UNIVERSIDADE COMUNITÁRIA DA REGIÃO DE CHAPECÓ – UNOCHAPECÓ

CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA – 6º PERÍODO

COMPONENTE CURRICULAR: SOLDAGEM

PROFESSOR: DIOGO BELLÉ

ACADÊMICOS: FABIANO LUCAS ZANUZZO; LIN MENG WEN

Lista de Exercícios 1 – Questões e Resolução

1 – Defina o é soldagem:

Soldagem é a operação que visa obter a coalescência localizada produzida pelo aquecimento

até uma temperatura adequada, com ou sem a aplicação de pressão e de metal de adição.

2 – Que requisitos devem ser atendidos por um processo de soldagem?

O processo de soldagem deve atender os seguintes requisitos:

Gerar quantidade de energia capaz de unir dois materiais, similares ou não;

Remover contaminações das superfícies a serem unidas;

Evitar que o ar atmosférico contamine a região durante a soldagem;

Propiciar o controle da transformação de fase, para que a solda alcance as propriedades

desejadas, sejam elas físicas, químicas ou mecânicas.

3 – Classifique os processos de solda de acordo com o tipo de fonte de energia.

Os processos de solda se dividem em dois grandes grupos, sendo eles:

Processo de solda por Fusão: Energia é aplicada para produzir calor capaz de fundir o

material de base. Diz-se neste caso que a solubilização ocorre na fase líquida que

caracteriza o processo de soldagem por fusão. Assim, na fusão, a soldagem é obtida

pela solubilização na fase líquida das partes a unir, e subsequentemente, da

solubilização da junção;

Processo de solda por Pressão: Energia é aplicada para provocar uma tensão no

material de base, capaz de produzir a solubilização na fase sólida, caracterizando a

soldagem por pressão. Há casos onde não é nítida a diferença da soldagem por fusão

e por pressão.

4 – Em que casos a soldagem não é recomendada como processo de união?

Por ser uma união permanente, a soldagem não deve ser utilizada em juntas que precisam ser

desmontadas.

5 – Explique o que é junta e os tipos da mesma em um processo de soldagem?

Junta é a região de união entre duas ou mais peças que serão soldadas. Os tipos de juntas são:

Junta de Topo; Junta de Canto; Junta de Aresta; Juntas Sobrepostas e Juntas de Ângulo.

6 – Quais são os princípios elementos de um chanfro? Explique cada um deles.

Os principais elementos de um chanfro são:

Nariz: Parte não chanfrada de um componente da junta;

Folga ou Fresta: Menor distância entre as peças a soldar;

Ângulo de abertura da junta ou Ângulo de Biesel: Ângulo da parte chanfrada de um

dos elementos da junta;

Ângulo de chanfro: Soma dos Ângulos de Biesel dos componentes da junta

Raiz: Região mais profunda do cordão junto da fresta e do encosto;

Face: Superfície oposta à raiz da solda;

Passe: Depósito de material obtido pela progressão sucessiva de uma só poça de fusão;

Camada: Conjunto de passes localizados em uma mesma altura no chanfro;

Reforço: Altura máxima alcançada pelo excesso de material de adição, medida a partir

da superfície do material de base;

Margem: Linha de encontro entre a face da solda e a superfície do metal de base;

7 – O que é cobre-junta ou mata-junta? Qual sua finalidade?

É uma peça posicionada na parte inferior da solda com finalidade de conter o metal fundido

durante o processo de soldagem.

8 – Explique o que é Zona Fundida (ZF) e Zona Termicamente Afetada (ZTA)?

Zona Fundida (ZF): É constituída pelo metal de solda, metal de base mais metal de adição;

Zona Termicamente Afetada (ZTA): Região do metal base onde sofreu alteração e suas

propriedades pelo calor da soldagem.

9 – Quais são as posições de soldagem? Qual a posição de soldagem é mais fácil de executar e

possibilita maior produtividade?

Há quatro posições de soldagens, sendo elas:

Plana: A soldagem é feita no lado superior de um junta, e, a face da solda é

aproximadamente horizontal;

Horizontal: O eixo da solda é aproximadamente horizontal, mas sua face é inclinada;

Vertical: Seu eixo de solda é aproximadamente vertical, a soldagem pode ser feita para

cima ou para baixo;

Sobre Cabeça: A soldagem é feita do lado inferior de uma solda de eixo

aproximadamente horizontal;

A posição mais fácil a ser executada e que possibilita uma maior produtividade é a posição

plana.

10 – Quais as regiões de um arco elétrico? Explique cada uma delas e represente em forma de

desenho o arco elétrico.

As regiões de um Arco Elétrico são:

Queda anódica e catódica, que são caracterizadas por variados gradientes térmicos e

elétricos;

A parte visível e brilhante do arco constitui a coluna de plasma, onde apresenta

gradientes térmicos e elétricos mais baixos que as regiões anteriores;

A diferença de potencial nesta região varia de forma aproximadamente linear com o

comprimento do arco;

As regiões acima citadas podem ser ilustradas segundo imagem a seguir, tendo por fonte o

Material de apoio disponibilizado:

Imagem 1 – Ilustração de um arco elétrico.

11 – Quais são os requisitos básicos das fontes de energia?

São requisitos básicos das fontes de energia:

Produzir saída de corrente e tensão com características adequadas para um ou mais

processos;

Permitir o ajuste dos valores de correntes e tensões;

Controlar, durante a soldagem, variações de níveis de corrente e tensão de acordo com

os requisitos do processo e aplicação.

Existem outros requisitos adicionais para o projeto de fontes de energia, sendo eles:

Conformidades com normas e códigos voltados à segurança e funcionalidade;

Resistência e durabilidade nos ambientes de fabricação, com instalações e operações

simples e segura;

Controle com fácil uso e compreensão;

Quando exigido, ter interface ou saída para sistemas de automação;

12 – O que são características estáticas e dinâmicas? Explique cada uma delas.

São características que afetam a estabilidade do arco e a aplicabilidade da fonte para um dado

processo de soldagem, atuando de forma diferentes entre si.

As características podem ser conceituadas como:

Estáticas: Relacionam-se com valores médios de correntes e tensões de saída do arco como

resultado de aplicação de uma carga resistiva. As mesmas representadas na forma de uma

curva estática obtida através de testes com diferentes cargas resistivas, alterando a regulagem

da fonte, uma nova curva pode ser obtida. Com base na forma de suas curvas, uma fonte

convencional pode ser classificada como de corrente constante, ou, de tensão constante.

Dinâmicas: Envolvem variações transientes de correntes e tensões fornecidas pela fonte, em

resposta a mudanças durante a soldagem.

13 – Por que é importante observar o ciclo de trabalho da fonte? Caso não respeitar conforme

especificações do fabricante o que pode ocorrer com a fonte?

A importância de se observar o ciclo de trabalho da fonte se deve a temperatura interna da

fonte. Se a temperatura interna da fonte se tornar muito elevada por um certo período de tempo, esta

poderá ser danificada pela queima de algum componente ou pela ruptura do isolamento do

transformador ou poderá ter sua vida útil reduzida. Os componentes internos de uma fonte se aquecem

pela passagem da corrente elétrica durante a soldagem enquanto o arco estiver acesso.

Isso também pode ocorrer caso se use a fonte fora das especificações do fabricante, usando-a

acima da geração a qual foi projetada.

14 – Qual a classificação das fontes de energia convencionais em soldagem? Represente em

forma de fluxograma.

Imagem 2 – Fluxograma de classificação de fontes de energia.

15 – O que são fontes tipo gerador e quais as suas aplicações?

As fontes tipo gerador são constituídas de um motor, sendo elétrico ou a combustão, que gera

energia mecânica a qual transmitida através de um eixo ou por um sistema de correias e polia ao

gerador de energia elétrica. São geralmente usados na soldagem com eletrodo revestido no campo,

onde o acesso a eletricidade é difícil.

16 – Explique as características das fontes convencionais e eletrônicas.

As fontes convencionais tem por características ser fontes de energia formadas por

transformadores, geradores e retificadores. São portáteis e de fácil acesso.

Já as fontes eletrônicas possuem desempenho superior, apresentam resposta dinâmica e

reprodutibilidade muito superior do que as de fontes convencionais.

17 – O que as variações de temperatura e deformação plástica causam na união no processo de

soldagem?

Deformações plásticas são deformações que causam uma redução permanente nas dimensões

dos componentes e torcem a estrutura.

Já as variações de temperatura causam força de tração, quando ao resfriar metal quente na

base fria.

18 – Explique o que é Ferrita, Austenita, Perlita, Cementita e o que ocorre em cada uma quando

o material está resfriando.

Austenita: É uma solução sólida de carbono em ferro gama. Somente é estável as temperaturas

superiores a 723ºC, desdobrando-se por reação eutetóide, a temperaturas inferiores, em ferrita

e cementita. Somente pode aparecer austenita a temperatura ambiente nos aços austeníticos,

nesse caso, a austenita é estável a temperatura ambiente. É deformável como o ferro gama,

pouco dura, apresenta grande resistência ao desgaste, é magnética, e é o constituinte mais

denso dos aços e não é atacada por reagentes. A resistência da austenita retida à temperatura

ambiente oscila entre 80 e 100 daN/mm2 e alongamento entre 20 e 25%. Pode dissolver até

1,7 – 1,8 % de carbono. Apresente rede cristalográfica cúbica de face centrada.

Ferrita: Este constituinte está formado por uma solução sólida de inserção de carbono em

ferro alfa. É o constituinte mais mole dos aços porém é o mais tenaz, e o mais maleável, sua

existência a tração é de 28 daN/mm2 e alongamento de 35%. Sua solubilidade máxima é de

0,008 %. Pode também manter em solução de substituição a outros elementos tais como Si, P,

Ni, Cr, Cu, que aparecem nos aços, bem como impurezas como elementos de ligação.

A ferrita apresenta-se nos aços como constituinte e misturada com a cementita para formar

parte da perlita. Se o aço é muito pobre em carbono, sua estrutura está formada quase que

totalmente por grãos de ferrita cujos limites podem ser revelados facilmente com o

microscópio, depois de um ataque com ácido nítrico diluído. Os grãos são equiaxiais.

Perlita: Formada por uma mistura eutetóide de duas fases, ferrita e cementita, produzida a

23ºC quando a composição é de 0,8 %. Sua estrutura está constituída por lâminas alternadas

e ferrita e cementita, sendo a espessura das lâminas de ferrita superior ao das de cementita,

estas últimas ficam em relevo depois do ataque com ácido nítrico. A perlita é mais dura e

resistente que a ferrita, porém mais branda e maleável que a cementita. Apresenta-se em forma

laminar, reticular e globular.

Cementita: É o constituinte que aparece em fundições e aços. É o carboneto de ferro, de

fórmula Fe3C. É muito frágil e duro, apresentando mais de 840 Vickers, e é muito resistente

ao cisalhamento. Em baixas temperaturas é ferromagnético e perde esta propriedade a 212ºC

(ponto de Curie). O ponto de fundição acima de 195ºC, e é termodinamicamente instável a

temperaturas inferiores a 1200ºC.

19 – Quais as características importantes em um ciclo térmico de soldagem? Explique cada uma

delas.

As características importantes do ciclo térmico de soldagem são:

Temperatura de Pico, tendo por características:

o Temperatura máxima atingida no ponto;

o Temperatura de Pico diminui com a distância ao centro da solda;

o Indica a extensão da região afetada pelo calor;

o Indica transformações microestruturas que podem ocorrer;

o Tempo de permanência acima de uma temperatura crítica;

o Interesse em materiais onde a dissolução de precipitados e/ou crescimento de

grãos pode ocorrer.

Velocidade de Resfriamento, que tem por características:

o Parâmetro importante na determinação da microestrutura em materiais que

podem sofrer transformações de fase durante o resfriamento;

o É igual à inclinação da curva de ciclo térmico nesta temperatura.

20 – Os ciclos térmicos de soldagem e a repartição térmica dependem de algumas variáveis.

Quais são? Explique cada uma delas.

As variáveis são três, sendo elas:

Tipo do metal base: Metais de liga elevada condutividade térmica, como cobre e

alumínio, dissipam rapidamente e o calor da região da solda para o restante da peça, o

que torna mais difícil a formação da poça de fusão.

Geometria de junta: Considerando todos os outros parâmetros idênticos, uma junta T

possui três direções para o fluxo de calor, enquanto uma junta de topo possui apenas

duas, juntas em ângulo tendem a esfriar mais rapidamente.

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. Esses dois parâmetros podem ser mais facilmente alternados pelo pessoal

responsável pela operação de soldagem.

21 – Quais são as três regiões que a curva de repartição térmica permite definir?

As três regiões que se permite definir em uma curva de repartição são:

Zona Fundida: Região onde o material fundiu-se e solidificou-se durante a operação de

soldagem. As temperaturas de pico desta região foram superiores a temperatura de fusão

do metal base.

Zona termicamente afetada ou zona afetada pelo calor: Região não fundida do metal base

que teve sua microestrutura alternada pelo ciclo térmico de soldagem. Temperaturas de

pico superiores a temperatura criticado material em questão e inferiores a sua temperatura

de fusão.

Metal Base: Região mais afetada do cordão de solda e que não foi afetada pelo processo

de soldagem. As suas temperaturas de pico são inferiores a temperatura critica do metal.

22 – O que ocorre na parte superior da poça de fusão?

Na parte posterior da poça o metal liquido solidifica, dando origem ao cordão de solda.

23 – O que pode causar porosidade na poça de fusão?

Devido à redução de solubilidade com a queda de temperatura e a solidificação do material

soldado, este pode ficar supersaturado de gases em solução, como hidrogênio e nitrogênio. A evolução

destes gases é o que pode causar a formação de porosidade na solda.

24 – Explique o que ocorre na região coquilhada, na zona colunar e central. Represente

esquematicamente.

Região Coquilhada: É a região mais externa, a qual é formada no início da

solidificação da peça, quando existe uma grande diferença de temperatura entre o

molde e o metal liquido. Esta diferença causa um forte resfriamento do liquido em

contato com a parede do molde e proporciona a nucleação de um grande número de

grãos que formam essa região.

Zona Colunar: Ocorre após a formação da zona coquilhada, e devido a liberação de

calor latente de solidificação e ao afastamento da interface solido-liquido da parede do

molde, a temperatura do liquido próximo desta interface se aproxima da temperatura

de fusão do metal e, assim, o número de novos grãos nucleados é fortemente reduzido

e o solido passa a ser formado principalmente pelo crescimento de grãos já existentes

em direção ao liquido, e então os grãos assumem o formato colunar característico desta

zona;

Zona Central: Nas etapas finais de solidificação, a rejeição de soluto e impurezas, que

ocorre durante todo o processo causa o aparecimento de inclusões e outros pontos que

facilitam a nucleação de novos grãos, e o calor é extraído de forma aproximadamente

igual em todas direções. Devido a estes dois fatores, os novos grãos formados tendem

a crescer com um formato equiaxial, formando a zona central.

25 – O que ocorre no início da solidificação?

No início da solidificação da peça ocorre a formação da região mais externa, ou seja, a

formação da zona coquilhada, momento em que existe uma grande diferença de temperatura entre o

molde e o metal liquido.

26 – Em uma soldagem com vários passes, o que pode ocorrer com sua microestrutura?

A microestrutura fica afetada, pois cada passe pode afetar os passas imediatamente abaixo,

causando a sua reaustenitização e subsequente transformação desta no resfriamento e, assim,

alterando parcialmente a sua microestrutura.

27 – Quais as características na região de crescimento do grão, região de refino de grão e região

intrínseca?

Região de Crescimento de Grão:

o Região do MB mais próxima à solda;

o Submetida a temperaturas próximas a fusão;

o Austenita sofre grande crescimento de grão;

o Crescimento de grão: depende tipo de aço e da energia de soldagem;

o Microestrutura final desta região normalmente grosseira;

o Depende do teor de Carbono e Elementos de Liga;

o Velocidade de resfriamento.

Região de Refino de Grão:

o Região do MB aquecida entre 900 - 1000°C (normalização do aço);

o Ocorre a recristalização da estrutura;

o Caracterizada por estrutura fina de ferrita e perlita;

o Normalmente não é problemática;

o Microestrutura final desta região normalmente grosseira;

o Depende do teor de Carbono e Elementos de Liga;

o Tamanho de grão austenítico;

o Velocidade de resfriamento;

Região Intercrítica:

o Região do MB aquecida entre 727°C e a linha A3;

o Caracterizada por transformação parcial da estrutura original do MB;

o Normalmente não é problemática;

Após a Região Intercrítica:

o Temperatura de pico inferior a 727 °C.

o Mudanças microestruturais cada vez menos perceptíveis.

28 – Quais os tipos básicos de distorções em soldagem? São influenciados por quais fatores?

Os tipos básicos de distorções em soldagem são: contração transversal, contração longitudinal

e distorção angular. Este tipo de descontinuidade na junta soldada é influenciado pela soldagem em

excesso, soldagem em juntas livres, seleção incorreta do chanfro e da sequência de soldagem, entre

outros fatores.

29 – De que forma as tensões residuais podem ser aliviadas?

O alívio dessas tensões residuais pode ser assegurado por tratamentos térmicos ou tratamentos

mecânicos. Quando esse alívio é realizado termicamente, nos casos dos aços, aparecem modificações

de caráter metalúrgico, que podem ser desfavoráveis no caso de ciclos repetidos ou de permanência

por longos períodos em temperaturas altas.

30 – Calcule a queda de tensão (V) do arco elétrico no processo TIG com os seguintes valores:

Corrente de 400A, comprimento do arco de 5mm e Vcp = 3.2V.

31 – Utilizando os valores da questão anterior, calcule a quantidade de calor (Q) gerado no arco

elétrico com tempo de 45 segundos.