Universidade Federal de Pernambuco Centro de Tecnologia e
Universidade Federal de Pernambuco Centro de Tecnologia e Geociências Departamento de Engenharia Mecânica Soldagem (Parte 2) Professor: Tiago de Sousa Antonino
Metalurgia da Soldagem
Índice Revisão da Metalurgia do Aço Ø Transformações no Equilíbrio (Fe-Fe 3 C) Ø Transformações Isotérmicas (TTT) Ø Transformações em Resfriamento Contínuo (TRC) Aspectos Térmicos da Soldagem Energia de Soldagem Ø Ciclos Térmicos Ø Repartições Térmicas Ø Zona Fundida e as Transformações Associadas Reações Químicas Ø Absorção de Gases Ø Diluição Ø
Zona Termicamente Afetada e Transformações Associadas Ø Epitaxia Ø Crescimento de Grão Ø Segregação Defeitos Produzidos Durante a Soldagem Ø Fragilização por Hidrogênio Ø Fissuração a Quente Ø Tensões Residuais
Aspectos Térmicos da Soldagem Energia de Soldagem (Energia por unidade de comprimento) η → Eficiência Térmica V → Tensão [ Volts ] I → Corrente [ amperes ] v → Velocidade do Cordão [m/s] (Energia por unidade de área) A 0 → Área varrida [m 2/s]
Rendimento térmico para alguns processos de soldagem. Processo Rendimento Térmico (η) Arco Submerso (SAW) 0, 85 – 0, 98 MIG/MAG (GMAW) 0, 75 – 0, 95 Eletrodo Revestido (SMAW) 0, 70 – 0, 90 TIG (CC-) (GTAW) 0, 50 – 0, 80 TIG (CC+) (GTAW) 0, 20 – 0, 50 Laser (LBW) 0, 005 – 0, 70
Ciclo Térmico Representação esquemática de um ciclo térmico de soldagem.
Tc – Temperatura crítica, acima do qual acorre algum fenômeno indesejável ( exemplo: crescimento de grão. tc – Tempo no qual o material, naquele ponto, permanece numa temperatura acima de Tc. Velocidade de Resfriamento (ϕ) - Este parâmetro é importante na determinação da microestrutura em materiais como os aços estruturais comuns, que podem sofrer transformações de fase durante o resfriamento. Em uma dada temperatura, a velocidade de resfriamento é dada pela inclinação da curva de ciclo térmico nesta temperatura. Ø Φ 800 – 500 – Velocidade média no intervalo de temperatura de 800 a 500°C. Ø Δt 85 – Intervalo de tempo no qual o material (ponto) permanece entre as temperaturas 800 e 500°C.
Repartição Térmica Curva de repartição térmica. H 1 e H 2 → Energia de soldagem.
Parâmetros que Influenciam os Ciclos Térmicos Condutividade Térmica da Peça: Materiais de menor condutividade térmica dissipam o calor por condução mais lentamente, tendendo a apresentar gradientes térmicos mais abruptos no aquecimento e menores velocidades de resfriamento. Ø Nestes materiais, a energia térmica é melhor aproveitada para a fusão localizada necessária à soldagem. Por outro lado, materiais de elevada condutividade térmica, como o cobre e o alumínio, dissipam rapidamente o calor, dificultando a fusão localizada e exigindo, em geral, fontes de calor mais intensas ou, em certos casos, a utilização de préaquecimento para a obtenção de uma fusão adequada.
Espessura da Junta: Para uma mesma condição de soldagem, uma junta de maior espessura permite um escoamento mais fácil do calor por condução. Ø Assim, quanto mais espessa a junta, mais rapidamente esta tenderá a se resfriar durante a soldagem. Geometria da Junta: É outro fator que influencia a velocidade de resfriamento de uma solda de forma importante. Ø Por exemplo, esta velocidade será maior na soldagem de juntas em T do que em juntas de topo, quando as variáveis do processo, inclusive a espessura dos componentes da junta, forem semelhantes. Ø Novamente, uma maior facilidade para o escoamento de calor por condução é a explicação para esta tendência. Energia de Soldagem: A velocidade de resfriamento da solda tende a diminuir e a repartição térmica a ficar mais aberta com um aumento na energia de soldagem.
Temperatura de Pré-aquecimento: Define -se, como temperatura de pré-aquecimento, a temperatura inicial em que toda a peça ou a parte desta onde a solda será realizada é colocada antes do inicio da operação. ØComo a energia de soldagem, a utilização de pré-aquecimento causa uma diminuição na velocidade de resfriamento.
Considerações Finais Tp e ϕ 800 -500°C dependem das propriedades físicas do material; Se E cresce a Tp também cresce; Tp diminui se x cresce; Φ 800 -500°C = f(T 0), se T 0 cresce, Φ 800 -500°C diminui; Se a espessura aumenta Φ 800 -500°C aumenta.
Parâmetro Velocidade de Resfriamento Tempo de Permanência a alta temperatura Condutividade (↑) ↑ ↑ ↓ ↓ ↑ ↑ Espessura (↑) Temperatura Inicial (↑) Energia de Soldagem (↑)
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