A soldagem envolve aquecimento, fusão, solidificação e resfriamento de um material ou de diversos materiais, dependendo da aplicação do componente soldado. Assim, as transformações que ocorrem no aquecimento, as fases formadas durante a fusão, a solidificação e as transformações que ocorrem no resfriamento determinam o desempenho da junta soldada. Em outras palavras, a metalurgia da soldagem está intimamente ligada à qualidade da junta soldada, bem como ao conceito de soldabilidade.

Por soldabilidade entende-se a facilidade com que uma junta soldada é fabricada de tal maneira que preencha os requisitos de um projeto bem executado. Para facilitar a compreensão, é possível desdobrar o conceito de soldabilidade em soldabilidade operacional, soldabilidade metalúrgica e soldabilidade em serviço.

soldabilidade operacional

A soldabilidade operacional diz respeito diretamente à facilidade de execução da junta. Esta, por sua vez, está associada às particularidades do processo de soldagem, à habilidade do soldador e às características do material a ser soldado.

Com relação às particularidades de processos, por exemplo, tem-se que no processo TIG a soldagem pode ocorrer em todas as posições enquanto no processo MIG a posição fica sujeita à regulagem dos parâmetros no equipamento.

A regulagem mal feita no processo MIG pode acarretar descontinuidades e comprometer o desempenho da junta soldada. Se, além da posição de soldagem, houver restrição de acesso à junta soldada, tanto o processo TIG quanto o MIG podem deixar de ser adequados. Neste caso, e conforme a qualidade requerida da junta, é recomendada a utilização do processo de soldagem com eletrodo revestido.

Com relação às características do material a ser soldado, é sabido que certos materiais requerem uma preparação mais cuidadosa no momento da soldagem. Neste caso estão incluídos o alumínio e suas ligas. Com efeito, estes são materiais para os quais é necessário proceder à limpeza da junta antes da soldagem, caso contrário a qualidade da junta soldada poderá ser seriamente comprometida.

A condutividade térmica também influi na soldabilidade. A soldagem do cobre, por exemplo, que apresenta alta condutividade térmica, exige cuidados como o pré-aquecimento em temperaturas na faixa de 500°C a 700°C.

soldabilidade metalúrgica

A soldabilidade metalúrgica envolve transformações de fase que ocorrem no aquecimento, na fusão, na solidificação e no resfriamento. Está associada com a natureza do material e com a transferência de calor na junta soldada e também pode afetar o desempenho da junta soldada. A soldabilidade metalúrgica é a que mais diz respeito à metalurgia da soldagem.

Estão relacionados à soldabilidade metalúrgica: o aquecimento mais intenso e crescimento de grão na região soldada; as incompatibilidades entre materiais; a microssegregação durante a solidificação; as transformações de fase na ZAC e na zona fundida.

O aquecimento mais intenso na região soldada da junta pode promover o crescimento de grão na ZAC. Dependendo dos parâmetros de soldagem, este fenômeno é bastante comum em aços inoxidáveis ferríticos e afeta tanto as propriedades mecânicas à tração como a tenacidade da junta soldada. Também é comum em aços inoxidáveis ferríticos a zona fundida apresentar crescimento de grão.

No caso de soldagem de materiais dissimilares, podem ocorrfer incompatibilidades entre os materiais, quando houver a fusão da junta; como exemplo, podem- se citar as juntas de aço carbono com ligas de alumínio. Estas juntas são normalmente executadas por processos de soldagem no estado sólido, justamente para contornar a formação de fases intermetálicas ricas em ferro (Fe) e alumínio (Al). As fases intermetálicas Fe-AI provocam a fragilização da junta quando soldada por processos que envolvem a fusão da junta.

A microssegregação no líquido é um tipo de fenômeno bastante comum em aços inoxidáveis austeníticos, ligas de alumínio e ligas de níquel. Ocorre durante a solidificação e diminui localmente o ponto de fusão do líquido remanescente. Neste caso, o cordão apresenta-se macroscopicamente solidificado, porém microscopicamente com fases líquidas nas regiões interdendríticas. Esse fato, associado à presença de tensões residuais de tração, pode gerar o aparecimento de trincas a quente no cordão de solda, entre cordões na soldagem multipasse ou na zona de ligação.

a soldabilidade metalúrgica pode-se apresentar com diferentes características, dependendo do material

As transformações de fase na ZAC e na zona fundida podem ocorrer durante o resfriamento e induzir à fragilização da junta. Dessa maneira, tanto o resfriamento lento como o resfriamento rápido podem prejudicar o desempenho da junta soldada, a depender da natureza do material que está sendo soldado.

No caso da soldagem de aços inoxidáveis austeníticos ou ferríticos, o resfriamento muito lento pode ocasionar a precipitação de carbetos de cromo nos contornos de grão. Em ambos os materiais, a resistência à corrosão e a tenacidade da junta podem ser prejudicadas, e por isso recomenda-se um resfriamento rápido na faixa de temperatura de 850°C a 600°C. Já para os aços carbono com temperabilidade elevada, o resfriamento rápido é extremamente nocivo, pois pode ocorrer a formação de um microconstituinte, a martensita, tanto na zona fundida como na zona afetada pelo calor.

A martensita, associada à presença de hidrogênio e tensões residuais de tração, gera um dos tipos mais perigosos de descontinuidade: a trinca a frio induzida por hidrogênio. Esta trinca é pequena, difícil de ser detectada e pode gerar desastres bastante sérios tanto para o meio ambiente quanto para vidas humanas. Por esta razão, é fundamental que a ocorrência desse tipo de trinca seja minimizada.

soldabilidade em serviço

A soldabilidade em serviço diz respeito ao desempenho e à vida útil do equipamento soldado. Está associada tanto à escolha do metal de base e de adição para a soldagem da junta quanto à escolha do procedimento de soldagem, tais como parâmetros de soldagem, temperatura de pré-aquecimento, temperatura interpasse, temperatura de pós-aquecimento, tratamento térmico pós-soldagem e outros.

Se o projeto e a fabricação forem bem executados, a soldabilidade não tem razão de existir. O equipamento terá vida útil dentro do projetado e dificilmente falhará em serviço. Assim, a soldabilidade em serviço é mais uma dificuldade da falta de identificação precisa dos fenômenos e condições envolvidos no projeto e na utilização do componente soldado.

Um exemplo de soldabilidade em serviço diz respeito ao aço inoxidável AISI 316L (Cr-Ni-Mo). Se este aço for soldado com uma adição de ER 308 (Cr-Ni), dificilmente apresentará problema durante a execução da soldagem, apesar de a adição indicada para este aço ser o ER 316L. Contudo, a junta terá vida bastante abreviada caso o requisito do projeto seja resistência à corrosão. Este fato é devido a que o aço AISI 316L é mais nobre que o metal de adição ER 308L. Desta maneira, dar- se-á a formação de um par galvânico entre o metal de base e o metal de adição e, conseqüentemente, a presença de corrosão por par galvânico.

Outro exemplo é o da junta dissimilar submetida a ciclos de aquecimento e resfriamento, que pode apresentar fadiga térmica. Trata-se de um problema que pode ocorrer quando se amanteigam as faces do chanfro com material que compatibiliza os materiais da junta solda. Neste caso, o coeficiente de dilatação térmica dos materiais utilizados deve ser compatibilizado para evitar uma falha prematura da junta em serviço. Desta maneira, os valores de tensão gerados podem ser bastante elevados, dependendo da diferença entre os coeficientes de dilatação térmica linear dos diferentes materiais e da variação de temperatura.

O terceiro exemplo é o do tratamento térmico pós- soldagem, que tem a função de aliviar as tensões residuais introduzidas durante o processo de soldagem. A presença de tensões residuais de tração pode gerar falhas prematuras dos componentes, as quais são associadas, por exemplo, à corrosão-sob-tensão ou à fadiga da junta soldada. Neste caso, o alívio de tensões deve ser executado, por mais difícil que a tarefa possa ser ou pelo acréscimo que isto pode trazer no custo das operações adicionais.

Link Relacionado:

Soldagem – Coleção tecnológica SENAI – 1ª ed. 1997