncias bibliogrficas 7. Fissurao em juntas soldadas 7.1. Aspectos gerais 7.2. Trincas associadas com a solidificao 7.3. Trincas por liquao na zona termicamente afetada 7.4. Trincas por perda de dutilidade (ductility dip cracking) 7.5. Trincas pelo hidrognio 7.6. Decoeso lamelar 7.7. Tipos de fissurao em servio 7.8. Ensaios de fissurao 7.9. Referncias bibliogrficas 8. Aspectos do comportamento em servio de soldas 8.1. Introduo 8.2. Fratura frgil 8.3. Fratura por fadiga 8.4. Corroso de juntas soldadas 8.5. Referncias bibliogrficas 9. Tcnicas metalogrficas para soldas 9.1. Introduo 9.2. Macrografia 9.3. Micrografia 9.4. Tcnicas que envolvem feixes de eltrons 9.5. Exemplos de aplicao 9.6. Referncias bibliogrficas
  5. 5. Captulo 1 Introduo
  6. 6. Modenesi, Marques, Santos: Metalurgia da Soldagem - 1.1 1 - INTRODUO A soldagem o mais importante processo industrial de fabricao de peas metlicas. Processos de soldagem e processos afins so tambm utilizados na recuperao de peas desgastadas, para a aplicao de revestimentos de caractersticas especiais sobre superfcies metlicas e para corte. O sucesso da soldagem est associado a diversos fatores e, em particular, com a sua relativa simplicidade operacional. Por outro lado, apesar desta simplicidade, no se pode esquecer que a soldagem pode ser muitas vezes um processo traumtico para o material, envolvendo, em geral, a aplicao de uma elevada densidade de energia em um pequeno volume do material, o que pode levar a importantes alteraes estruturais e de propriedades dentro e prximo da regio da solda. O desconhecimento ou a simples desconsiderao das implicaes desta caracterstica fundamental pode resultar em problemas inesperados e, em alguns casos, graves. Estes problemas podem se refletir tanto em atrasos na fabricao ou em gastos inesperados, quando o problema prontamente detectado, ou mesmo em perdas materiais e, eventualmente, de vidas, quando o problema levado s suas ltimas consequncias. 1.1 - Mtodos de Unio dos Metais Os mtodos de unio dos metais podem ser divididos em duas categorias principais, isto , aqueles baseados no aparecimento de foras mecnicas macroscpicas entre as partes a serem unidas e aqueles baseados em foras microscpicas (interatmicas ou intermoleculares). No primeiro caso, do qual so exemplos a parafusagem e a rebitagem, a resistncia da junta dada pela resistncia ao cisalhamento do parafuso ou rebite, mais as foras de atrito entre as superfcies em contato. No segundo caso, a unio conseguida pela aproximao dos tomos e molculas das partes a serem unidas, ou destas e um material intermedirio, at distncias suficientemente pequenas para a formao de ligaes qumicas primrias (metlica, covalente ou inica) ou secundrias (ligao de Van der Waals). Como exemplos desta ltima categoria citam-se a soldagem, a brasagem e a colagem. 1.2 - Definio de Soldagem Um grande nmero de diferentes processos utilizados na fabricao e recuperao de peas, equipamentos e estruturas se encaixa no termo SOLDAGEM. Classicamente, a soldagem considerada como um mtodo de unio, porm, muitos processos de soldagem ou variaes destes so usados para a deposio de material sobre uma superfcie, visando a recuperao de peas desgastadas ou para a formao de um revestimento com caractersticas especiais. Diferentes processos intimamente relacionados com os processos de soldagem so utilizados para o corte de peas metlicas. Os aspectos trmicos destas operaes de recobrimento e corte so bastante semelhantes aos de soldagem e, por isso, muitos pontos abordados na Metalurgia da Soldagem so vlidos para estas operaes. Apresentam-se, abaixo, diferentes definies propostas para soldagem: "Processo de juno de metais por fuso". (Deve-se ressaltar que no s metais so soldveis e que possvel soldar metais sem fuso).
  7. 7. Modenesi, Marques, Santos: Metalurgia da Soldagem - 1.2 "Operao que visa obter a unio de duas ou mais peas, assegurando, na junta soldada, a continuidade de propriedades fsicas, qumicas e metalrgicas". (Aqui, o termo "continuidade" tem um significado similar ao da continuidade das funes matemticas). "Operao que visa obter a coalescncia1 localizada, produzida pelo aquecimento at uma temperatura adequada, com ou sem a aplicao de presso e de metal de adio." (Esta definio meramente operacional e a adotada pela AWS - American Welding Society). "Processo de juno de materiais no qual as foras de unio estabelecidas entre as partes sendo unidas so de natureza similar quelas existes no interior das partes e responsveis pela prpria existncia destas como materiais slidos (isto , as foras de ligao qumica)". (Esta definio coloca a soldagem e a brasagem juntas diferencia estes dois processos da colagem, pois esta baseada em foras de ligao de diferente tipo para a formao da junta). 1.3 - Pequeno Histrico da Soldagem Embora a soldagem, na sua forma atual, seja basicamente um processo recente, com menos de 150 anos de aplicao, alguns processos, tais como a brasagem e a soldagem por forjamento, tm sido utilizados desde pocas remotas. Existe, por exemplo, no Museu do Louvre, um pingente de ouro com indicaes de ter sido soldado e que foi fabricado na Prsia por volta de 4000 AC. O ferro, cuja fabricao se iniciou em torno de 1500 AC, substituiu o cobre e o bronze na confeco de diversos artefatos. O ferro era produzido em fornos por reduo direta2 e conformado por martelamento na forma de blocos com um peso de poucos quilogramas. Quando peas maiores eram necessrias, estes blocos eram soldados por forjamento, isto , o material era aquecido ao rubro, colocava-se areia entre as peas e martelava-se at a formao da solda. Como um exemplo da utilizao deste processo, cita-se um pilar de cerca de sete metros de altura e mais de cinco toneladas existente ainda hoje na cidade de Delhi, na ndia. A soldagem foi tambm usada, na antiguidade e na idade mdia, para

Search related