Soldagem

1. Defeitos no metal de solda
Defeito: é uma fratura consumada.
Descontinuidade: é uma fratura não consumada. É uma falha que não virou
defeito ainda.
Os procedimentos de qualificação objetivam:
 Avaliar a integridade;
 Estabelecer continuação da vida útil dos componentes em serviço;
 Criar justificativas para entender a vida útil.
A estrutura pode falhar por diversos modos:
 Fratura frágil
 Fadiga
 Corrosão
 Fratura dúctil
 Colapso Elástico
 Empeno
Fratura frágil
É a mais espetacular e perigosa com consequências devastadoras.
Ensaio Charpy é o teste mais usado para avaliar a susceptibilidade.
O ensaio Charpy não distingue as fases – apenas indica a energia necessária
para iniciar e propagar a trinca em determinada temperatura. Pode indicar a
“qualidade” do material.
A fratura compreende duas fases:
 Iniciação: 1° extensão de uma descontinuidade pré-existente.
 Propagação: continuação do defeito existente anteriormente.
O processo envolve 3 parâmetros:
 O tamanho da descontinuidade;
 A resistência do material;
 A tensão aplicada.

2. Descontinuidade de soldagem – Projeto
 Problemas de projeto ou detalhes estruturais;
 Escolha errada do tipo da junta a ser aplicada;
 Mudança indesejável na seção transversal da solda.
Desalinhamento:
 Montagem incorreta da junta.
 Distorções durante a fabricação.
Distorções
 Projeto inadequado da junta.
 Sequência inadequada dos passes de solda.
Consequência: concentração de tensão em locais nos quais durante o trabalho
poderão produzir falha por fadiga prematura na junta.
Descontinuidade de soldagem – Metalurgia
Trincas – Descontinuidade caracterizada por ponta aguda de alta relação entre
comprimento e largura para abertura do deslizamento.
Fissuras – Pequenas trincas com apenas uma leve separação da fratura
superficial.
Segregação – Concentração não uniforme de impurezas ou elementos de liga
durante a solidificação da solda.

3. Decoesão lamelar – Tipo de trinca que ocorre no metal base ou na ZTA de
contração de juntas soldadas resultante de ductilidade inadequada na direção
da espessura da placa de aço.
Trincas – possíveis causas:
 Metal base com altas impurezas;
 Incorretos procedimentos e técnicas de soldagem;
 Pouco reforço na cratera;
 Junta com alto grau de restrição (solda pequena em relação as partes
soldadas;
 Eletrodo molhado ou úmido;
 Presença de hidrogênio no metal de solda, aço com alto teor de carbono
equivalente.
Trincas longitudinais
 Trincas de solidificação – Este tipo de trinca está associado com a
presença de segregação que levam à formação de filmes líquidos
intergranulares, nas etapas finais da solidificação.
 Trincas de cratera – trinca localizada na cratera do cordão de solda.
Decoesão Lamelar
 Inclusões no metal base no sentido da laminação;
 Junta com alto grau de restrição.

4. Descontinuidade de soldagem – Processo
 Mordedura
- Alta velocidade de soldagem;
- Alta voltagem – comprimento do arco;
- Manuseio inadequado da tocha;
- Amperagem excessiva.
Local de concentração de tensão > potencial de iniciação da trinca.
 Falta de fusão
- Cordão muito convexo – soldagem multipasse;
- Baixa energia de soldagem;
- Junta inadequada;
- Manuseio inadequado da tocha;
- Superfície com sujeira (graxa, poeira, carepa)

5. Resultado: Enfraquecimento da junta soldada, ocasionando um ponto
potencial para início da fadiga.
 Falta de penetração
- Corrente/energia muito baixa;
- Eletrodo grande diâmetro;
- Abertura de raiz insuficiente;
- Junta inadequada;
- Velocidade alta.
Resultado: Enfraquecimento da junta soldada, ocasionando um potencial
ponto para início de fadiga.
 Inclusão de escória
- Superfície com carepa;
- Escória no canto dos cordões de solda muito convexos;
- Falta de limpeza entre os passes;
- Escória ancorada em mordeduras;
- Ângulo ou tamanho do eletrodo incorreto;
- Amperagem insuficiente.
Resultado: Reduz a resistência da área da seção transversal da solda.
Potencial local para a trinca.

6.  Excesso de penetração
- Amperagem muito alta;
- Grande abertura da raiz;
- Não utilização de mata-junta (cobre ou cerâmico);
- Baixa velocidade de avanço;
- Pouco movimento oscilante da tocha.
- Stick out curto.
 Reforço
Eventualmente podemosutilizar
um suporte naparte inferiorda
solda,que ajudaa conter o
material fundidonaoperaçãode
soldageme que pode ounão ser
removidoapósotérminoda
solda,chamadode mata-juntaou
de cobre-junta.

7.  Inclusão de Tungstênio
Esse tipo de inclusão acontece na soldagem com o processo GTAW (TIG),
quando a ponta do eletrodo toca o metal de base ou a oca de fusão,
particularmente, na abertura de arco. Ocorrendo a transferência de partículas
de tungstênio para a solda.
 Porosidade
- Vazão inadequada de gás: alta ou baixa;
- Superfície e arame de solda com impurezas (tinta, óleo, graxa, carepa);
- Voltagem de solda alta;
- Stick out muito longo.
Reforço de solda (weld reinforcement)
Metal de solda em excesso, além do necessário para preencher a
junta; excesso de metal depositado nos últimos passes, podendo
ser na face da solda e/ou na raiz da solda.

8. - O sistema de alimentação do gás está defeituoso: o bocal pode estar entupido
pelos respingos, uma mangueira pode estar dobrada, conexões podem vazar, o
regulador pode estar congelado (CO2), etc.
- Umidade no gás de proteção.
Resultado: Enfraquecimento severo da junta soldada. Atmosfera ataca
(corrosão) o metal soldado, podendo causar falhas.
Essa descontinuidade se faznaevoluçãodosgasesdurante asolidificaçãodasolda.As
bolhasde gás podemseraprisionadaspelometal solidificadoàmedidaque apoça de
fusãoé deslocada.Osporostêmusualmente umformatoesférico,porémporos
alongados(porosidadevermicular) possamserformados,emgeral,associadoscomo
hidrogênio.
Comocausa desse tipode descontinuidade,cita-seacontaminaçãoporsujeiras,
umidade,óleo,graxa,ferrugem, entreoutrosnaregiãoda juntasoldada.Assimcomo
tambémeletrodose fluxosougásde proteçãoúmidos,correntesde ar durante a
soldageme aindacorrente outensãode soldageminadequadaspodemcausaresse tipo
de descontinuidade.
Aindaassim,pequenasquantidadesde porosnãosãoconsideradasprejudiciais.Mas
acima de certoslimites,estabelecidospornorma,aporosidade pode afetaras
propriedadesmecânicas,reduzindoaseçãoefetivadajuntasoldada.Dentre asformas
de porosidades,aalinhadapode sermaisprejudicial porfavorecerosurgimentode
trincas,haja vistaque aindaexistemmaistrêsformasque são:a distribuída,aagrupada
e a vermicular.
Comoforma de correção,a porosidade pode serminimizadapelousode materiaise
secos,de equipamentosemboascondiçõese de parâmetrosde soldagemadequados.

9. A formação do poro no metal de solda
Poro = afinidade, supersaturação e reações químicas dos gases.
 Natureza e quantidade de poros envolvem:
- Nucleação de poros;
- Crescimento de poros;
- Transporte de poros no metal de solda.
A cinética destes processos e os parâmetros de solda são essenciais na
formação e quantidade de poros.
Nucleação do poro – Termodinâmica
Condição inicial:
Pg ˃ Pa + Ph + Pb
Pb = 2/ r
Raio crítico – gás único
 Tendência de formação do poro versus real formação do poro.
 Encontrar e superar a energia cinética limite de ativação = nucleação.

10. Pg / Po > 1
Raio crítico – Gás múltiplo
Taxa de nucleação (I)
“Exponencial que descreve a probabilidade de nucleação superar a energia de
ativação limite da interface.”
Onde A = constante aproximação do número de Avogadro.

11.  Nucleação homogênea: é muito pequena, se não desprezível.
 Nucleação heterogênea: alcança-se com menor volume de gás – mais
provável onde sólido / líquido encontra a condição ideal.
Nucleação heterogênea
Sapiro propõe uma modificação de equação apresentada inicialmente:
Nota: O raio de curvatura é representado pelo cosθ.
Função da molhabilidade do líquido no substrato
Considerando que o termo Ph (pressão hidrostática) pode ser negligenciado e
assumindo que o ângulo de contato é zero (uma condição para completa
molhabilidade, figura 1a), o núcleo tem a forma de uma esfera, tocando a
superfície do sólido em apenas um ponto, a condição para formação do poro
para este caso (nucleação homogênea) é dada por:

12. (A)
Deste modo, as superfícies dendríticas e cristais precipitados, os quais são de
alta molhabilidade com o metal líquido, apresentam alta pontencialidade em
formar ângulos de contato próximos de zero, criando alta resistência de
capilaridade, a qual inibe a formação do núcleo do gás. A presença de inclusões
não metálicas pobres em molhabilidade no metal de solda facilitarão a formação
do núcleo de gás e a porosidade.
Nikforov (1973) relatou que o raio crítico para nucleação heterogênea, rc(het), em
função do raio crítico para nucleação homogênea, rc, é a seguinte:
(B)
 Molhabilidade completa θ = 0 e f(θ) = 1. Assume a forma da equação para
nucleação homogênea.
 Poros de gases são comumente formados na superfície de sólidos não
metálicos presentes na poça de solda. Neste caso o núcleo terá a forma

13. de lente (figura B) porque a baixa molhabilidade do sólido não metálico
(θ = 180°), f(θ) = 0. Neste caso, a probabilidade de formação de um núcleo
estável θ ~180 é alta. Nota-se um largo raio de curvatura com mínimo
volume de gás.
 A energia de formação de nucleação no sistema heterogêneo pode ser
determinado pela equação de Gibbs:
(C)
 O grau de supersaturação é sempre maior na interface sólido/líquido que
a maior parte do metal. A formação de poro é mais fácil na interface.
 A presença de várias projeções e depressões nas superfícies de cristais
facilitarão a formação de núcleos de poros.
Defeitos de superfície com curvatura positiva e de canais paralelos
Nikiforov (1976) mostrou que defeitos de superfície com curvatura positiva tem
menos efeito na formação do núcleo do gás que uma superfície plana para os
mesmos ângulos de molhamento com o líquido. A formação de poro cresce com
um aumento no ângulo de molhabilidade θ e com uma redução no ângulo entre
as paredes (φ).

14.  Nota-se que defeitos de superfície com paredes divergentes (figura
acima) promovem a formação de núcleo estável do gás quando θ é maior
que 90º. θ é o ângulo de contato de molhamento da superfície da parede
para o líquido. A formação de núcleo estável de gás neste tipo de defeito,
aumenta com o aumento no ângulo de molhamento e com uma redução
no ângulo entre as paredes φ.
 Defeitos de superfície na forma de canais com paredes paralelas (figura
abaixo) também promovem a formação de núcleo estável de gás quando
θ é maior que 90º. A formação de poros em soldas também é provável
de ocorrer como um resultado do desenvolvimento da nucleação de
um gás na interface entre o metal fundido e a atmosfera, seguido de
uma migração para o volume de solda.

15. Comentários:
Papel da solidificação – concentração de gases no líquido à frente
solidificação.
Papel da solidificação – Classificação da porosidade
 Porosidade fina;
 Porosidade interdendrítica;
 Poros esféricos.

16.  Porosidade vermicular:
Mecanismo de crescimento – cinética crescimento do poro
1. Inércia de metal líquido;
2. Tensão superficial e pressão isobárica de gás;
3. Conteúdo de gás do metal líquido e;
4. Pressão do arco de soldagem.
O raio ou tamanho do poro depende do tempo que o metal fundido – controlado
pelo calor de entrada (heat input).
Fontes de Gases
Ligas de Alumínio
 Não está relacionado com diferença de solubilidade!

17.  A sensibilidade do alumínio e suas ligas ao hidrogênio está associada a
alta temperatura que existe embaixo do arco na poça de solda e a rápida
agitação da poça causada por forças eletromagnéticas.
 As ligas de alumínio-magnésio são menos suscetível a porosidade que
ligas alumínio-silício.
 A umidade no gás de proteção promove a rápida formação de poro;
 A fonte principal de contaminação de H são óleo, componente da
traçagem e graxa.
 Resfriamento: Cristalizações começam a iniciar e alguns poros de gás irão
aderir a outros poros e crescerem.
 Então os poros de gás no arco não fundido o sistema Al-H não são
formados na interface sólido-líquido, mas formados no alumínio líquido
em condições de resfriamento rápido.
 Estes poros são muito maiores que os poros pré-existentes no metal base.
Aços e ferros fundidos
 Principalmente relacionado com o hidrogênio de vapor de água ou
elementos orgânicos.
 O teor de hidrogênio na poça de solda aumenta com um aumento no
comprimento do arco.
 A contaminação superficial – suscetibilidade para formação de poro.
 GMAW: % de N2 no gás de proteção de CO2 implica em poro:
- Transferência curto circuito: acima de 3%.
- Spray: acima de 15%.

18. Eletrodos revestidos: Alto ferrotitânio – reduz poros – aços estruturais e média
liga – maior grau de desoxidação do metal de solda.
Titânio
 Causa maior número de poros em juntas soldadas;
 Pode estar presente na fase de gás no estado atômico ou molecular, na
forma de OH, e como vapor de água, na superfície da solda.
 Com o aumento da temperatura ocorre a decomposição de hidretos de
titânio e o hidrogênio é liberado.
 Vapor de água no gás de proteção primário.
 Contaminação na superfície de arames de adição.
Parâmetros de soldagem – Velocidade de soldagem
Velocidade de soldagem x formação do poro (ligas de titânio)

19. Parâmetros de soldagem – Corrente de soldagem
Parâmetros de soldagem – Comprimento do arco
Influência da porosidade – Propriedades mecânicas
 A combinação tamanho de poro e distribuição de poro é crítica para
reduzir a resistência à tração e ductilidade.
 A resistência à tração é considerada muito tolerante para algumas
porosidades (tamanho e distribuição).
 A ductilidade da solda reduz até 50% com porosidade de cerca de 4% em
volume.
 A porosidade reduz a ductilidade e vida da fadiga, mas não afetam
significativamente a resistência à tração.
 Soldas de alumínio tem a tensão de escoamento reduzida imediatamente
com o aumento do nível de porosidade.

20.  Em soldas subaquáticas a norma admite até um certo valor de
porosidade.
Técnicas para reduzir a porosidade de solda
Soluções potenciais
 Seleção de gás de proteção;
 Preparação de extremidade / limpeza das bordas;
 Seleção da velocidade de soldagem;
 Excitação eletromagnética e;
 Aplicação de pressão.
Composição
Excitação eletromagnética

21. Limpeza da superfície