Apostila 3 para publicar

WENDEL FERNANDES DA ROCHA
INSTRUTOR DE SOLDAGEM

TREINAMENTO COMPLETO EM INSPEÇÃO DE
SOLDAGEM

APOSTILA III

Curso de inspetor de soldagem N1

SE GOSTAR CONTRIBUA: AGENCIA 00175 CONTA 173061 VAR 51

APOSTILA III
SUMÁRIO
1

PROTEÇÃO NA SOLDAGEM ..................................................................................... 4

2

METALURGIA DE SOLDAGEM ............................................................................... 29

3

TRATAMENTOS TÉRMICOS.................................................................................... 59

4

DISTORÇÃO ............................................................................................................... 64

5

METAIS DE BASE ..................................................................................................... 85

6

BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................... 97

WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM

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APOSTILA III

Proteção na
soldagem


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APOSTILA III

1 PROTEÇÃO NA SOLDAGEM
SAÚDE E SEGURANÇA NA SOLDAGEM E CORTE

O presente documento, traduzido e adaptado e é destinado a proporcionar
informações sobre saúde e segurança aos Usuários dos processos de soldagem,
corte e goivagem ao arco elétrico e equipamentos relacionados. Estas informações
podem ser usadas como subsídios para o treinamento dado nas Empresas a
soldadores, operadores e demais técnicos.
As regras apresentadas cobrem processos de soldagem e corte ao arco elétrico tais
como:
 Goivagem com grafite
 Goivagem com plasma
 Plasmacorte
 Soldagem ao arco submerso
 Soldagem a plasma
 Soldagem com arame tubular
 Soldagem com eletrodo revestido
 Soldagem MIG/MAG
 Soldagem TIG
Estas regras não devem ser consideradas como substitutas ou alternativas à
legislação ou às normas vigentes, inclusive às normas internas dos Usuários; ainda,
elas completam, mas não substituem as informações contidas nos Manuais de
Instruções específicos dos equipamentos de soldar ou cortar.
As regras de segurança são apresentadas para a proteção dos operadores e demais
pessoal envolvido na instalação, utilização e manutenção de equipamentos de
soldar, cortar ou goivar ao arco e plasma elétricos. Elas resumem informações e
práticas adotadas na indústria e são baseadas em literatura especializada de origem
norte-americana.
Antes de se instalar, operar ou reparar um equipamento de soldar, é necessário ter
lido, compreendido e adotado as regras aqui apresentadas. A não observância
destas regras de segurança pode resultar em acidentes com danos pessoais
eventualmente fatais, sob a inteira responsabilidade do Usuário.
Um treinamento adequado na operação e manutenção de qualquer equipamento
elétrico é essencial para se evitar acidentes.
REGRAS DE SEGURANÇA
As regras de segurança são divididas em três grupos principais:




Regras de segurança relativas ao local de trabalho;
Regras de segurança relativas ao pessoal;
Regras de segurança relativas ao equipamento;


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APOSTILA III
REGRAS DE SEGURANÇA RELATIVAS AO LOCAL DE TRABALHO
Incêndios e explosões
O calor produzido por arcos elétricos e as suas irradiações, por escórias quentes e
por faíscas podem ser causas de incêndios ou explosões. Conseqüentemente, toda
área de soldagem ou corte deve ser equipada com sistema adequado de combate a
incêndio e o pessoal de supervisão de área, operação ou manutenção do
equipamento envolvido deve ser treinado no combate a incêndios.
Todo e qualquer trabalhador deve ser familiarizado com as seguintes medidas de
prevenção e proteção contra incêndios:
Garantir a Segurança da Área de Trabalho: Sempre que possível, trabalhar em
locais especialmente previstos para soldagem ou corte ao arco elétrico.

Eliminar Possíveis Causas de Incêndios: Locais onde se solde ou corte não devem
conter líquidos inflamáveis (gasolina, tintas, solventes, etc), sólidos combustíveis
(papel, materiais de embalagem, madeira, etc) ou gases inflamáveis (oxigênio,
acetileno, hidrogênio, etc).

Situação inadequada

situação adequada

APOSTILA III
Instalar Barreiras Contra Fogo e Contra Respingos: Quando as operações de
soldagem ou corte não podem ser efetuadas em locais específicos e especialmente
organizados, instalar biombos metálicos ou proteções não inflamáveis ou
combustíveis para evitar que o calor, as fagulhas, os respingos ou as escórias
possam atingir materiais inflamáveis.

Tomar Cuidado com Fendas e Rachaduras: Fagulhas, escórias e respingos podem
"voar" sobre longas distâncias. Eles podem provocar incêndios em locais não
visíveis ao soldador. Procurar buracos ou rachaduras no piso, fendas em torno de
tubulações e quaisquer aberturas que possam conter e ocultar algum material
combustível.
Instalar Equipamentos de Combate a Incêndios: Extintores apropriados, baldes de
areia e outros dispositivos anti-incêndio devem ficar a proximidade imediata da área
de soldagem ou corte. Sua especificação depende da quantidade e do tipo dos
materiais combustíveis que possam se encontrar no local de trabalho.
Avaliar a Necessidade de uma Vigilância Especial contra Incêndios: Quando soldam
ou cortam, os operadores podem não se dar conta da existência de algum incêndio,
pois além da atenção exigida pelo próprio trabalho, eles ficam isolados do ambiente
pela sua máscara de soldagem e os seus diversos equipamentos de proteção
individual. De acordo com as condições do local de trabalho, a presença de uma
pessoa especialmente destinada a tocar um alarme e iniciar o combate ao incêndio
pode ser necessária.
Conhecer os Procedimentos Locais para Casos de Incêndios em Soldagem ou
Corte: Alem dos procedimentos de segurança da Empresa e das normas ou
legislação em vigor, é recomendado que sejam conhecidas as regras enunciadas na
norma NFPA No. 51B da National Fire Protection Association (USA), "Fire Protection
in Use of Cutting and Welding Processes".
Usar um Procedimento de "Autorização de Uso de Área": Antes de se iniciar uma
operação de soldagem ou corte num local não especificamente previsto para esta
finalidade, ele deve ser inspecionado por pessoa habilitada para a devida
autorização de uso.

APOSTILA III
Nunca soldar, cortar ou realizar qualquer operação a quente numa peça que não
tenha sido adequadamente limpa: Substâncias depositadas na superfície das peças
podem decompor-se sob a ação do calor e produzir vapores inflamáveis ou tóxicos.
Não soldar, cortar ou goivar em recipientes fechados ou que não tenham sido
devidamente esvaziados e limpos internamente: Eles podem explodir se tiverem
contido algum material combustível ou criar um ambiente asfixiante ou tóxico
conforme o material que foi armazenado neles.
Proceder à inspeção da área de trabalho após ter-se completado a soldagem ou o
corte: Apagar ou remover fagulhas ou pedaços de metal quente que, mais tarde,
possam provocar algum incêndio.
Ventilação
O local de trabalho deve possuir ventilação adequada de forma a eliminar os gases,
vapores e fumos usados e gerados pelos processos de soldagem e corte e que
podem ser prejudiciais à saúde dos trabalhadores. Substâncias potencialmente
nocivas podem existir em certos fluxos, revestimentos e metais de adição ou podem
ser liberadas durante a soldagem ou o corte. Em muitos casos, a ventilação natural
é suficiente, mas certas aplicações podem requerer uma ventilação forçada, cabines
com coifas de exaustão, filtros de respiração ou máscaras com suprimento individual
de ar. O tipo e a importância da ventilação dependem de cada aplicação específica,
do tamanho do local de trabalho, do número de trabalhadores presentes e da
natureza dos materiais trabalhados e de adição.

Locais tais como poços, tanques, sótões, etc devem ser considerados como áreas
confinadas: A soldagem ou o corte em áreas confinadas requer procedimentos
específicos de ventilação e trabalho, com o uso eventual de capacetes ou máscaras
especiais.

APOSTILA III
Não soldar ou cortar peças sujas ou contaminadas por alguma substância
desconhecida: Não se deve soldar, cortar ou realizar qualquer operação a quente
numa peça que não tenha sido adequadamente limpa.Os produtos da decomposição
destas substâncias pelo calor do arco podem produzir vapores inflamáveis ou
tóxicos. Todos os fumos e gases desprendidos devem ser considerados como
potencialmente nocivos. Remover toda e qualquer pintura ou revestimento de zinco
de uma peça antes de soldá-la ou cortá-la.
O soldador ou operador deve sempre manter a cabeça fora da área de ocorrência
dos fumos ou vapores gerados por um arco elétrico de forma a não respirá-los: O
tipo e a quantidade de fumos e gases dependem do processo, do equipamento e
dos consumíveis usados. Uma posição de soldagem pode reduzir a exposição do
soldador aos fumos.

Nunca soldar perto de desengraxadores a vapor ou de peças que acabem de ser
desengraxadas: A decomposição dos hidrocarbonetos clorados usados neste tipo de
desengraxador pelo calor ou a irradiação do arco elétrico pode gerar fosgênio, um
gás altamente tóxico, ou outros gases nocivos.
Metais tais como o aço galvanizado, o aço inoxidável, o cobre, ou que contenham
zinco, chumbo, berílio ou cádmio nunca devem ser soldados ou cortados sem que
se disponha de uma ventilação forçada eficiente.Nunca se deve inalar os vapores
produzidos por estes materiais.
Uma atmosfera com menos de 18 % de oxigênio pode causar tonturas, perda de
consciência e eventualmente morte, sem sinais prévios de aviso. Os gases de
proteção usados em soldagem e corte são, quer mais leves, quer mais pesados que
o ar; certos deles (argônio, dióxido de carbono-CO , nitrogênio) podem deslocar o
oxigênio do ar ambiente sem serem detectados pelos sentidos do homem.

APOSTILA III
O hidrogênio é um gás inflamável. Uma mistura deste gás com oxigênio ou ar numa
área confinada explode se alguma faísca ocorrer. Ele é incolor, inodor e insípido.
Ainda, sendo mais leve que o ar, ele pode acumular-se nas partes superiores de
áreas confinadas e agir como gás asfixiante.
Alguma irritação nos olhos, no nariz ou na garganta durante a soldagem ou o corte
pode ser indício de uma contaminação do local de trabalho e de uma ventilação
inadequada. O trabalho deve ser interrompido, as condições do ambiente devem ser
analisadas e as providências necessárias para melhorar a ventilação do local devem
ser tomadas.
Cilindros de gás
O manuseio inadequado dos cilindros dos gases usados em soldagem ou corte
elétricos pode provocar a danificação ou ruptura da válvula de fechamento e a
liberação repentina e violenta do gás que contêm com riscos de ferimento ou morte.
Observar as características físicas e químicas dos gases usados e seguir
rigorosamente as regras de segurança específicas indicadas pelo fornecedor.

APOSTILA III
Somente usar gases reconhecidamente adequados ao processo de soldagem ou
corte e à aplicação previstos.
Somente usar um regulador de pressão específico para o gás usado e de
capacidade apropriada à aplicação. Nunca usar adaptadores de rosca entre um
cilindro e o regulador de pressão.
Sempre conservar as mangueiras e conexões de gás em boas condições de
trabalho. O circuito de gás deve estar isento de vazamentos.
Os cilindros de gás devem sempre ser mantidos em posição vertical. Eles devem ser
firmemente fixados no seu carrinho de transporte ou nos seus suportes ou encostos
(em paredes, postes, colunas, etc.) por meio de correia ou de corrente isolada
eletricamente.

Nunca conservar cilindros ou equipamento relativo a gases de proteção em áreas
confinadas.
Nunca instalar um cilindro de gás de forma que ele possa, mesmo que
acidentalmente, se tornar parte de um circuito elétrico: Em particular, nunca usar um
cilindro de gás, mesmo que vazio, para abrir um arco elétrico.
Quando não estiverem em uso, cilindros de gás devem permanecer com sua válvula
fechada, mesmo que estejam vazios: Devem sempre ser guardados com o seu
capacete parafusado. O seu deslocamento ou transporte deve ser feito por meio de
carrinhos apropriados e deve-se evitar que cilindros se choquem.
Sempre manter cilindros de gás distantes de chamas e de fontes de faíscas ou de
calor, fornos, etc.

APOSTILA III

Ao abrir a válvula do cilindro, manter o rosto afastado do regulador de
pressão/vazão.

REGRAS DE SEGURANÇA RELATIVAS AO PESSOAL

Choques elétricos
Choques elétricos podem ser fatais e devem ser evitados. Instalações elétricas
defeituosas, aterramento ineficiente assim como operação ou manutenção incorretas
de um equipamento elétrico são fontes comuns de choque elétricos.
Nunca tocar em partes eletricamente "vivas": A rede de alimentação elétrica, o cabo
de entrada e os cabos de soldagem (se insuficientemente isolados), o portaeletrodo, a pistola ou a tocha de soldar, os terminais de saída da máquina e a
própria peça a ser soldada (se não adequadamente aterrada) são exemplos de
partes eletricamente "vivas". A gravidade do choque elétrico depende do tipo de
corrente envolvida (a corrente alternada é mais perigosa que a corrente contínua),
do valor da tensão elétrica (quanto mais alta a tensão, maior o perigo) e das partes
do corpo afetadas. As tensões em vazio das fontes de energia usadas em soldagem,
corte ou goivagem podem provocar choques elétricos graves.Quando vários
soldadores trabalham com arcos elétricos de diversas polaridades ou quando se
usam várias máquinas de corrente alternada, as tensões em vazio das várias fontes
de energia podem se somar; o valor resultante aumenta o risco de choque elétrico.

APOSTILA III
Instalar o Equipamento de Acordo com as Instruções do Manual Específico
Fornecido: Sempre usar cabos elétricos de bitola adequada às aplicações previstas
e com a isolação em perfeito estado. Para o circuito de soldagem, respeitar a
polaridade exigida pelo processo ou a aplicação.
Aterrar os equipamentos e seus acessórios a um ponto seguro de aterramento: A
ligação da estrutura das máquinas a um ponto seguro de aterramento próximo do
local de trabalho é condição básica para se evitar choques elétricos.
Ainda e de acordo com a figura abaixo, a peça a ser soldada ou o terminal de saída
correspondente na fonte de energia deve ser aterrada, mas não ambos:
"aterramentos duplos" podem fazer com que a corrente de soldagem circule nos
condutores de aterramento, normalmente finos, e os queime.

Garantir bons contatos elétricos na peça soldada e nos terminais de saída da
máquina: Os terminais de saída, em particular aquele ao qual a peça soldada estiver
ligada, devem ser mantidos em bom estado, sem partes quebradas ou isolação
trincada. Nunca fazer contatos elétricos através de superfícies pintadas,
notadamente na peça a ser soldada.
Assegurar-se de que todas as conexões elétricas estão bem apertadas, limpas e
secas: Conexões elétricas defeituosas podem aquecer e, eventualmente, derreter.
Elas podem ainda ser a causa de más soldas e provocar arcos ou faíscas perigosas.
Não se deve permitir que água, graxa ou sujeira se acumule em plugues, soquetes,
terminais ou elementos de um circuito elétrico.
Manter o local de trabalho limpo e seco: A umidade e a água são condutoras da
eletricidade. Manter sempre o local de soldagem ou corte, os equipamentos e a
roupa de trabalho secos. Eliminar de imediato todo e qualquer vazamento de água.
Não deixar que mangueiras encostem-se a peças metálicas. Nunca ultrapassar os
limites de pressão da água indicados nos Manuais de Instruções.
Usar Roupa e Equipamentos de Proteção Individual Adequados, em bom estado,
limpos e secos: Ver, abaixo, as regras específicas relativas à proteção corporal.
Ao soldar ou cortar, não usar quaisquer adornos, acessórios ou objetos corporais
metálicos: Para soldar, cortar ou goivar, é recomendado retirar anéis, relógios,

APOSTILA III
colares e outros itens metálicos. Contatos acidentais de tais objetos com algum
circuito elétrico podem aquecê-los, derretê-los e provocar choques elétricos.
O soldador ou operador de uma máquina de soldar ou cortar deve trabalhar em cima
de um estrado ou plataforma isolante.
Campos eletro magnéticos
A corrente elétrica que circula num condutor provoca o aparecimento de campos
elétricos e magnéticos. A corrente elétrica utilizada em soldagem corte ou goivagem
criam tais campos em torno dos cabos de solda e dos equipamentos. Ademais
certas máquinas de soldar geram e usam para abrir o arco ou durante toda a
operação de soldagem, um faiscamento do tipo "ruído branco," conhecido como "alta
freqüência". Conseqüentemente, pessoas portadoras de marca-passo devem
consultar um médico antes de adentrar uma área de soldagem ou corte: os campos
elétricos e magnéticos ou as irradiações podem interferir no funcionamento do
marca-passo.
Não se deve permanecer entre os dois cabos eletrodo e obra e sim, sempre manter
ambos do mesmo lado do corpo.
Os dois cabos de soldagem (eletrodo e obra) devem correr juntos e, sempre que
possível, amarrados um a o outro.
Na peça a ser soldada, conectar o cabo obra tão perto quanto possível da junta.
Manter os cabos de soldagem e de alimentação do equipamento tão longe quanto
possível do corpo.
Nunca se devem enrolar cabos de soldagem em torno do corpo.

Regras para a proteção da visão
Os arcos elétricos de soldagem ou corte emitem raios ultravioletas e infravermelhos.
Exposições de longa duração podem provocar queimaduras graves e dolorosas da
pele e danos permanentes na vista.
Para soldar ou cortar, usar máscara com vidro ou dispositivo de opacidade
adequado ao processo e à aplicação prevista:. A tabela abaixo orienta quanto à
opacidade recomendada para a proteção em função do processo e da faixa de
corrente usados. Como regra geral, iniciar com uma opacidade alta demais para que
se veja a zona do arco; reduzir então a opacidade que se tenha uma visão
adequada da área de soldagem, sem problema para os olhos.

APOSTILA III
Radiações emitidas pelo arco elétrico.
O arco elétrico emite radiações visíveis e invisíveis resultante da grande
concentração de energia em forma de luz nos momentos de soldagens.
Estes raios, conhecidos como infravermelho e ultravioleta, são nocíveis a saúde e
provocam danos na pele e nos olhos enquanto os ultravioletas são quimicamente
ativos ocasionando acidentes oculares como cegueira momentânea e futura
conjuntivite, os infravermelhos secam completamente certas células líquidas do
globo ocular causando complicações no cristalino levando em longo prazo a uma
catarata profissional. Na pele, o efeito causado é idêntico ao ocasionado pelos raios
solares e mesmo a uma exposição por mais rápida que seja sem o uso de
equipamentos de proteção ocasiona queimaduras na pele e segueira momentânia.
Raios ultravioletas
São quimicamente ativos e podem ocasionar acidentes oculares, como cegueira
momentânea, e principalmente conjuntivite.
Raios infravermelhos
Secam completamente certas células líquidas do globo ocular, causando
complicações no cristalino, levando em longo prazo a uma catarata profissional.
Na pele, o efeito causado é idêntico ao ocasionado pelos raios solares.
Geralmente, uma exposição, mesmo sendo rápida a estes raios, pode provocar
conjuntivite, que se manifestam algumas horas após a exposição.
Proteção dos olhos das radiações
Os olhos devem ser cuidadosamente protegidos contra os efeitos danosos do arco
elétrico. Para isso, utiliza-se o filtro de proteção (norma DIN 4647). Os níveis de
caracterização de segurança para a soldagem a arco elétrico são os seguintes:
Escala progressiva do nível de segurança:

APOSTILA III

Usar Óculos de Segurança com Protetores Laterais: Quando se solda, corta ou
goiva, quando se remove a escória de um cordão de solda ou quando se esmerilha
alguma peça partículas metálicas, respingos e fagulhas podem atingir os olhos sob
ângulos quaisquer de incidência. Nos processos semi-automáticos ou automáticos,
pontas de arame podem ferir gravemente. Usar os óculos de segurança inclusive por
baixo da máscara de soldar ou de qualquer protetor facial.
Qualquer pessoa dentro de uma área de soldagem ou corte, ou num raio de 20 m,
deve estar adequadamente protegida: A irradiação de um arco elétrico tem grande
alcance e partículas metálicas e respingos podem voar sobre distâncias
relativamente grandes.
Regras para a proteção da pele
Devido à emissão de raios ultravioletas e infravermelhos, arcos elétricos queimam a
pele da mesma maneira que o sol, porem muito mais rapidamente e com maior
intensidade. Os operadores, e em particular aqueles sensíveis à exposição ao sol
podem sofrer queimaduras na pele após breve exposição a um arco elétrico. Os
respingos de solda e as fagulhas são outras fontes de queimaduras.
A seguir as recomendações abaixo para garantir uma proteção segura contra a
irradiação de um arco elétrico e os respingos.
Não deixar nenhuma área de pele descoberta: Não arregaçar as mangas da camisa
ou do avental.
Usar roupa protetora resistente ao calor: gorro, jaqueta, avental, luvas e perneiras:
Roupa de algodão ou similares constitui uma proteção inadequada, pois além de ser
inflamável, ela pode se deteriorar em função da exposição às radiações dos arcos
elétricos.
Usar calçado de cano longo e estreito: Não usar sapatos baixos e folgados nos
quais respingos e fagulhas possam penetrar.

APOSTILA III
Usar calças sem bainha: Bainhas podem reter fagulhas e respingos. As pernas das
calças devem descer por cima das botas ou dos sapatos para evitar a entrada de
respingos.
Sempre usar roupa, inclusive de proteção, limpa: Manchas de óleo ou graxa ou
sujeira em excesso podem inflamar-se devido ao calor do arco.
Manter os bolsos, mangas e colarinhos abotoados: Fagulhas e respingos podem
penetrar por tais aberturas e queimar pelos e/ou pele. Os bolsos não devem conter
objetos ou produtos combustíveis tais como fósforos ou isqueiros.
Todas as regras acima se aplicam integralmente às manutenções preventivas e
corretivas dos equipamentos: Manutenções ou reparações somente devem ser feitas
por elementos habilitados devidamente protegidos e isolados do ponto de vista
elétrico; somente usar ferramentas isoladas, específicas para eletricidade. Proceder
à reparação de máquinas elétricas em local apropriado e devidamente isolado.

APOSTILA III
Regras para a Proteção da Audição
Usar Protetores de Ouvido: Certas operações de soldagem e corte ou goivagem
produzem ruídos de intensidade elevada e, eventualmente, longa duração.
Protetores de ouvido adequados, além de protegerem contra estes ruídos
excessivos, impedem que respingos e fagulhas entrem nos ouvidos.
REGRAS DE SEGURANÇA RELATIVAS AOS EQUIPAMENTOS

Sempre instalar e operar um equipamento de soldar ou cortar de acordo com a
orientação do seu Manual de Instruções. Alem da proteção ao pessoal de operação
e manutenção, o aterramento constitui uma proteção fundamental dos
equipamentos.
Sempre ligar uma máquina de soldar ou cortar à sua linha de alimentação através de
uma chave de parede: Esta chave deve ter fusíveis ou disjuntor de capacidade
adequada e poder ser trancada. Instalar um plugue na extremidade do cabo de
entrada da máquina. Se for necessário fazer manutenção da máquina no local de
trabalho, colocar uma etiqueta de aviso na chave geral para evitar que ela venha a
ser usada.
Sempre instalar e operar uma máquina de soldar ou cortar de acordo com as
orientações contidas no Manual de Instruções: Além da proteção ao pessoal de
operação e manutenção, o aterramento constitui uma proteção fundamental dos
equipamentos.
Operar os equipamentos estritamente dentro das características anunciadas pelo
fabricante: Nunca sobrecarregá-los.
Nunca usar uma máquina de soldar ou cortar com parte do seu gabinete removida
ou mesmo aberta: Além de tal situação ser potencialmente perigosa para o soldador
ou operador, a falta de refrigeração pode resultar em danos a componentes internos.
Nunca operar equipamentos defeituosos: Conservá-los em perfeito estado de
funcionamento, procedendo à manutenção preventiva periódica recomendada pelo
fabricante e à manutenção corretiva sempre que necessário. Em particular, todos os
dispositivos de segurança incorporados a um equipamento devem ser mantidos em
boas condições de trabalho.
Sempre manter um equipamento de soldar ou cortar afastado de fontes externas de
calor (fornos, por exemplo).
Máquinas de soldar ou cortar não devem ser utilizados em locais alagados ou poças
de água: Salvo quando projetados especialmente ou adequadamente protegidos (a
critério do fabricante), máquinas de soldar ou cortar não devem ser operadas em
ambientes corrosivos ou que tenham matérias oleosas em suspensão, ou nas
intempéries.
Depois de usar um equipamento de soldar ou cortar, sempre desligá-lo e isolá-lo da
sua linha de alimentação.


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APOSTILA III
SEGURANÇA EM PROCESSOS DE SOLDAGEM E CORTE OXI-GÁS

Geralmente todas as regras de segurança aplicadas aos processos de soldagem a
arco elétrico também são aplicadas aos processos de soldagem e corte oxi – gás
com algumas diferenças no que diz respeitos aos equipamentos utilizados nos
processos e fatores de proteção com relação à visão.

As operações de soldagem e corte envolve muito calor, emitem uma quantidade de
luz considerável e frequentemente são projetados respingos de metal quente. Os
soldadores necessitam então de proteção para o corpo, a cabeça e especialmente
para os olhos. Estas podem variar de acordo com o tipo de trabalho a ser realizado,
mas geralmente devem permitir liberdade de movimentos e ao mesmo tempo cobrir
adequadamente contra queimaduras e faíscas, respingos de solda, e da radiação do
arco. As roupas que usamos no dia a dia podem protegê-lo da exposição à radiação
ultra-violeta, que aparecem na forma de uma queimadura de pele, como por
exemplo, as queimaduras de sol.
Sob condições severas, entretanto, podem resultar em queimaduras sérias e câncer
de pele, quando se permanece exposto a radiação excessiva.
Devido a sua maior durabilidade e resistência ao fogo, roupas de couro são as mais
apropriadas para serem usadas. Tecidos sintéticos ( que podem derreter ou pegar
fogo quando expostos a calor extremo) ou algodão não devem ser usadas a não ser
que tenham sido especialmente tratadas para resistirem ao fogo. Se possível,
mantenha suas roupas limpas de graxa e óleo, pois estas substâncias podem pegar
fogo e queimar incontroladamente na presença de oxigênio.
Guia para seleção de lentes para proteção dos olhos dados obtidos ANSI/AWS
Z49.1-88

APOSTILA III

Cilindros de Gás
São vasos de pressão especialmente confeccionados com a finalidade de
acondicionar gases sob alta pressão.
Devido às altas pressões contidas nos cilindros, deve-se dar atenção especial a sua
identificação, transporte, armazenamento e uso.
Tanto o cilindro de oxigênio quanto o cilindro de acetileno são feitos em aço
especial, sendo que as paredes dos cilindros de oxigênio são mais espessas do que
as paredes dos cilindros de acetileno.
Os cilindros de gases como oxigênio, Co2, nitrogênio e misturas gasosas, são
confeccionados sem costura (sem solda ).
O acetileno é engarrafado em cilindros especiais com costura (são soldados), sendo
que, em seu interior, existe uma “massa porosa” contendo acetona. O gás dissolvese na acetona e fica retido nos poros da massa, sem perigo de explosão.
Com essa técnica, consegue-se engarrafar o acetileno em cilindros a uma pressão
de 20kgf/cm2.
Usar somente cilindros contendo o gás adequado para cada processo distinto.

Transporte
Os cilindros são vasos de pressão bastante resistentes, por isso pesam muito e
dentro deles há uma pressão considerável. Quando um cilindro cai, pode atingir
pessoas, causando-lhes sérios ferimentos. Se um cilindro cair de tal forma que a
válvula quebre, a parte solta pode ser expelida como um projétil, semelhante a uma
bala de arma de fogo, e pode atingir alguém em sua trajetória. O jato de gás, sob
alta pressão, se atingir pessoas pode feri-las gravemente, podendo ainda atingir

APOSTILA III
orifícios do corpo como boca, ouvido, nariz, etc. Ao transportar ou movimentar
cilindros deve-se ter em mente as seguintes medias de segurança:





Mantenha as mãos limpas, livres de óleo ou graxa.
Proteja os cilindros contra choques. Não os deixe cair ou sofrer impactos.
Transporte os cilindros sempre com o capacete de proteção da válvula.
Jamais transportá-los com ponte rolante presos a cabo de aço ou eletroimã,

Armazenagem








Os cilindros devem ser armazenados em local bem ventilado, protegidos de
chuva e raios solares. O local deve ser seco e as paredes devem resistir ao
fogo.
Cilindros de gases comburentes, como o oxigênio, não devem ser
armazenados no mesmo local que gases combustíveis, como o acetileno e o
hidrogênio. Na medida do possível, deve haver uma parede divisória entre
eles.
A área de armazenamento deve ser sinalizada com avisos de proibido fumar,
produção de faíscas ou chama aberta.
Junto à área de armazenamento não deve haver fios de alta tensão ou
instalações elétricas precárias.
Certifique-se que a válvula dos cilindros esteja bem fechada.

Manuseio








Nunca permita que o eletrodo, porta eletrodo ou qualquer outra porta eletrodo
ou qualquer outra parte eletricamente carregada toque o cilindro.
Nunca tente transferir gases de um cilindro para outro. Esta prática envolve
grandes riscos e inúmeros acidentes fatais têm ocorrido devido a essa prática.
Não provoque aumento de pressão do cilindro por meio de calor ou chama.
Não mantenha sobre o cilindro objetos que possam dificultar o rápido
fechamento da válvula.
Certifique-se de usar o gás certo, consultando o código de cores
Conforme norma ABNT NB-46 (Tabela 3) e a conexão conforme norma PB588.
Certifique-se que não haja sujeira no orifício de saída da válvula. Em

APOSTILA III



Caso de dúvida, abrir a válvula devagar, só para dar um jato de limpeza.
Nunca dirija este jato contra si próprio ou qualquer outra pessoa

Uso do cilindro de gás




Cilindros de gás somente devem ser usados estando na posição vertical
presos a um suporte, ou em carro-suporte adequado.
Não usar gases como ar comprimido para limpar peças ou locais de trabalho,
partida de motores ou qualquer outro serviço onde se use ar comprimido.
Não usar sobre o corpo para refrigerá-lo, pois o contato com qualquer
mancha de óleo, graxa ou gordura pode provocar ignição, quando se tratar do
oxigênio. O jato de qualquer gás dirigido para o corpo, quando sob pressão
relativamente baixa pode causar penetração de partículas sólidas em alta
velocidade. Quando se tratar de um gás inerte, pode causar asfixia.

Reguladores de Pressão
Os gases fornecidos em cilindros não podem ser utilizados à pressão que se
encontram dentro do cilindro. Com efeito, um cilindro de oxigênio cheio tem uma
pressão interior da ordem de 180Kgf/cm2, e o acetileno dissolvido na acetona tem
pressão de 20Kgf/cm2.Para o uso normal desses dois gases, a pressão de trabalho
é da ordem de:
- 1,5kgf/cm2 a 6,0Kgf/cm2 para o oxigênio;
- 0,3Kgf/cm2 a 1,0Kgf/cm2 para o acetileno.
Há, portanto, necessidade de um dispositivo - o regulador - que transforme a
pressão existente no interior do cilindro (alta pressão) em pressão adequada para
Cilindros de gás somente devem ser usados na posição vertical ou em carro-suporte
adequados o uso que se fizer do gás (baixa pressão).
Os reguladores são semelhantes em seu sistema de funcionamento, diferenciandose apenas nas suas dimensões, formas e características, de acordo com:












O tipo de gás
A pressão que vai ser reduzida
A pressão que vai manter na saída
O volume máximo a fornecer, mantendo a pressão constante
Os seguintes cuidados devem ser tomados ao se manusear reguladores de
pressão:
Nunca use óleo ou graxa no regulador, na conexão ao cilindro ou qualquer
outra peça que seja acoplada.
Não troque a conexão de entrada de um regulador com objetivo de usar a
válvula com um gás diferente
Nunca tente lubrificar o parafuso de regulagem. Isso não é necessário.
Não use reguladores com manômetros danificados.
Afrouxe totalmente o parafuso do diafragma antes de abrir o cilindro.
Limpe as conexões de entrada antes de acoplar o regulador em qualquer
local.


Página 21

APOSTILA III
Válvulas de segurança











É obrigatória a utilização de válvulas de segurança em equipamentos de
solda e corte como medida de prevenção de acidentes. Há normalmente dois
tipos de dispositivos de segurança: válvulas contra retrocesso de chama e
válvulas de contra-fluxo.
A válvula contra retrocesso de chama é um dispositivo para conexão aos
cilindros de gases combustíveis (acetileno, propano e GLP) e comburentes
(oxigênio). Seu funcionamento é previsto para baixas pressões e, portanto,
deve ser conectada após o regulador de pressão (figura 09). Essas válvulas
têm as seguintes funções:
Evitar o Contra Fluxo de Gases: O contra fluxo de gases pode ser ocasionado
por entupimento de bicos de maçaricos ou purga incorreta das mangueiras.
Uma válvula unidirecional é ativada para bloqueio de contra fluxo do gás.
Extinguir o Retrocesso de Chama: Um filtro sinterizado, normalmente em aço
inoxidável, tem a função de extinguir a chama do retrocesso, enquanto que o
fluxo de gás combustível é interrompido pela válvula unidirecional.
A válvula de contra fluxo têm a função de evitar a entrada de gás de um
sistema para outro, em caso de defeito no maçarico, ou mesmo por
entupimento do bico de solda ou de corte. Esse tipo de válvula deve ser
instalada nas conexões de entrada do maçarico.

Deve ser salientado que a válvula de contra fluxo de gases não tem a função de
evitar o retrocesso da chama entre o maçarico e o regulador de pressão.
A tendência atual no mercado é a utilização de válvula contra fluxo equipada com
um sinterizado de aço inoxidável, que tem a função de evitar o retrocesso de chama
além de impedir o contra fluxo de gases. São mais seguras, pois evitam acidentes
que poderiam ocorrer nas mangueiras de gases. É recomendado o uso simultâneo
de válvulas contra fluxo e retrocesso de chama no maçarico e válvulas contra
retrocesso de chama instalado junto aos reguladores de pressão.
Mangueiras
As mangueiras têm a finalidade de transportar os gases em baixa pressão dos
reguladores de pressão até o maçarico de solda ou corte. As mangueiras para uso
em soldagem, e corte são constituídas de camadas de borracha sobre uma trama
interna. São ainda identificadas por cores de acordo com o seu uso, sendo:

APOSTILA III
Os seguintes cuidados devem ser tomados ao manusear com as mangueiras:






Antes de sua instalação, purgá-las com gás para remover talco ou impurezas.
Não usar mangueiras acidentadas ou danificadas.
Não expô-las a óleo, graxa, peças aquecidas ou fogo.
Use sempre braçadeiras adequadas para conectar as mangueiras ao
maçarico e ao regulador de pressão.
Proteja as mangueiras contra rodas de equipamentos.

Maçaricos
O maçarico consiste, essencialmente, de um conjunto de tubos de gás e válvulas de
controle. Um dos tubos e uma das válvulas controla o suprimento de combustível e o
outro tubo e válvula controla o suprimento de oxigênio.
.
Os seguintes cuidados devem ser tomados ao se manusear com o maçarico:







Não esfregue o bico sobre qualquer superfície para desobstruí-lo; use a
agulha adequada para limpeza ou limpeza química.
Não use o maçarico como ferramenta, alavanca, etc.
Use as pressões recomendadas pelo fabricante.
Não utilize o maçarico de corte para solda ou aquecimento e vice-versa.
Não permita que pessoas não treinadas manuseiem o equipamento.
Não use fósforo ou chama direta para acender o maçarico.
Soldagem e Corte em Vasos e Containers Fechados

Quem já não ouviu falar de um colega que ao cortar com maçarico um barril, este
explodiu, projetando o soldador a metros de distância, e resultando em queimaduras
de primeiro, segundo e terceiro graus por todo o corpo ou mesmo a perda de
membros, principalmente mãos e braços. Infelizmente, este colega tornou-se um
mutilado devido a um acidente de trabalho e a não observação das regras básicas
de segurança.

APOSTILA III
É muito perigoso soldar ou cortar containers fechados em que foram armazenados
líquidos inflamáveis sem que precauções adequadas sejam tomadas. Uma explosão
dos vapores pode ser cauado pelo arco elétrico ou chama usada para soldagem ou
corte. O perigo está presente não somente em containers em que foram
armazenados líquidos voláteis como gasolina, querosene, como também outros
materiais tipo óleo de lubrificação, óleo diesel, parafina, amônia e muitos outros.
Se é necessário trabalhar em um vaso e não se tem conhecimento do seu conteúdo
interior, este deve ser tratado como se contivesse uma substância inflamável,
mesmo quando permaneceu vazio por um longo tempo.
Os métodos de prevenir acidentes deste tipo são:



Tornar o material não explosivo e não inflamável;
Remoção do material inflamável.
Tornar o Material não Explosivo e não Inflamável

Neste método, o ar do interior do container é trocado por um gás inerte ou por água
durante o tempo em que se desenvolve o trabalho. O gás inerte pode ser vapor,
nitrogênio ou dióxido de carbono. Este procedimento deve ser verificado e certificado
por pessoal competente e para trabalhos de longa duração, verificado em intervalos
regulares.
Aberturas no container devem ser fechadas de forma tal que o ar externo não possa
entrar em seu interior rapidamente e evitando que se forme excesso de pressão em
seu interior
O método de substituir o ar do interior do container por água é aplicável quando for
possível soldar abaixo da linha d'água ou for seguro deixar um pequeno espaço de
ar imediatamente, abaixo da parte que será aquecida. O espaço de ar ainda conterá
vapores inflamáveis, e este método deve ser usado somente quando o espaço de ar
é livre para ventilar com a atmosfera externa. Uma aplicação típica deste método é o
reparo de uma junta entre um tubo de alimentação e um tanque de combustível.
Como mostrado na Figura abaixo.

APOSTILA III
Os métodos que se seguem NUNCA devem ser usados:




Lavagem do vaso com água fria ou quente, ou permitir um jato d'água dentro
do vaso;
Limpeza do vaso com ar comprimido;
Limpeza do vaso com solventes tipos tricloretileno ou tetracloreto de carbono.
Remoção do Material Inflamável

Se não for possível encher o vaso com substância inerte, a alternativa é remover o
material inflamável por lavagem com vapor ou por imersão em água fervente.
Na lavagem com vapor, as tampas de entrada e saída e o plugue de drenagem
devem ser removidos do vaso. As ferramentas a serem usadas devem ser do tipo
que não produzem faíscas, como as que são feitas de bronze. O vaso deve ser
então esvaziado e colocado em posição tal que o vapor condensado possa escoar
de seu interior. A lavagem deve ser feita com vapor de baixa pressão interna. Uma
montagem antes para evitar aumento da pressão interna. Uma montagem típica é
mostrada na figura abaixo. A lavagem com vapor deve ser continuada até que a
atmosfera no vaso torne-se não explosiva.
Outro método é a imersão do vaso em água fervente. O vaso deve ser totalmente
aberto (usando ferramentas que não produzam faíscas), esvaziando tanto quanto
possível, e então imerso em água fervente. É recomendável o uso de um
desengraxante alcalino, mas este deve ser do tipo que não produza corrosão no
vaso. A imersão deve durar pelo menos meia hora, e períodos maiores quando
necessário.
Após a lavagem com vapor ou imersão em água quente, o vaso deve ser
cuidadosamente examinado e testado por pessoal qualificado.

Soldagem em containers fechados. Lavagem de um vaso com vapor de baixa pressão.

APOSTILA III
Soldagem e corte e aquecimento, principais ricos dos fumos e gases e
medidas de precaução

PROCEDIMENTOS DE PRONTO SOCORRO E EMERGÊNCIA
O pronto socorro consiste em um tratamento provisório aplicado em caso de
acidente ou doença. Um socorro imediato (dentro de quatro minutos) e adequado
pode ser a diferença entre uma recuperação completa, uma invalidez permanente ou
a morte.
Inalação de Gases
Trabalhadores com sintomas de exposição a fumos e gases devem ser levados para
uma área não contaminada e inalar ar fresco ou oxigênio. Caso a vítima esteja
inconsciente, quem prestar socorro deve eliminar os gases venenosos ou asfixiantes
da área ou usar equipamento apropriado de respiração antes de adentrá-la.

APOSTILA III
Remover a vítima para uma área não contaminada e chamar um médico. Administrar
oxigênio por meio de uma máscara se a vítima estiver respirando. Caso contrário,
praticar a reanimação cardiopulmonar, de preferência com administração simultânea
de oxigênio. Conservar a vítima aquecida e imobilizada.
Olhos Afetados
Caso a vítima use lentes de contato, removê-las. Irrigar os olhos com grande
quantidade de água por 15 min. Ocasionalmente, levantar as pálpebras para
assegurar uma irrigação completa. Aplicar um curativo protetor seco.Chamar um
médico.Requerer assistência médica para remover ciscos ou poeira. Em caso de
ferimento por irradiação de arco elétrico, aplicar repetidamente compressas frias (de
preferência geladas) durante5a10 min. Aplicar um curativo protetor seco. Chamar
um médico. Não esfregar os olhos.Não usar gotas ou colírio salvo se receitados por
um médico.

Irritação da Pele
Para os casos de contato da pele com produtos irritantes, molhar as regiões
afetadas com grandes quantidades de água e depois, lavar com água e sabão.
Retirar a roupa contaminada. Se as mucosas estiverem irritadas, molhar com água.
Lavar cortes e arranhões com água e sabão neutro. Aplicar um curativo seco e
esterilizado.
Queimaduras
Para queimaduras por calor, aplicar água fria numa bolsa de borracha ou similar. Se
a pele não estiver rompida, imergir a parte queimada em água fria limpa ou aplicar
gelo limpo para aliviar a dor. Não furar bolhas.Enfaixar sem apertar com faixa seca e
limpa.Chamar um médico.
Choques Elétricos
Quem prestar socorro deve primeiramente proteger a si mesmo com materiais
isolantes tais como luvas. Desligar o equipamento para eliminar o contato elétrico
com a vítima. Usar equipamento ou objetos isolantes se a pessoa que prestar
socorro tiver que tocar a vítima para retirá-la. Se a vítima não estiver respirando,
praticar reanimação cardiopulmonar assim que o contato elétrico for removido.
Chamar um médico. Continuar com a ressuscitação cardiopulmonar até que a
respiração espontânea tenha sido restaurada ou até que o médico tenha chegado.
Administrar oxigênio e manter a vítima aquecida.
Queimaduras por Eletricidade
Tratar queimaduras por eletricidade como queimaduras por calor. Aplicar
compressas frias ou geladas. Cobrir as feridas com curativo seco limpo.Chamar um
médico.


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APOSTILA III

Metalurgia de
soldagem


Página 28

APOSTILA III

2 METALURGIA DE SOLDAGEM
INTRODUÇÃO
A soldagem causa alterações bruscas e localizadas de temperatura no material
sendo soldado. Estas alterações podem provocar mudanças estruturais e,
consequentemente, nas propriedades do material.
A Degradação nas propriedades, com implicações na futura utilização da peça
soldada tem influencia determinante na qualidade do produto soldado.
Duas maneiras de se enfrentar este problema são:


Desenvolver materiais que sejam menos sensíveis à soldagem, isto é,
melhorar a "soldabilidade" dos materiais.



Controlar a operação de soldagem (e, possivelmente, executar operações
complementares) de modo a minimizar ou remover a degradação de
propriedades da peça.

Sendo assim metalurgia de soldagem consiste em estudar o efeito da operação de
soldagem sobre a estrutura e propriedades dos materiais para:




Obter informações que auxiliem no desenvolvimento de novos materiais
menos sensíveis à soldagem.
Determinar os parâmetros operacionais de soldagem de maior influência nas
alterações da estrutura e propriedades do material.
Desenvolver operações complementares, para minimizar a degradação de
propriedades, ou para reverter esta degradação.
ESCOPO DA METALURGIA DA SOLDAGEM
Parametros Operacionais : Corrente
tensão velocidade, etc. consumiveis,
gás, fluxos etc
Ciclo termico, velocidade de
aquecimentoe de resfriamento,
temperatura de pico, propriedades
do material

Tensões e Deformações

Geometria da solda largura,
penetração, área diluição etc.

Microestrutura: zonas fundida e
termicamente afetada etc.

Propriedades mecanicas, quimicas,
eletricas

APOSTILA III

RELAÇÃO ESTRUTURA E PROPRIEDADES
As Características dos metais têm grande influência de sua estrutura em várias de
suas propriedades.
A estrutura é determinada pelos “processamentos” sofridos pelo metal durante sua
fabricação – sua história.
Exemplo:
Variação do LE com a velocidade de resfriamento para um aço SAE 1080. (préaquecido a 900ºC por uma hora.)

A soldagem, sob certos aspectos:




Considerada como um violento tratamento térmico e mecânico.
Pode causar alterações localizadas na estrutura da junta soldada.
Capaz de afetar localmente as propriedades do material.

Comprometimento do desempenho em serviço da peça soldada deve ser
minimizado por:



Adequação do processo de soldagem ao material a ser soldado.
Escolha de um material (metal base e/ou consumíveis) pouco sensível a
alterações estruturais pelo processo de soldagem.

NÍVEIS ESTRUTURAIS
Estrutura compreende detalhes grosseiros (macroestrutura) até a organização
interna dos átomos (estrutura eletrônica).
Metalurgia física: interessa-se



Pelo arranjo dos átomos que compõem as diversas fases de um metal
(estrutura cristalina)
Pelo arranjo dessas fases (microestrutura).

APOSTILA III

ESTRUTURAS CRISTALINAS
Os metais são sólidos cristalinos, onde seus átomos no estado solido estão
arranjados numa ordem de longo alcance de maneira a formar uma estrutura
cristalina. Isto ocorre, pois seus átomos se organizam em um arranjo espacial
repetitivo e que surge de forma progressiva durante o processo de solidificação. Os
átomos vibram e apenas em torno de suas posiçãoes de equilíbrio, posições fixas na
rede cristalina.
No estado liquido os metais não possuem arranjo atômico, porem a medida que a
temperatura do metal liquido em dado processo de resfriamentos se aproxima do
ponto de solidificação vai se formando um certo arranjo atômico numa ordem de
curta distância em que a estrutura apresenta-se bastante similar a do solido.
Então o metal começa a solidificar-se e a formar um arranjo atômico especifico para
aquele metal ou liga metálica que naquela temperatura e velocidade de resfriamento
lhe é peculiar. Esse aspecto será mais detalhado quando do estudo dos diagramas
de fase e equilíbrio.
Dessa maneira a estrutura cristalina é formada por repetição ou formação periódica
de um arranjo de átomos, ainda que distantes uns dos outros – distância
interatômica.
As estruturas cristalinas mais comuns e seus respectivos metais estão listados na
tabela abaixo.
CFC
Ferro γ
Alumínio
Chumbo
Cobre
Níquel
Ouro
Platina
Cobalto β

CCC
Cromo
Ferro α
Molibdênio
Tungstênio
Tântalo
Vanádio
Titânio
Nióbio

HC
Titânio α
Zinco
Cobalto α
Cádmio
Zircônio
Magnésio
---------------------------

APOSTILA III
O estudo das estruturas cristalinas dos metais é facilitado através da configuração e
células unitárias apresentadas em forma do menor paralelepípedo referenciado a
três eixos coordenados que representam a simetria da estrutura. Os átomos são
apresentados como esferas rígidas cujo os centros coincidem com os vértices/faces
deste outro paralelepípedo, chamado célula unitária. Alguns átomos podem também
ocupar outras posições, também de equilíbrio na estrutura cristalina.
Entre as diversas, as principais estruturas cristalinas são:





Cúbica de face centrada (CFC)
Cúbica de corpo centrado (CCC)
Hexagonal compacta (HC)
Tetragonal de corpo centrado (TCC)

Cúbica de face centrada (CFC)
Na estrutura cristalina cúbica de face concentrada, a célula unitária possui formato
de um cubo e os átomos estão organizados localizados no centro de cada uma das
faces deste cubo (um átomo por face) e um átomo por vértice do cubo conforme as
figuras abaixo.

Possui 4 atomos por celula unitaria (1/8 x 8) + (1/2 x 6) = 4. Apresenta o maior
numero de planos de maior densidade atomica , de tal modo que os metais que
apresentam esse sistema tem maior tenacidade que os metais do sistema CCC
Cubica de corpo centrado
Na estrutura cristalina cubica de corpo centrado, a celula unitaria possui formato de
um cubo eos atomos estão localizados nos vertices do cubo ( um atomo por vertice )
e um atomo localizado no centro do cubo conforme figura a seguir.

Possui dois átomos por célula unitária: ( 1/8 x 8 ) + 1 = 2

APOSTILA III
Hexagonal compacta (HC)
Na estrutura cristalina hexagonal compacta, a célula unitária possui um formato de
um prisma hexagonal e os átomos estão localizados nos vértices deste
hexágono(um átomo por vértice ), um átomo localizado no centro de cada uma das
duas bases ( superior e inferior ) do prisma hexagonal, e três átomos localizados no
centro de cada prisma triangular alternados ( formando um plano entre as faces
superior e inferior do prisma hexagonal), conforme figura abaixo:

Possui 6 átomos por célula unitária [ ( 1/6 x 12) + ( 1/2 x 2 ) + (1 + 3)] = 6
Tetragonal de corpo concentrado ( TCC )
Na estrutura cristalina tetragonal de corpo concentrado a célula unitária possui
formato tetraédrico ( prisma reto de base quadrada), onde os átomos estão
localizados nos vértices deste tetraedro ( um átomo por vértice ) e um átomo
localizado no centro do tetraedro conforme figura abaixo.

A célula unitária tetraédrica se difere da estrutura cúbica. A Martensita, uma
microestrutura obtida através do resfriamento rápido da Austenita (Fe γ ) apresenta
esta configuração da célula unitária

ALOTROPIA DO FERRO
A alotropia é a característica de um elemento químico apresentar duas ou mais
estruturas cristalinas, dependendo da temperatura e pressão.

APOSTILA III
Transformação alotrópica é a mudança de uma variedade alotrópica em outra que
envolve ganho ou perda de energia.
Constituintes Alotrópicos Do Elemento Fe
Constituinte
Ferrita
Austenita
Ferrita Delta

Temperatura
Ate 910º c
De 910ºc a 1390ºc
De 1390ºc a 1534ºc

Forma alotrópica
Ferro α
Ferro γ
Ferro δ

Estrutura
cristalina
CCC
CFC
CCC

DIAGRAMA DO FERRO

ANALISANDO A FIGURA ACIMA
LIQUIDO ---------------- SOLIDO ( AUSTENITA OU FERRITA DELTA )
FERRITA DELTA----- AUSTENITA
AUSTENITA ----------- FERRITA
AUSTENITA------------ FERRITA E CEMENTITA
AUSTENITA------------ CEMENTITA + PERLITA

APOSTILA III
LIGAS METALICAS FASES
Quando os elementos químicos, metálicos ou não são adicionados ao metal puro
( elemento solvente ), temos uma liga metálica. É o caso, por exemplo, do carbono
no ferro. As ligas ferrosas com ate 2,06% de carbono são denominadas aços as
ligas ferrosas com 2,06 % de carbono ou mais se denominam ferros fundidos.
O elemento puro ferro é o solvente enquanto o carbono é o elemento soluto. A
estrutura cristalina principal é a do ferro puro, já que é o elemento de maior teor.
Uma conseqüência imediata de adição de átomos de soluto (carbono), isto é,
átomos de natureza diferente da estrutura cristalina do metal puro ( ferro ) é a
distorção da estrutura cristalina. Caso esta distorção torne mais difícil o
deslocamento dos átomos, a liga metálica formada estará mais resistente.
Por definição, fase é toda porção física ou quimicamente homogênea de um sistema
delimitado por uma superfície de separação chamada interface; por exemplo, gelo
e água.
Em metalurgia, no entanto esta definição e extremamente rígida, já que na ausência
de equilíbrio podem ocorrer variações de composição química no domínio da fase.
As fases podem ser:




Solução solida
Composto químico
Mistura mecânica

SOLUÇÃO SOLIDA
Temos uma solução solida quando o elemento soluto adicionado passa a fazer
parte integrante da fase sólida, respeitando o limite de solubilidade cristalina do
solvente mistura homogênea.
Analogamente os metais considerados como puros,( metal comercia ), na realidade
contem elementos residuais ou impurezas que tendem a alterar suas características
originais.
Solução Solida Substitucional

Ocorre quando um átomo do soluto substitui um átomo do solvente na estrutura
cristalina ate atingir o limite de solubilidade solida sem alterar significativamente o
arranjo cristalino.
Os átomos apresentam dimensões semelhantes e os elementos possuem
normalmente a mesma estrutura cristalina. O limite de solubilidade solida varia com
a temperatura e essa variação pode ser vista através de diagramas de equilíbrio ou
de fase.


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APOSTILA III
Solução Solida Intersticial
Ocorre quando pequenos átomos do soluto se localizam nos interstícios entre
átomos maiores do solvente.
Um exemplo bem conhecido é a solução solida de carbono C no Ferro Gama ( Fe γ)estrutura CFC – denominado AUSTENITA, com máxima solubilidade de 2,06%de C
a 1147º c e estável acima de 723º c, com teor de C variando conforme a composição
da liga (Fe – C) ou (Fe – Fe3C) e com a temperatura. É tenaz, apresentando boa
resistência mecânica e ductilidade.
Da mesma forma a solução solida de C no (Fe α) denominada FERRRITA
apresenta máxima solubilidade de 0,025% de C a 723º c apresenta baixa dureza e
resistência a tração e boa ductilidade podendo ser prejudicado por um tamanho
excessivo do grão bem como pela sua morfologia.
COMPOSTO QUÍMICO
É a fase constituída por átomos entre dois ou mais elementos químicos numa
proporção constante a qualquer temperatura e no domínio da fase.
Nas ligas ferrosas temos a CEMENTITA (Fe3C) com 6,67% de C, estrutura cristalina
ortorrômbica com 12 átomos de Fe e 4 átomos de C, por célula unitária. Apresenta
dureza de aproximadamente 800 HB e é bastante frágil. Capaz de dissolver outros
elementos ( Mn, Cr, Mo etc. ) dando origem a carbonetos complexos.
MISTURA MECÂNICA
E o constituinte formado por duas fases que se interagem mecanicamente segundo
o processo de cinética de sua formação. Cada fase permanece com suas
características individuais enquanto que as do constituinte são proporcionais a
fase
mais preponderante. Vista ao microscópio metalográfico apresenta-se
geralmente na forma de lamelas.
A PERLITA no aço é no caso dos aços uma mistura mecânica de 88% de Ferrita
( Fe α ) e 12% de CEMENTITA (Fe3C) formada a partir da decomposição da
AUSTENITA (Fe γ ) com 0,8% de C. Em condições de equilíbrio resfriamento bem
lento essa transformação se dá a temperatura EUTETÓIDE correspondendo
a 723º c no diagrama de fase Fe – Fe3C.
NUCLEAÇÃO
Como já comentado anteriormente os metais líquidos, não possuem estrutura
cristalina, seus átomos estão distribuídos aleatoriamente, em função do seu estado
físico ( temperatura e pressão ).
Para que ocorra o processo de solidificação é necessário que haja um super
resfriamento do metal. A partir daí a solidificação ocorre em duas etapas: nucleação
e crescimento de cada núcleo cristalino.
A solidificação de um metal ou liga a partir do estado liquido Pode ser descrito como
um processo embrionário, pois é a partir desses embriões sólidos que os primeiros
núcleos ou germes cristalinos são formados.


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APOSTILA III
Os embriões sólidos aparecem no meio liquido a medida que o metal que o metal ou
liga se aproxima da temperatura de solidificação. A partir dos embriões estáveis os
núcleos são formados; é a etapa da nucleação homogênea.
Todavia, na pratica, os núcleos se formam preferencialmente nas superfícies mais
exteriores do metal, que estão juntas na parede do molde ou lingoteira; assim como
sobre substancias puras não metálicas ou metálicas de mais alto ponto de fusão.
Para um dado volume de metal a medida que a porção solidificada aumenta, a
porção liquida diminui de forma proporcional, então passo a passo novos átomos da
fase liquida vão se agregando ao metal solidificado. É a etapa de crescimento.
Formam-se as Dentritas com seus eixos principal e secundário.
CONTORNO DO GRÃO
Contorno de grão é o limite ou fronteira entre grãos. Os grãos são formados a partir
dos núcleos iniciais que ao crescerem encontram outros núcleos iniciais, que
também cresceram então é criado um limite entre eles, o qual é denominado
contorno do grão.
Os contornos de grão são considerados imperfeições cristalinas, porque eles
representam interrupções no arranjo uniformes dos átomos.
Os átomos ao longo do contorno apresentam um maior nível energético,-energia
potencial- que os átomos do interior de cada grão tornando-os mais reativos e com
maior poder de difusão.
Tamanho Do Grão e Propriedades Mecânicas
As propriedades mecânicas dependem fortemente do tamanho do grão do metal.
Um metal que apresenta tamanho do grão pequeno terá melhor resistência à tração
a temperatura ambiente, pois os contornos do grão tendem a inibir a deformação de
grãos individuais quando o material esta submetido a esforços de tensão.
Porem em temperaturas elevadas, sendo a movimentação atômica favorecida
principalmente nos contornos de grão e em áreas tensionadas a resistência do
material será menor.
Como resultados são preferidos materiais com o tamanho do grão pequeno para
aplicações em baixas temperaturas e temperatura ambiente. Por outro lado
materiais com o tamanho do grão grande ( grosseiro ) são desejáveis para serviço
em temperaturas elevadas.
Metais e ligas metálicas com tamanho do grão pequeno, geralmente possuem
melhor resistência a tração, melhor tenacidade e melhor resistência a fadiga.
IMPERFEIÇÕES CRISTALINAS
A estrutura cristalina não é tão perfeita quanto possa parecer a primeira vista; ela
apresenta uma serie de imperfeições.
a) Defeitos localizados: átomos deslocados, falta de átomos ( lacunas ) etc.
b) Defeitos em linha: quando envolve a aresta de um plano extra de
átomos; são as discordâncias. Estas têm grande importância no
mecanismo de formação plástica das estruturas sujeitas a fadiga.
Decorrem principalmente do processo de solidificação do metal, bem
como de deformações e tensões residuais impostas ao metal.


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APOSTILA III
c) Imperfeições de contorno: superfície externa e contorno do grão –
quando ocorrem entre cristais (grãos adjacentes ou na superfície
externa dos cristais ou da peça)
Apesar de um material possuir uma ou mais fases presentes, ele contem muitos
grãos com diferentes tamanhos, orientações e formatos mais ou menos irregulares
devido ao processo de solidificação e pela presença dos grãos vizinhos.
Portanto grãos são cristais individuais, onde os átomos do metal estão arranjados
segundo um único modelo e uma única orientação caracterizada pela célula unitária.
Cada grão resulta de um processo de nucleação e crescimento dos primitivos
embriões cristalinos, processo esse que ocorre durante a solidificação do metal,
mudança de fase ou refino do grão.
Nos contornos de grão podem ser encontrada elevada concentração de impurezas,
prejudicando certas propriedades mecânicas, por exemplo: ductilidade e tenacidade.
Isto cria condições favoráveis a nucleação de uma nova fase, nas transformações no
estado solido da mesma, forma que favorece a difusão.
DICORDANCIAS
Como já citado os defeitos em linha são chamados de discordâncias. Estas podem
ser em cunha, em hélice, etc. e se caracterizam pela falta de planos atômicos no
reticulado cristalino.
Existe um campo de tensões elásticas ao redor das discordâncias, ocorrendo o seu
movimento( deslocamento ) quando são aplicados esforços externos. Desse modo
no processo de deformação as discordâncias podem se movimentar na estrutura
cristalina ate atingir a superfície do cristal, onde pode ocorrer o seu aniquilamento ou
empilhamento.
DIFUSÃO
Difusão é o fenômeno que ocorre no estado solido em etapas, através do transporte
de matéria ( energia massa ) pela movimentação dos átomos na estrutura cristalina.
É um processo ativado termicamente.
Para que este transporte ocorra, é necessária a existência de interstícios e energia
suficiente para que o átomo possa movimentar para uma nova posição de equilíbrio.
Esta energia decorre da maior vibração dos átomos obtida por exemplo pelo
aumento de temperatura ou aplicação de um campo magnético.
Para que a difusão ocorre é necessário que tenha átomos de soluto em solução
solida numa matriz de átomos solvente ( soluto material que esta sendo dissolvido
na matriz ), essa solução pode ser considerada substitucional ou intersticial como já
visto anteriormente.
Quando o átomo deixa sua posição de estabilidade no reticulado cristalino e
desloca-se para a posição em seu lugar pode ficar vazio ( lacuna ) ou sua posição
pode ser ocupada por qualquer outro átomo.


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APOSTILA III
Como o aumento da temperatura do metal no estado solido gera um aumento da
vibração dos átomos na sua posição de equilíbrio, quanto maior a temperatura maior
será a difusão, ou seja é um processo ativado termicamente.
FASES PRESENTES NOS AÇOS
Os aços são ligas de Fe e C (até 2%) contendo outros elementos como:



Impurezas: Resultantes do processo de fabricação.
Elementos de liga: intencionalmente adicionados.

De acordo com o teor de elementos de liga, os aços são subdivididos:





Aços carbono.
Aços baixa-liga (teor de elementos de liga inferior a 5%).
Aços média-liga (entre 5 e 10%).
Aços alta-liga (acima de 10%).

FASES PRESENTES NO AÇO RESFRIADO LENTAMENTE.
Altas temperaturas:



AUSTENITA: solução sólida de C, Fe e outros elementos.
Estrutura tipo CFC.

Durante o resfriamento: (aços < 0,8%C):



AUSTENITA transforma-se em FERRITA.
FERRITA: solução sólida C,Fe, estrutura CCC.

Abaixo de 727 Célsius:



AUSTENITA transforma-se em PERLITA.
PERLITA: mistura de FERRITA E CEMENTITA.

FERRITA:





Constituinte macio, dútil, e em geral, tenaz.
Tenacidade depende da temperatura.
Frágil a baixas temperaturas.
Transição dútil-frágil depende da composição e morfologia (tamanho de grão)


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APOSTILA III
PERLITA:




Constituinte mais duro e de menor tenacidade.
Quantidade aumenta com o teor de carbono.
Aço com 0,8%C, resfriado lentamente, é 100% PERLÍTICO

(a) Aço Hipoeutetóide, com 0,45%C.
500X. FERRITA mais PERLITA.

(b) Aço Eutetóide, com 0,8% C. 500X.
PERLITA.

(c) Aço Hipereutetóide, com 0,95% C.
1000X. CEMENTITA mais PERLITA.

FASES METAESTÁVEIS
Quando as transformações ocorrem em condições de equilíbrio (resfriamento lento).
Quando se aumenta a velocidade de resfriamento:





Transformações se afastam do equilíbrio e a granulação se torna mais fina.
Reduz a temperatura de transformação da Austenita.
Menor mobilidade atômica e maior dificuldade para formação da Perlita.
Fases não previstas no diagrama de equilíbrio serão formadas.

APOSTILA III

Microestrutura de um aço Hipoeutetóide em função de sua velocidade de
resfriamento a partir do campo Austenítico.
Microestrutura de um aço baixo carbono
resfriado rapidamente, constituída de
Martensita.
Martensita:
Fase metaestável, não prevista no
diagrama Fe-C.
Estrutura cristalina tetragonal de corpo
centrado.
Morfologia de lâminas ou agulhas.
Maior dureza e mais frágil que os aços
comuns.
Ataque: Nital.
Aumento: 200x.
OUTRO MICROCONSTITUINTE DOS AÇOS A BAINITA
Aspecto morfológico da Bainita – formada em temperaturas inferiores à Perlita,
constitui-se de finos agregados de placas ou agulhas de Ferrita com partículas de
Fe3C.

APOSTILA III

Bainita superior(550 - 400°C)

Bainita inferior(400 - 250°C)

A morfologia acicular da Bainita é facilmente confundida com a Martensita na
observação por Microscopia Ótica Ataque: picral 4% + nital 2%
EFEITO DA VELOCIDADE DE RESFRIAMENTO
As transformações do item anterior pressupõem velocidades de resfriamento
bastante baixas, de forma que todos os rearranjos atômicos possam se completar.
Mudanças significativas podem acontecer se o aço, sob temperatura acima de
727°C, for bruscamente resfriado. As transformações podem não se completar e
outras podem ocorrer, afetando sensivelmente as propriedades mecânicas.
O gráfico abaixo é um exemplo típico, para um aço eutetóide, considerado
inicialmente em temperatura na região da austenita (acima de 727°C) e bruscamente
resfriado. Exemplo: se rapidamente resfriado para 500°C e mantido nesta
temperatura, a transformação da austenita começará em t0 e terminará em t1. Ou
melhor, a curva vermelha marca o início da transformação e a azul, o término.

APOSTILA III
De 700 até cerca de 560°C há formação de perlita, tanto mais fina (e dura) quanto
menor a temperatura.
De 560 até cerca de 200°C há formação de bainita (ferrita mais carboneto de ferro
fino), de dureza maior que a perlita anterior e, de forma similar, mais dura em
temperaturas mais baixas.
Entretanto, na faixa de 200°C, há formação de uma nova estrutura, a martensita, em
forma de agulhas e bastante dura (superior às anteriores).
A formação da martensita é o princípio básico da têmpera dos aços, isto é, o
tratamento térmico para aumentar a dureza. Entretanto, nem todos os aços admitem
têmpera. Em geral, somente com teor de carbono acima de 0,3% e velocidade de
resfriamento alta.
NA SOLDAGEM POR FUSÃO
A velocidade de resfriamento será função:
Da energia usada por unidade de comprimento (aporte de calor).
Da temperatura inicial da peça.
Da espessura e geometria da chapa.
 Muito maior que as consideradas em diagramas de equilíbrio.
 Muito provável a formação de fases frágeis.
EFEITO DA ADIÇÃO DE 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 outra fase. a maioria dos elementos de liga
reduz a velocidade de transformação da austenita ou, em outras palavras, aumenta
a sua temperabilidade. Este efeito pode ser diferente para os diversos constituintes
e, portanto a adição de elementos de liga pode favorecer a formação de um
constituinte, em prejuízo de outro.
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
aumentada e sua ductilidade diminuída.
MECANISMOS DE AUMENTO DA RESISTÊNCIA MECÂNICA
A resistência mecânica dos aços pode variar enormemente, de cerca de 200 ate
2000 MPa. Como em outros metais, existem para os aços diversos mecanismos de
endurecimento, dos quais podemos citar: deformação a frio, formação de solução
sólida e refino de grão. Destes o refino de grão é particularmente importante por
produzir, simultaneamente, uma melhoria de ductilidade e tenacidade.


Página 43

APOSTILA III
CONSIDERAÇÕES DURANTE A SOLDAGEM
FLUXO DE CALOR
A maioria dos processos de soldagem por fusão é caracterizada pela utilização de
uma fonte de calor intensa e localizada. Por exemplo, na soldagem a arco, têm-se
uma intensidade da ordem de 5 x 108 W/m2. Esta energia concentrada pode gerar,
em pequenas regiões, temperaturas elevadas, altos gradientes térmicos (102 a 103
oC/mm), variações bruscas de temperatura (de ate 103 oC/s) e, conseqüentemente,
extensas variações 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 a junta e dissipação deste calor pela peça.
Na primeira etapa, para soldagem a arco, pode-se considerar o arco como uma
única fonte de calor, definido por sua energia de soldagem, isto é:
E=?.V.I/v,
Onde:
E = Energia de soldagem, em J/mm;
? = Eficiência elétrica do processo;
V = Tensão no arco, em V;
I = Corrente de soldagem, em A;
v = Velocidade de soldagem, em mm/s
A energia de soldagem é uma medida da quantidade de calor cedida a peça,
por unidade de 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 diferentes pontos, devido à soldagem, pode ser estimada teórica ou
experimentalmente.
Um ponto localizado próximo à junta experimentará uma variação de temperatura,
devido à passagem da fonte de calor, como mostra a figura abaixo, esta curva é
chamada de "ciclo térmico de soldagem”.

APOSTILA III
São características importantes do ciclo térmico de soldagem:
a) (Temperatura de pico (Tp)), temperatura máxima atingida no ponto. Tp diminui
com a distancia ao centro da solda, e indica a extensão das regiões afetadas pelo
calor de soldagem;
b) Tempo de permanecia (tp) acima de uma temperatura critica, tempo em que o
ponto fica submetido a temperaturas superiores a uma temperatura mínima para
ocorrer uma alteração de interesse, chamada temperatura critica (Tc);
c) Velocidade de resfriamento, definida pelo valor da velocidade de resfriamento a
uma determinada temperatura T, ou pelo tempo necessário (?t) para o ponto resfriar
de uma temperatura (T1) a outra (T2).

Os ciclos térmicos de soldagem e a repartição térmica dependem de diversas
variáveis entre elas:


Tipo de metal de base: quanto maior a condutividade térmica do material
maior a velocidade de resfriamento;



Geometria da junta soldada: 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, as juntas em T tendem a resfriar mais
rapidamente.

APOSTILA III



Espessura da junta: até uma espessura limite, a velocidade de resfriamento
aumenta com a espessura da peça. Acima deste limite, a velocidade de
resfriamento independe da espessura.



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.

Direções para escoamento do calor em juntas (a) de topo (b) em T

MACROESTRUTURA DE SOLDAS POR FUSÃO
A figura abaixo mostra que uma solda por fusão apresenta três regiões básicas:
a) Zona Fundida (ZF): região onde o material fundiu-se e solidificou-se durante a
operação de soldagem. As temperaturas de pico nesta região foram superiores a
temperatura de fusão do material (Tf);
b) Zona Termicamente Afetada (ZTA) ou Zona Afetada pelo Calor (ZAC): região não
fundida do metal base que teve sua microestrutura e/ou propriedades alteradas pelo
ciclo térmico de soldagem. As temperaturas de pico foram superiores a temperaturas
criticas para o material em questão;
c) Metal de Base (MB): região mais afastada do cordão de solda e que não foi
afetada pelo processo de soldagem. As temperaturas de pico são inferiores a
temperaturas criticas para o material.
O ciclo térmico de soldagem determina, em grande parte, as alterações estruturais
que uma dada região do material pode sofrer devido ao processo de soldagem.

APOSTILA III
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 oC, no caso dos 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 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
escorias 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 escoria ou vice-versa e a volatilização de
elementos de maior pressão de vapor (por exemplo, Zn, 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" (D), como definida abaixo:

A diluição pode ser medida em macrografias de seção transversal de soldas, como
mostra a figura abaixo. Seu valor pode vaiar entre 100% (soldas sem metal de
adição) e 0% (brasagem).
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 carbono e o enxofre.

Na parte posterior da poça de fusão, a temperatura cai até a temperatura de inicio
de solidificação do material. Esta queda de temperatura faz com que diversas
reações que ocorreram nas regiões mais quentes ocorram agora em sentido
contrario, o material pode ficar supersaturado de gases em solução, como
hidrogênio e o nitrogênio, devido à redução de sua solubilidade com a queda de

APOSTILA III
temperatura e a solidificação, a evolução destes gases pode gerar porosidade na
solda.
A solubilidade do oxigênio também cai com a temperatura e este passa a reagir com
outros elementos. O produto destas reações pode ser um gás (por exemplo, C + O CO(g), no aço), que pode causar porosidade; um sólido ou um líquido insolúvel na
poça que, se for capturado pela frente de solidificação, resultara em inclusões na
solda. A formação de porosidades 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 escoria) e das composições do metal de base e adição.
SOLIDIFICAÇÃO DA POÇA DE FUSÃO
Em soldagem o fenômeno de solidificação, embora seja semelhante ao de um
lingote ou peça fundida, guarda características que lha são próprias:
CRESCIMENTO EPITAXIAL
A formação de novos grãos não é um evento na solidificação em soldagem. Ao
contrario do lingote ou peça fundida, a solda se forma pelo crescimento de grãos do
metal de base que estão na interface sólido-líquido. Este fenômeno, chamado de
“crescimento epitaxial”, assegura a continuidade metálica entre a ZF e o metal de
base.
CRESCIMENTO COMPETITIVO
Como a “facilidade de crescimento” de um cristal dependente de sua orientação em
relação ao fluxo de calor, a solidificação de vários cristais aleatoriamente orientados
causa uma seleção, isto é, os cristais orientados desfavoravelmente tendem a para
de crescer. Este fenômeno ocorre em soldagem e pode ser responsável por um
certo grau anisotropia da ZF.
SEGREGAÇÃO
Devido às elevadas velocidades de solidificação em soldagem, a segregação ocorre
em menor escala do que em um lingote. Esta segregação, contudo, é suficiente para
causar variações localizadas de microestrutura, propriedades e mesmo problemas
de fissuração, particularmente no centro do cordão.
Como As peças fundidas em geral, a ZF é caracterizada por uma estrutura primaria
de grãos colunares e grosseiros. Este tipo de estrutura confere baixa tenacidade ao
material.
FORMAÇÃO DA ESTRUTURA SECUNDARIA
Após a sua solidificação, a ZF pode sofrer ainda alterações até o resfriamento final à
temperatura ambiente. Estas alterações podem incluir, por exemplo, o crescimento
do grão, a formação de carbonetos, nitretos, fases intermetálicas, etc. e a
transformação de uma fase em outra(s). Nos aços doces e aços de baixa-liga, por
exemplo, a poça de fusão normalmente se solidifica como ferrita delta, que logo se
transforma em austenita. Por sua vez, esta pode se transformar em uma única fase
ou em uma mistura complexa de constituintes, em função de fatores como tamanho


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APOSTILA III
do grão austenitico, composição química, velocidade de resfriamento e composição,
tamanho e quantidade de inclusões.
Em soldagem com vários passes, a microestrutura é mais complexa devido ao efeito
refinador (em aços transformáveis) de um passe sobre os imediatamente anteriores.
As propriedades finais da ZF dependerão de sua estrutura final, incluindo as
microestruturas de solidificação e a secundaria, e a presença de descontinuidades.
CARACTERÍSTICAS DA ZONA AFETADA TERMICAMENTE
As características da ZTA dependem fundamentalmente do tipo de metal de base e
do processo e procedimento de soldagem, isto é, do ciclo térmico e da repartição
térmica.
De acordo com o tipo de metal que esta sendo soldado, os efeitos do ciclo
térmico,poderão ser os mais variados. No caso de metais não transformáveis (por
exemplo, alumínio), a mudança estrutural mais marcante será o crescimento do
grão.
Em metais transformáveis, a ZTA será mais complexa. No caso de aços carbono e
aços baixa-liga, está apresentará regiões características.
REGIÃO DE CRESCIMENTO DE GRÃO
Compreende a região do metal de base, mais próxima da solda, que foi submetida a
temperaturas próximas da temperatura de fusão. Nesta situação, a estrutura
austenistica sofre um grande crescimento de grão. Este crescimento dependerá do
tipo de aço a da energia de soldagem (processos de maior energia resultarão em
granulação mais grosseira). A estrutura final de transformação dependerá do teor de
carbono e de elementos de liga em geral, do tamanho de grão austenistico e da
velocidade de resfriamento. Aumentando-se qualquer um dos fatores a
temperabilidade da região aumentará. De um modo geral, esta região é
caracterizada por uma estrutura grosseira, com placas de ferrita, podendo conter
perlita, bainita ou martensita. Esta região é a mais problemática da ZTA de um aço,
podendo ter menor tenacidade e ate apresentar problemas de fissuração.
REGIÃO DE REFINO DE GRÃO
Compreende a porção de junta aquecida a temperaturas comumente utilizadas na
normalização dos aços (900 a 1000 oC). Após o processo de soldagem, esta região
é caracterizada, geralmente, por uma estrutura fina de ferrita não sendo
problemática na maioria dos casos.
REGIÃO INTERCRÍTICA
Nesta região, a temperatura de pico varia entre 727ºC sendo caracterizada pela
transformação parcial da estrutura original do metal de base.
Regiões mais afastadas do cordão de solda, cujas temperaturas de pico foram
inferiores a 727ºC, apresentam mudanças microestruturais cada vez mais
imperceptíveis.


Página 49

APOSTILA III
DIAGRAMAS DE FASE
Os diagramas de fases são representações gráficas que indicam, para diferentes
temperaturas, pressões e composições, quais as fases presentes num sistema
material.
A maior parte dos diagramas de fases são construídos admitindo condições de
equilíbrio e são utilizados para compreender e prever muitos aspectos do
comportamento dos materiais.
As ligas ferro-carbono ainda hoje representam os materiais de maior utilização
prática. Isto se deve ao fato de que estas ligas podem apresentar uma grande
variação nas suas propriedades pela simples variação na quantidade de carbono e
ainda possibilitam que se tenha uma gama maior de propriedades se considerarmos
a possibilidade de deformação plástica e os tratamentos térmicos. A base para que
este material tenha estas características está principalmente atrelado ao fato de que
o ferro puro apresenta transformação alotrópica e que o carbono forma uma solução
sólida intersticial com o ferro. Isto conduz a uma série de possibilidades de
transformações, cada uma com suas microestruturas típicas, resultando na grande
variação das propriedades. As transformações em uma liga ferro-carbono são
influenciadas basicamente pela temperatura e pelo teor de carbono. Se
considerarmos apenas este dois fatores poderemos montar um mapa das
transformações que irão ocorrer, o qual será chamado de diagrama de equilíbrio.
Nesta representação podemos ver as fases que estarão presentes para cada
temperatura e composição e também os pontos que são fundamentais para a
compreensão das transformações. A seguir faremos algumas considerações a
respeito do diagrama.

APOSTILA III

Em primeiro lugar deve ser observado que o diagrama vai somente até 6,69% de
carbono. Isto se deve ao fato de que as ligas acima deste teor não têm qualquer
importância comercial. Em segundo lugar deve ficar claro que as ligas comerciais
não são constituídas apenas por ferro e carbono, mas podem ter em sua
composição outros elementos de liga além de pequenas quantidades de impurezas
que são inerentes ao processo de obtenção do material. Assim sendo, o diagrama
não representa fielmente o que sucede na prática, mas como pequenas quantidades
de outros elementos não produzem grandes alterações, podemos utilizá-lo como
base para o nosso estudo.
O diagrama ferro-carbono utilizado na prática na realidade é um falso diagrama de
equilíbrio, isto é, ele representa o equilíbrio metaestável entre ferro e um carboneto
de ferro chamado Cementita que tem fórmula estequiométrica Fe3C. O fato é que a
forma mais estável da liga ferro carbono seria ferro e grafita mas como a grafita

APOSTILA III
pode levar até mesmo anos para se formar, o diagrama estável não possui aplicação
prática. No diagrama estável ferro-grafita está representado pelas linhas tracejadas
e o diagrama metaestável ferro-cementita está representado por linhas contínuas.
Em um diagrama de equilíbrio as fases são sempre representadas por letras gregas
mas no caso das ligas ferro carbono estas fases além de serem identificadas por
letras gregas também receberam um nome. Desta forma teremos as fases
denominadas ferrita, austenita e cementita, que podem ou não estar presentes na
microestrutura do material, dependendo do teor de carbono e da temperatura.
Observando-se o diagrama nota-se que este apresenta vários pontos que merecem
ser destacados. O primeiro deles é o que corresponde a uma composição de 2,11%
de carbono a 1148 C. Este ponto representa uma fronteira entre as ligas ferrocarbono que são caracterizadas como aços e as ligas que são caracterizadas como
ferro fundido. Assim, aço é uma liga com menos de 2,11% de carbono e ferro
fundido é uma liga com mais de 2,11% de carbono. A escolha deste ponto deve-se
ao fato de que, quando resfriamos um aço desde o estado líquido, este sempre
passará por uma faixa de temperaturas em que a sua microestrutura será composta
de uma única fase chamada austenita, o que não acontece para os ferros fundidos
que
possuem
teores
de
carbono
acima
deste
valor.
A austenita, também chamada fase γ, é uma fase derivada do ferro que como se
sabe é formado por uma estrutura cúbica de faces centradas. Quando combinamos
o ferro com o carbono forma-se uma solução sólida intersticial em que é mantida a
estrutura cristalina original do ferro.
Para temperaturas inferiores, o fato de o ferro passar para ferro produz o
aparecimento de uma nova fase chamada fase a ou Ferrita. A ferrita também é uma
solução sólida intersticial de ferro e carbono e, a exemplo da fase, é mantida a
estrutura cristalina cúbica de corpo centrado do ferro. Devido ao fato de que as duas
fases citadas acima possuem diferenças em sua estrutura cristalina, existe também
uma grande diferença de solubilidade do carbono entre elas. Como já foi visto os
interstícios da estrutura CFC são maiores do que os interstícios da estrutura CCC.
Isto conduz a uma solubilidade do carbono que pode chegar a 2,11%
(aproximadamente 9% em átomos) na temperatura de 1148 C para a austenita e
somente 0,025 % (aproximadamente 0,1% em átomos) a 727 C para a ferrita.
Como pode ser observado no diagrama, a solubilidade do carbono não é fixa para
estas fases, podendo variar com a temperatura. Desta maneira a austenita e a ferrita
só apresentarão a sua solubilidade máxima nas temperaturas indicadas acima,
variando tanto para temperaturas superiores como para temperaturas inferiores.
Além disso, o carbono é um elemento estabilizador da austenita, e como podemos
ver no diagrama, quando tivermos ferro puro a temperatura mínima em que a
austenita é estável é de 912 C mas à medida que o teor de carbono cresce esta
temperatura vai diminuindo até que, para 0,77% de carbono chegamos ao mínimo
de 727 C. A partir daí a temperatura aumenta novamente até atingirmos o máximo
de 2,11% para 1148 C. No caso da ferrita ela é estável até 912 C na ausência de
carbono e à medida em que aumenta o teor a temperatura diminui até que se atinja
a solubilidade máxima de 0,025% C a 727 C. Abaixo desta temperatura a
solubilidade diminui novamente chegando praticamente a zero na temperatura
ambiente.
Como existe um limite de solubilidade do carbono tanto na austenita quanto na
ferrita, o excesso de carbono poderá propiciar a formação de uma terceira fase que
é chamada de cementita e que possui estrutura cristalina ortorrômbica, ainda em
solução sólida intersticial com 6,69% de carbono. Isto acontece para teores de


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APOSTILA III
carbono maiores do que 0,77% acima de 727 C e abaixo de 1148 C e, para teores
maiores do que 0,025%, abaixo de 727 C. Desta maneira teremos no diagrama
regiões em que o aço é monofásico e regiões em que é bifásico. As regiões
monofásicas podem ser formadas por austenita ou por ferrita e as regiões bifásicas
podem ser formadas por austenita e ferrita, austenita e cementita ou ferrita e
cementita.
Outro ponto importante que deve ser observado é o que ocorre para a composição
de 0,77% de carbono a 727 C. Este ponto, chamado ponto eutetóide, é o lugar do
diagrama em que temos a convivência simultânea das três fases citadas acima, isto
é, quando resfriamos o aço teremos a transformação da austenita em ferrita e
cementita. Especificamente para esta composição a temperatura permanece
constante enquanto a transformação não se completar totalmente.
Quando tivermos outros elementos fazendo parte da composição do aço, o teor de
carbono correspondente ao ponto eutetóide será deslocado mais para a esquerda
ou para a direita e a temperatura em que ocorre esta reação irá aumentar ou
diminuir. Esta é uma das influências dos elementos de liga dos aços.
DIAGRAMAS TTT (TEMPO, TEMPERATURA E TRANSFORMAÇÃO)
Definição
Diagrama tempo-temperatura-transformação que apresentam curvas de início e
término da transformação austenítica para uma determinada temperatura e tempo.
O tratamento térmico é um processo que permite alterar as propriedades físicomecânicas do aço, utilizando ciclos de aquecimento e resfriamento, sob condições
controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de resfriamento. Tal
processo é empregado quando se deseja adequar as características do material a
uma etapa do processo de fabricação ou à condição de produto final. Para
determinadas aplicações pode existir o interesse de alterar parcialmente
características especificas, nestes casos é preciso combinar as etapas de
aquecimento e resfriamento sob determinadas atmosferas e/ou meios que permitam
atender esta alteração. Estes tratamentos são conhecidos como termoquímicos.
Assim o tipo de atmosfera ou meio exerce um papel fundamental no tratamento
térmico, alterando, parcialmente, a composição química do aço ou evitando que ela
ocorra na forma de uma descarbonetação. Outra influência, tão importante quanto à
citada, é auxiliar no processo de transferência de calor e na forma de evitar a
oxidação do aço.
Há vários meios para aquecer e resfriar o material. O banho de sal fundido é uma
maneira de transportar calor para o aço e protegê-lo contra oxidação e
descarbonetação. Para o resfriamento, as alternativas consistem em transferir o aço
aquecido para óleo, água ou mesmo outro banho de sal em temperaturas mais
baixas.
Para auxiliar metalurgistas nos processos de tratamento térmico existe a curva TTT.
Trata-se de uma espécie de diagrama que descreve o que acontece com o aço, por
meio de um resfriamento a diferentes velocidades, em diversas temperaturas abaixo
de 723 0C, observando a transformação isotérmica da austenita em perlita.
Diferentemente do diagrama de equilíbrio, a curva TTT considera o fator tempo. Isso
significa que o aço passará por transformações de acordo com o tempo em que
permanecer em determinada temperatura. O diagrama é composto por duas linhas.
A primeira representa o início da transformação e a segunda, o fim. Com elas, é
possível identificar que a velocidade de transformação do aço é variável. É mais


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APOSTILA III
baixa para temperaturas próximas da eutetóide (0,77% de carbono), cresce para
temperaturas intermediárias e volta a cair para as temperaturas mais baixas.
Esses dados formam a característica básica desse diagrama, que se assemelham a
um joelho quando se aproxima dos 500° (austenita se transforma em perlita).
Quando a temperatura cai para menos de 200° um novo constituinte aparece
instantaneamente, que é a martensita. Sua formação não deveria ser representada
na curva TTT, pois independe do tempo. A queda de temperatura é a única
responsável pela formação da martensita.
Alguns fatores têm influência direta na posição das linhas de início e fim de
transformação das curvas TTT. Um deles é o teor de carbono. O tamanho dos grãos
e a homogeneidade da austenita também podem influenciar no diagrama. Além
disso, os elementos de liga (com exceção do cobalto), que são adicionados nos
aços, deslocam as curvas de início e fim da transformação para a direita, o que
significa que o processo será mais demorado
Material resfriado rapidamente do campo austenítico até a temperatura de interesse.
Muito úteis para previsão de tratamentos térmicos.
Uso dos diagramas TTT limitado: prevê fases formadas a uma temperatura
constante.




Tratamentos térmicos: feitos através de resfriamento contínuo.
A soldagem idem. Principalmente o que ocorre na ZTA.
Registram o desenvolvimento de transformações à medida que a temperatura
decresce, para diferentes taxas de resfriamento.

Exemplos de curva TTT

Aço AISI 5140 com 0,43% C, 0,68% Mn e 0,93% Cr

APOSTILA III

Aço AISI 4340 com 0,42% C, 0,78% Mn, 1,79 Ni, 0,80% Cr e 0,33% Mo

DIAGRAMAS TRC (TRANSFORMAÇÃO EM RESFRIAMENTO CONTÍNUO)
Identifica as taxas de resfriamento necessárias para a transformação de fase fora
das condições de equilíbrio termodinâmico.
A maioria dos tratamentos térmicos para os aços envolve o resfriamento contínuo de
uma amostra até a temperatura ambiente.
Um diagrama de transformação isotérmica só é válido para temperatura constante e
tal diagrama deve ser modificado para transformações com mudanças constantes de
temperaturas.

APOSTILA III
No resfriamento contínuo o tempo exigido para que uma reação tenha seu início e o
seu término é retardado e as curvas são deslocadas para tempos mais longos e
temperaturas menores.
A transformação tem início após um período de tempo que corresponde à
intersecção da curva de resfriamento com a curva de início da reação, e termina
com o cruzamento da curva com o término da transformação
Normalmente, não irá se formar bainita para aços ferro-carbono resfriados
continuamente, pois toda a austenita se transformará em perlita
Para qualquer curva de resfriamento que passe por AB a austenita não reagida
transforma-se em martensita.

Para o resfriamento contínuo de uma liga de aço existe uma taxa de têmpera crítica
que representa a taxa mínima de têmpera para se produzir uma estrutura totalmente
martensítica
Para taxas de resfriamento superiores à crítica existirá apenas martensita. Além
disso, existirá uma faixa de taxas em que perlita e martensita são produzidos e
finalmente uma estrutura totalmente perlítica se desenvolve para baixas taxas de
resfriamento.

APOSTILA III

A (FORNO)= Perlita grossa
B (AR)= Perlita + fina (+ dura que a anterior)
C(AR SOPRADO)= Perlita + fina que a anterior
D (ÓLEO)= Perlita + martensita
E (ÁGUA)= Martensita

APOSTILA III

Tratamento térmico


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APOSTILA III

3 TRATAMENTOS TÉRMICOS
Conforme estudado os aquecimentos e resfriamentos de aços podem provocar
mudanças nas estruturas dos mesmos e, por conseqüência, nas propriedades
físicas.
Tais processos são empregados quando se deseja adequar as características do
aço a alguma etapa do processo de fabricação ou à condição de produto final.
Existem vários tipos de tratamento térmico para aços e outros metais, mas aqui
estão colocados apenas os mais comuns.
RECOZIMENTO
Muitas vezes, devido ao próprio processo de produção ou a trabalhos anteriores
como deformações a quente ou a frio, o aço apresenta dureza excessiva ou pouca
maleabilidade e ductilidade, inadequadas para operações como usinagem, dobra e
outras.
O recozimento tem por finalidade modificar estes aspectos (reduzir dureza, melhorar
ductilidade, etc) e também outros como remover gases dissolvidos, homogeneizar
estrutura dos grãos, etc.
A figura abaixo é o diagrama de transformação da austenita versus tempo da
página anterior, acrescido da curva de resfriamento típica do recozimento (verde).
O processo consiste no aquecimento até temperatura acima da transformação da
austenita (linha tracejada preta) e resfriamento lento no próprio forno.
A transformação da austenita se dá na parte superior das linhas de início e fim da
transformação e, portanto, conforme visto na página anterior, haverá formação de
perlita de menor dureza (o exemplo é para um aço eutético. Para um aço
hipoeutético, haverá também ferrita e, para um hipereutético, cementita).

NORMALIZAÇÃO
Tem por finalidade regularizar e refinar a estrutura granular de peças forjadas,
laminadas ou fundidas. É geralmente usada como tratamento prévio à têmpera,
propiciando também menores empenamentos e deformações.
O processo é similar ao recozimento, com a diferença no resfriamento ao ar e não
no forno. Assim, ele será mais rápido, conforme curva verde da figura ao abaixo.

APOSTILA III
Dependendo do teor de carbono do aço, podem ser formados Perlita fina e Ferrita,
Perlita fina e Cementita ou Bainita.

REVENIMENTO
É o tratamento usado para remover os problemas deixados pela têmpera, conforme
citado no tópico anterior.
Depois de temperada, a peça é aquecida e mantida por algum tempo a uma
temperatura, em geral abaixo de 600°C. Ocorre assim, um alívio das tensões
internas e mudanças na estrutura da martensita e outras transformações. O
resultado é uma redução da dureza (normalmente excessiva após a têmpera) e da
fragilidade do aço.
A dureza final diminui com o aumento da temperatura do revenido.
AUSTÊMPERA
Consiste no aquecimento até temperatura acima da de transformação, resfriamento
por imersão em um sal fundido a uma temperatura constante entre 300 e 400°C,
manutenção nesta temperatura pelo tempo necessário para transformar toda a
Austenita em Bainita e resfriamento ao ar.
Desde que a formação da Bainita se dá sob temperatura mais alta do que a da
formação da Martensita no processo têmpera/revenido e é seguida por um
resfriamento lento no ar, as tensões internas são menores. Assim, as peças tratadas
por este meio quase não apresentam empenamentos ou tendência de trincas.
Entretanto, nem todos os tipos de aço e geometrias de peças produzem bons
resultados com a austêmpera. Em geral, somente para peças pequenas.
Outro fator limitante é o longo tempo para a transformação de toda a Austenita em
Bainita (cerca de 24 horas).
MARTÊMPERA
Neste processo, o aço é aquecido até temperatura superior à da formação da
Austenita, resfriado em um meio sob temperatura um pouco acima do início da
formação da Martensita, mantido neste meio que é resfriado lentamente até
completar a formação da Martensita, resfriado ao ar e Revenido.

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