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METALURGIA METALURGIA DA SOLDAGEMDA SOLDAGEM

MÓDULO 6

Gustavo de Oliveira de Antoni

Eng.º Metalúrgico

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SISTEMAS CRISTALINOSSISTEMAS CRISTALINOS

MATERIAIS NO ESTADO SÓLIDO

CLASSIFICADOS DE ACORDO COM A DISPOSIÇÃO DOS ÁTOMOS

ALEATÓRIA ORGANIZADA

AMORFO CRISTALINO

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SISTEMAS CRISTALINOS FUNDAMENTAIS NOS MATERIAIS SISTEMAS CRISTALINOS FUNDAMENTAIS NOS MATERIAIS METÁLICOSMETÁLICOS

CCC – CÚBICO DE CORPO CENTRADO

CFC – CÚBICO DE FACE CENTRADA

HCP – HEXAGONAL COMPACTO

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SISTEMA CRISTALINO CÚBICO DE CORPO CENTRADC (CCC)SISTEMA CRISTALINO CÚBICO DE CORPO CENTRADC (CCC)

ÁTOMOS POR CÉLULA:

(8 x 1/8) + (1 x 1) = 2

CÉLULA

ESTRUTURA

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SISTEMA CRISTALINO CÚBICO DE CORPO CENTRADO (CCC)SISTEMA CRISTALINO CÚBICO DE CORPO CENTRADO (CCC)

Cr Fe Ti

CROMO FERRO ( T amb) TITÂNIO (alta T )

ELEMENTOS QUE APRESENTAM A ESTRUTURA CCC

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SISTEMA CRISTALINO CÚBICO DE FACE CENTRADA (CFC)SISTEMA CRISTALINO CÚBICO DE FACE CENTRADA (CFC)

CARACTERÍSTICAS

ESTRUTURA MAIS COMPACTA QUE CCC

PLANOS DE ELEVADA DENSIDADE ATÔMICA

DEFORMAÇÃO PLÁSTICA - PREFERENCIAL

ÁTOMOS POR CÉLULA:

(8 x 1/8) + (6 x 1/2) = 4CÉLULA

ESTRUTURA

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SISTEMA CRISTALINO CÚBICO DE FACE CENTRADA (CFC)SISTEMA CRISTALINO CÚBICO DE FACE CENTRADA (CFC)

Ni Al Cu

NÍQUEL ALUMÍNIO COBRE

ELEMENTOS QUE APRESENTAM A ESTRUTURA CFC

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SISTEMA CRISTALINO HEXAGONAL COMPACTO (HCPSISTEMA CRISTALINO HEXAGONAL COMPACTO (HCP))

ÁTOMOS POR CÉLULA:

(12 x 1/6) + (2 x 1/2) + (3 x 1) = 6

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SISTEMA CRISTALINO HEXAGONAL COMPACTO (HCPSISTEMA CRISTALINO HEXAGONAL COMPACTO (HCP))

Co Mg Zn

COBALTO MAGNÉSIO ZINCO

ELEMENTOS QUE APRESENTAM A ESTRUTURA HCP

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LIGAS METÁLICAS E SOLUÇÃO SÓLIDALIGAS METÁLICAS E SOLUÇÃO SÓLIDA

ESTRUTURAS VISTAS PARA ELEMENTOS PUROS

E PARA ESTRUTURAS FORMADAS POR MAIS DE UM METAL ?

ELEMENTOS EM MINORIA (SOLUTO) SE DISSOLVEM NA ESTRUTURA DO ELEMENTO MAJORITÁRIO (SOLVENTE)

SOLUÇÃO SÓLIDAINTERSTICIAL SUBSTITUCIONAL

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LIGAS METÁLICAS E SOLUÇÃO SÓLIDALIGAS METÁLICAS E SOLUÇÃO SÓLIDA

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LIGAS METÁLICAS E SOLUÇÃO SÓLIDALIGAS METÁLICAS E SOLUÇÃO SÓLIDA

ELEMENTOS INTERSTICIAIS

C (AÇO COMUM)

N (AÇO COMUM)

ELEMENTOS SUBSTITUCIONAIS

Cr (AÇO INOX)

Ni (AÇO INOX)

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LIGAS METÁLICAS E SOLUÇÃO SÓLIDALIGAS METÁLICAS E SOLUÇÃO SÓLIDA

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DIFUSÃODIFUSÃO

O mecanismo de difusão favorece a homogeneização de um material

quando aquecido ou causa danos (sensitização de aços inoxidáveis).

A força motriz para difusão é a existência de um gradiente de concentração. A movimentação dos átomos se dá no sentido de equalizar a solução sólida, minimizar o gradiente.

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DIFUSÃODIFUSÃO

DIFUSÃO SUBSTITUCIONAL

DIFUSÃO INTERSTICIAL

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DIFUSÃODIFUSÃO

DEFINIÇÃO: MOVIMENTAÇÃO DOS ÁTOMOS NO ESTADO SÓLIDO

IMPORTANTEA DIFUSÃO É MAIOR QUANTO MAIOR FOR A TEMPERATURA

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APLICAÇÕESAPLICAÇÕES

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NUCLEAÇÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOSNUCLEAÇÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOS

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NUCLEAÇÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOS NUCLEAÇÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOS

(Solidificação normal)(Solidificação normal)

ZONA COQUILHADA

ZONA COLUNAR

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NUCLEAÇÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOSNUCLEAÇÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOS

NUCLEAÇÃO CRESCIMENTO DENDRÍTICO

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NUCLEAÇÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOSNUCLEAÇÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOS

SEGREGAÇÃO E CONTORNO DE GRÃO

MUITOS DEFEITOS E VAZIOS = DIFUSÃO FACILITADA

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PROPRIEDADES MECÂNICAS VS TAMANHO PROPRIEDADES MECÂNICAS VS TAMANHO

DE GRÃODE GRÃO

TG grandeTG grande TG pequenoTG pequeno

DUREZADUREZA BAIXABAIXA ALTAALTA

RESISTÊNCIA RESISTÊNCIA (baixa T)(baixa T) BAIXABAIXA ALTAALTA

RESISTÊNCIA RESISTÊNCIA (alta T) (alta T) ALTAALTA BAIXABAIXA

AVALIAÇÃO QUALITATIVA DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS VS TAMANHO DE GRÃO

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Um dos efeitos do tamanho de grão é influenciar na resistência dos materiais.Um dos efeitos do tamanho de grão é influenciar na resistência dos materiais.

Em baixas temperaturas, quanto menor o tamanho de grão (TG) maior a Em baixas temperaturas, quanto menor o tamanho de grão (TG) maior a

resistência mecânica. Já em altas temperatura, quanto maior o TG maior a resistência mecânica. Já em altas temperatura, quanto maior o TG maior a

resistência.resistência.

Por esse motivo, as estruturas dos metais e ligas são freqüentemente Por esse motivo, as estruturas dos metais e ligas são freqüentemente

classificadas de acordo com o tamanho do grão.classificadas de acordo com o tamanho do grão.

PROPRIEDADES MECÂNICAS VS TAMANHO DE GRÃOPROPRIEDADES MECÂNICAS VS TAMANHO DE GRÃO

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NUCLEAÇÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOSNUCLEAÇÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOS

FIGURAS NO MESMO AUMENTO

SEGREGAÇÃO :

EXPULSÃO DURANTE A SOLIDIFICAÇÃO

REDUÇÃO DA SOLUBILIDADE COM T baixa

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EFEITOS NEGATIVOS DA SEGREGAÇÃOEFEITOS NEGATIVOS DA SEGREGAÇÃO

* SEGREGAÇÃO DE CROMO EM AÇOS INOXIDÁVEIS:

SEGREGAÇÃO DE ENXOFRE EM AÇOS;

* SEGREGAÇÃO DE FÓSFORO EM AÇOS;

FORMAÇÃO DE SULFETOS

TRINCA A QUENTE

BAIXO PONTO DE FUSÃO

FORMAÇÃO DE Cr-C

MATERIAL PERDE A RESISTÊNCIA A CORROSÃO

FORMAÇÃO DE COMPOSTOS DUROS

FRÁGEIS

TRINCA A FRIO

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DIAGRAMA DE FASE FERRO – FeDIAGRAMA DE FASE FERRO – Fe33CC

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DIAGRAMA DE FASE FERRO – FeDIAGRAMA DE FASE FERRO – Fe33CC

FERRITA

FASE BASTANTE “MOLE” E DÚCTIL

CONSEGUE DILUIR DE 0,008 ATÉ 0,0218 % DE C

DUREZA APROXIMADA DE 80 HB

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DIAGRAMA DE FASE FERRO – FeDIAGRAMA DE FASE FERRO – Fe33CC

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DIAGRAMA DE FASE FERRO – FeDIAGRAMA DE FASE FERRO – Fe33CC

AUSTENITA

FASE DE MAIOR DUCTILIDADE QUE A FERRITA

CONSEGUE DILUIR DE ATÉ 2,11 % DE C

HOMENAGEM AO METALURGISTA ROBERT AUSTEN

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DIAGRAMA DE FASE FERRO – FeDIAGRAMA DE FASE FERRO – Fe33CC

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DIAGRAMA DE FASE FERRO – FeDIAGRAMA DE FASE FERRO – Fe33CC

FERRITA

FASE BASTANTE “MOLE” E DÚCTIL

CONSEGUE DILUIR DE 0,008 ATÉ 0,0218 % DE C

DUREZA APROXIMADA DE 80 HB

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DIAGRAMA DE FASE FERRO – FeDIAGRAMA DE FASE FERRO – Fe33CC

AUSTENITA

FASE DE MAIOR DUCTILIDADE QUE A FERRITA

CONSEGUE DILUIR DE ATÉ 2,11 % DE C

HOMENAGEM AO METALURGISTA ROBERT AUSTEN

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DIAGRAMA DE FASE FERRO – FeDIAGRAMA DE FASE FERRO – Fe33CC

FASES EXISTEM PARA UMA FAIXA DE TEMPERATURA E DE COMPOSIÇÃO QUÍMICA

SÃO FORMADAS EM RESFRIAMENTO LENTO

AÇOS FERROS FUNDIDOS

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DIAGRAMA DE FASE FERRO – FeDIAGRAMA DE FASE FERRO – Fe33CC

PONTO EUTETÓIDE0,8 % C

727ºC

Neste ponto temos um agregado

lamelar de ferrita + Fe3C

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DIAGRAMA DE FASE FERRO – FeDIAGRAMA DE FASE FERRO – Fe33CC

HIPOEUTETÓIDE

HIPEREUTETÓIDE

0,8 % C

HIPO HIPER

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DIAGRAMA DE FASE FERRO – FeDIAGRAMA DE FASE FERRO – Fe33CC AÇO

HIPOEUTETÓIDE

RESFRIAMENTO LENTO

AUSTENITA

FERRITA + AUSTENITA

FERRITA + PERLITA

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DIAGRAMA DE FASE FERRO – FeDIAGRAMA DE FASE FERRO – Fe33CC

ESTRUTURA DE UM AÇO HIPOEUTETÓIDE

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DIAGRAMA DE FASE FERRO – FeDIAGRAMA DE FASE FERRO – Fe33CC

AUSTENITA

CEMENTITA + AUSTENITA

CEMENTITA + PERLITA

AÇO

HIPEREUTETÓIDE

RESFRIAMENTO LENTO

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DIAGRAMA DE FASE FERRO – FeDIAGRAMA DE FASE FERRO – Fe33CC

ESTRUTURA DE UM AÇO HIPEREUTETÓIDE

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DIAGRAMA DE FASE FERRO – FeDIAGRAMA DE FASE FERRO – Fe33CC

AÇO EUTETÓIDE

RESFRIAMENTO LENTO

100% PERLITA

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DIAGRAMA DE FASE FERRO – FeDIAGRAMA DE FASE FERRO – Fe33CC

ESTRUTURA DE UM AÇO EUTETÓIDE

PERLITA = LAMELAS DE Fe3C E FERRITA

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EXERCÍCIOSEXERCÍCIOS

Exercícios do número 1 ao 9, 12, 14 Exercícios do número 1 ao 9, 12, 14 e 15;e 15;

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CURVAS TEMPO – TEMPERATURA – TRANSFORMAÇÃO CURVAS TEMPO – TEMPERATURA – TRANSFORMAÇÃO

• O DIAGRAMA DE FASES:

• QUAIS FASES IRÃO SE FORMAR NO EQUILÍBRIO

• CONDIÇÃO DE RESFRIAMENTO MUITO LENTO

• VANTAGEM: 1 DIAGRAMA PARA TODAS COMPOSIÇÕES

• NÃO SE SABE O TEMPO PARA TRANSFORMAÇÃO

• EXISTEM FASES NÃO PREVISTAS NO DIAGRAMA ?

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CURVAS TEMPO – TEMPERATURA – TRANSFORMAÇÃO CURVAS TEMPO – TEMPERATURA – TRANSFORMAÇÃO

O diagrama de transformação isotérmica ou

diagrama TTT (p/ aços) é obtido pelo

resfriamento da austenita a temperaturas

constantes e sua transformação determinada

ao longo do tempo.

A CURVA SE APLICA APENAS A UM ÚNICO AÇO

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APRESENTAÇÃO DAS CURVAS TTTAPRESENTAÇÃO DAS CURVAS TTT

DIAGRAMA TTT

NOVAS FASES?

MARTENSITA?

BAINITA ?

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FATORES QUE INFLUENCIAM A POSIÇÃO DAS FATORES QUE INFLUENCIAM A POSIÇÃO DAS CURVAS TTTCURVAS TTT

a) Teor de carbonoa) Teor de carbono

b) Teor de elemento de ligab) Teor de elemento de liga

c) TG e homogeneização da austenitac) TG e homogeneização da austenita

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CURVAS DE RESFRIAMENTO CONTÍNUO – CCTCURVAS DE RESFRIAMENTO CONTÍNUO – CCT

Um diagrama de transformação isotérmica (curva TTT) é válida apenas para condições de temperatura constante.

No entanto, a maioria das aplicações (tratamentos térmicos, soldagem, fundição) para aços envolvem resfriamento contínuo de uma amostra até à temperatura ambiente. Para prever as transformações ocorridas nessa situação utiliza-se as curvas CCT.

Os fatores que influenciam as curvas CCT são os mesmos das curvas TTT (%C; elemento de liga e tamanho de grão).

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CURVAS DE RESFRIAMENTO CONTÍNUO – CCTCURVAS DE RESFRIAMENTO CONTÍNUO – CCT

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CCT – AÇO 15B41HCCT – AÇO 15B41H

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AULA 2AULA 2

DÚVIDAS???DÚVIDAS???

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ASPECTO TÉRMICO DA SOLDAGEMASPECTO TÉRMICO DA SOLDAGEM

Na soldagem, uma junta precisa ser aquecida

Fontes de calor muito concentradas

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ASPECTO TÉRMICO DA SOLDAGEMASPECTO TÉRMICO DA SOLDAGEM

Transferência de Calor

FusãoMicroestrutura

Trincas

Distorções

Transformações

desejáveis ou indesejáveis

Falamos em resfriamento e transformações

Resfriamento lento

Resfriamento brusco

Na soldagem: Temos Diferentes aquecimentos e resfriamentos

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ENERGIA DE SOLDAGEMENERGIA DE SOLDAGEM

E – Energia de soldagem (Joule/milímetro)f – Eficiência de transmissão de calorT – Tensão (Volts)I – Intensidade de corrente elétrica (Amperes)V – Velocidade de deslocamento da poça de fusão (milímetro/segundo)P – Potência calorífica produzida pela fonte de calor na soldagem (Watts)

ELETROESCÓRIA

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ENERGIA DE SOLDAGEMENERGIA DE SOLDAGEM

O VALOR DE ENERGIA DE SOLDAGEM

Pode ser igual e termos resultados diferentes

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FONTES DE ENERGIA NA SOLDAGEMFONTES DE ENERGIA NA SOLDAGEM

São modelos criados para equacionamento de extração de calor

Dois modelos

3D 2D

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CICLO TÉRMICOCICLO TÉRMICO

Ciclo térmico no ponto A

TEMPERATURA MÁXIMA

TEMPO EM TEMPERATURA

TAXA DE RESFRIAMENTO

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REPARTIÇÃO TÉRMICAREPARTIÇÃO TÉRMICA

Curva de repartição térmica

É a distribuição de calor na região da solda e na região adjacente

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REPARTIÇÃO TÉRMICAREPARTIÇÃO TÉRMICA

Distribuição de calor na poça de fusão e na região adjacente a solda

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Distrubuição de temperatura em 3 chapas de diferentes espessuras

5 mm

10 mm

20 mm

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Monitoring Heat InputMonitoring Heat Input

Weld and weld pool temperatures

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Ciclos térmicos em diversas distâncias da solda

DIFERENTES CICLOS TÉRMICOS =

DIFERENTES MICROESTRUTURAS =

DIFERENTES PROPRIEDADES MECÂNICAS

REPARTIÇÃO TÉRMICAREPARTIÇÃO TÉRMICA

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FATORES DO CICLO TÉRMICOFATORES DO CICLO TÉRMICO

Onde:

mm -temperatura máxima -temperatura máxima atingidaatingida

- coeficiente de troca - coeficiente de troca térmica superficialtérmica superficial

VV - velocidade de - velocidade de resfriamentoresfriamento

- condutibilidade - condutibilidade térmicatérmica

C - capacidade térmica C - capacidade térmica volumétricavolumétrica

x - distância ao centro da x - distância ao centro da soldasolda

e - base dos logaritmos e - base dos logaritmos neperianosneperianos

oo - temperatura inicial da - temperatura inicial da peçapeça

E - energia de soldagemE - energia de soldagem - temperatura na qual se - temperatura na qual se calcula a velocidade de calcula a velocidade de resfriamentoresfriamento

t – espessurat – espessura

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Figura 6.12 – Influência da energia de soldagem e da espessura no tempo de resfriamento

Coeficiente Coeficiente de correção de correção (multiplicaçã(multiplicaçã

o)o)

EE 1,01,0 1,51,5 0,670,67 0,670,67 0,50,5

tt 11 1,51,5 11 11 11

Figura - Coeficientes de correção para a energia de soldagem e espessura da peça em função da geometria da junta para serem usados no cálculo da velocidade de resfriamento.

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VOLATILIZAÇÃOVOLATILIZAÇÃO

- Perda de elementos – pressão de vapor – Pb e Mg- Perda de elementos – pressão de vapor – Pb e Mg

- Maiores perdas no modo de transferência SPRAY- Maiores perdas no modo de transferência SPRAY

REAÇÕES QUÍMICASREAÇÕES QUÍMICAS

Aços efervescentes;Aços efervescentes;

Reações de desoxidação (escória – ER; CO e CO2 – MAG)Reações de desoxidação (escória – ER; CO e CO2 – MAG)

Aços acalmados e adição de elementos de ligaAços acalmados e adição de elementos de liga

ZONA FUNDIDA - TRANSFORMAÇÕES ASSOCIADAS À FUSÃO

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ABSORÇÃO DE GASESABSORÇÃO DE GASES

Figura – Curvas de Sieverts. Variação da solubilidade do hidrogênio com a temperatura

HIDROGÊNIO

UMIDADE fluxo e eletrodo

SATURAÇÃO DO LÍQUIDO

LEI DE SIEVERT´S

NITROGÊNIO E OUTROS GASES TAMBÉM SÃO ABSORVIDOS

NITROGÊNIO – EFEITO POSITIVO: + RM

NITROGÊNIO – EFEITO NEGATIVO: FRAGILIZANTE (75 PPM)

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DILUIÇÃODILUIÇÃO

Onde: D – diluiçãoA – área da seção transversal da zona fundida.B – área de participação do metal de base na seção transversal da zona

fundida.

Figura - Diluição

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SOLIDIFICAÇÃO DA ZONA FUNDIDASOLIDIFICAÇÃO DA ZONA FUNDIDA

NÚCLEOS SE FORMAM NAS PAREDES DO MOLDE.

E NA SOLDAGEM? QUEM É O MOLDE?

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EPITAXIAEPITAXIA

Figura – Influência da orientação dos grãos do metal de base sobre a estrutura de solidificação da zona fundida

GRÃOS SE FORMAM E CRESCEM SEGUINDO A ORIENTAÇÃO DO MB

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CRESCIMENTO COMPETITIVO DE GRÃOSCRESCIMENTO COMPETITIVO DE GRÃOS

Figura – Crescimento competitivo de grãos

CRESCIMENTO SE DÁ NA DIREÇÃO OPOSTA A EXTRAÇÃO DE CALOR

CESCIMENTO NA DIREÇÃO DAS ISOTERMAS

EXISTE CRESCIMENTO PERPENDICULAR?

O QUE OCORRE QUANDO GRÃOS SE ENCONTRAM?

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CRESCIMENTO COMPETITIVO DE GRÃOSCRESCIMENTO COMPETITIVO DE GRÃOS

Figura – Orientação da estrutura da zona fundida em função da velocidade de soldagem

FORMATO DA POÇA DE FUSÃO vs VELOCIDADE DE SOLDAGEM

Segregação alinhada para velocidades muito altas

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SEGREGAÇÃO SEGREGAÇÃO

A – Segregação; B – Propagação de segregação (ou defeito) pré-existente.

Figura – Segregação da zona fundida:

Liquidus?

Solidus?

FORMAÇÃO DE COMPOSTOS DE BAIXO PONTO DE FUSÃO

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SEPARAÇÃO DE SUBSTÂNCIAS INSOLÚVEISSEPARAÇÃO DE SUBSTÂNCIAS INSOLÚVEIS

SEPARAÇÃO DEVIDO A REDUÇÃO DE SOLUBILIDADE

MAIS AFETADOS: GASES

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PRÉ-AQUECIMENTOPRÉ-AQUECIMENTOO preaquecimento consiste no aquecimento da junta

numa etapa anterior à soldagem.

Principal efeito: REDUZIR a velocidade de resfriamento

da junta soldada,

para: EVITAR a têmpera, isto é, a formação de

martensita; e aumentar a velocidade de difusão do

hidrogênio na junta soldada.

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O pós-aquecimento consiste na manutenção da junta soldada a uma

temperatura acima da temperatura ambiente por um determinado tempo com o

objetivo principal de AUMENTAR a DIFUSÃO do HIDROGÊNIO na solda.

formação de FISSURAÇÃO PELO HIDROGÊNIO.

Tão logo a soldagem termine, de forma a AUMENTAR a VELOCIDADE de

RESFRIAMENTO da junta soldada.

TRATAMENTO DE BAIXA INFLUÊNCIA NAS PROPRIEDADES DO MATERIALTRATAMENTO DE BAIXA INFLUÊNCIA NAS PROPRIEDADES DO MATERIAL

O pós-aquecimento deve ser executado quando?(1mês após? 1dia? 1 hora?)

A eficiência do pós-aquecimento depende

deste fato, pois o resfriamento RÁPIDO da junta soldada permitiria?

PÓS-AQUECIMENTOPÓS-AQUECIMENTO

Local heat treatment using Local heat treatment using electric heating blanketselectric heating blankets

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FATORES DE INFLUÊNCIAFATORES DE INFLUÊNCIA

TRINCAS INDUZIDAS H / FISSURAÇÃO A FRIOTRINCAS INDUZIDAS H / FISSURAÇÃO A FRIO

hidrogênio dissolvido no metal fundido;

as tensões associadas à soldagem

(tensões de solidificação);

microestrutura frágil (martensita);

baixa temperatura (abaixo de 150°C).

QUEM DISSOLVE MAIS H? AUSTENITA OU FERRITA?

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FONTES DE HIDROGÊNIOFONTES DE HIDROGÊNIO

REVESTIMENTOS ORGÂNICOS (CELULÓSICO)REVESTIMENTOS ORGÂNICOS (CELULÓSICO)

REVESTIMENTO E FLUXOS ÚMIDOSREVESTIMENTO E FLUXOS ÚMIDOS

COMPOSTOS HIDRATADOS – FERRUGEMCOMPOSTOS HIDRATADOS – FERRUGEM

UMIDADE DO ARUMIDADE DO AR

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Evolução da concentração de hidrogênio das soldasEvolução da concentração de hidrogênio das soldas

ProcessoProcesso

Concentração de hidrogênio em ml/100gConcentração de hidrogênio em ml/100g

Solda Solda líquidalíquida

Liberado Liberado nasnas

primeirasprimeiras 24 horas24 horas

Liberado Liberado nos nos

próximos próximos 2020

diasdias

ResiduResidualal

Eletrodo Eletrodo revestido revestido E6010E6010

2828 1010 33 1515

Eletrodo Eletrodo revestido revestido E6012E6012

1515 66 22 77

Eletrodo Eletrodo revestido revestido E6015E6015

88 22 11 55

TIG (argônio)TIG (argônio) 44 11 00 33

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PREVENÇÃO DE TRINCA POR HIDROGÊNIO???PREVENÇÃO DE TRINCA POR HIDROGÊNIO???

DIFUSÃO É MAIS FÁCIL EM DIFUSÃO É MAIS FÁCIL EM ALTAALTA TEMPERATURATEMPERATURA

??????

UTILIZAÇÃO DE UTILIZAÇÃO DE PRÉPRÉ E E PÓSPÓS AQUECIMENTOAQUECIMENTO

????

PARA PARA EVITAREVITAR A FORMAÇÃO DE MARTENSITA A FORMAÇÃO DE MARTENSITA

??

E PARA PERMITIR A E PARA PERMITIR A DIFUSÃODIFUSÃO DO HIDROGÊNIO DO HIDROGÊNIO

A SOLUÇÃO É FAZER O HIDROGÊNIO A SOLUÇÃO É FAZER O HIDROGÊNIO SAIRSAIR ! !

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CARBONO EQUIVALENTE (CE)CARBONO EQUIVALENTE (CE)

DÁ UMA NOÇÃO DA TEMPERABILIDADE DO MATERIAL (MARTENSITA)

?????

MATERIAIS SUSCEPTÍVEIS E TRINCA POR HIDROGÊNIO

TEMPERABILIDADE:

Equação utilizada para aços baixa – liga %C < 0,18

PROFUNDIDADE DA TÊMPERA

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CARBONO EQUIVALENTE (CE)CARBONO EQUIVALENTE (CE)

ASPECTOS A SE CONSIDERAR

Equação utilizada para aços dutos de petróleo - IIW

O CE é utilizado para a avaliação da soldabilidade relativa dos

aços temperáveis quanto a fissuração pelo hidrogênio. Por

exemplo, aços com CE > 0,40 necessitam de cuidados especiais

para evitar a fissuração pelo hidrogênio.

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Aula 3Aula 3

DÚVIDAS??DÚVIDAS??

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FISSURAÇÃO LAMELARFISSURAÇÃO LAMELAR

Decoesão lamelar na ZTA de uma junta de topo multipasse.

Sua ocorrência está associada à presença simultânea de inclusões não

metálicas alinhadas na direção de laminação no metal de base e tensões

trativas de soldagem perpendiculares ao eixo dessas inclusões.

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UMA SOLUÇÃO PARA EVITAR FISSURAÇÃO LAMELAR – UMA SOLUÇÃO PARA EVITAR FISSURAÇÃO LAMELAR – AMANTEIGAMENTO(?)AMANTEIGAMENTO(?)

DEPOSIÇÃO DE UM CORDÃO DE MATERIAL DÚCTIL

CAMADA ABSORVE TENSÕES

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FISSURAÇÃO A QUENTEFISSURAÇÃO A QUENTE

Figura – Tipos de trincas a quente

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A fissuração a quente resulta da segregação de fases de ponto de fusão mais

baixo que o metal da zona fundida ou da zona afetada termicamente. Trinca a quente, fissuração a quente, trinca de solidificação é o mesmo tipo

de trinca.

PREVENÇÃOPREVENÇÃO

evitar fase pré-fusível (baixo ponto de fusão S e P); evitar formação de filme líquido envolvendo os grãos; minimizar os esforços de contração.

FISSURAÇÃO A QUENTEFISSURAÇÃO A QUENTE

UMA SOLUÇÃO: TRATAMENTO DE ENXOFRE

COM MANGANÊS

Page 87: 130952855 Curso Inspetor de Solda Modulo 6 Metalurgia Da Soldagem ATUAL

FISSURAÇÃO A QUENTEFISSURAÇÃO A QUENTE

AÇOS INOXIDÁVEIS AUSTENÍTICOS

SÃO SUSCEPTÍVEIS A FISSURAÇÃO A QUENTE

POIS A AUSTENITA NÃO CONSEGUE DISSOLVER COMPOSTOS DE ENXOFRE

ENTÃO É NECESSÁRIO FORMAR UM PEQUENO PERCENTUAL DE FERRITA

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SÃO CICLOS TÉRMICOS >>>>> PROPRIEDADE(S) MECÂNICA(S)

COMO OBTER UMA DETERMINADA PROPRIEDADE MECÂNICA?

TRATAMENTOS TÉRMICOSTRATAMENTOS TÉRMICOS

MODIFICANDO A MICROESTRUTURA DO MATERIAL

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O tratamento térmico de alívio de tensões consiste, de modo simplificado,

em aquecer uniformemente a peça, de maneira que o limite de escoamento

do material fique reduzido a valores inferiores às tensões residuais. Nesta

condição, as tensões residuais provocam deformações plásticas locais

diminuindo de intensidade.

Para impedir mudanças na microestrutura ou dimensões da peça, a

temperatura é mantida abaixo da temperatura crítica.

ALÍVIO DE TENSÕESALÍVIO DE TENSÕES

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NORMALIZAÇÃONORMALIZAÇÃO

A normalização consiste no aquecimento da peça a uma temperatura acima

da zona crítica (temperatura A3 ou temperatura Acm), seguido de resfriamento

ao ar. É necessário que toda a estrutura se austenitize antes do resfriamento.

O objetivo da normalização é a obtenção de uma microestrutura mais

fina e uniforme. Os constituintes que se obtém da normalização do aço

carbono são ferrita e perlita fina (aços hipoeutetóides) ou cementita e perlita

fina (aços hipereutetóides). Dependendo do tipo de aço pode-se,

eventualmente, obter bainita

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NORMALIZAÇÃONORMALIZAÇÃO

Figura – Normalização

OBJETIVO: reduzir e homogeneizar o tamanho de grão

Ferrita e perlita fina

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MicroestruturaMicroestrutura

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RECOZIMENTORECOZIMENTO

Inspetor de Soldagem - Inspetor de Soldagem - MetalurgiaMetalurgia

Inspetor de Soldagem - Inspetor de Soldagem - MetalurgiaMetalurgia

O recozimento consiste no aquecimento da peça acima da zona crítica (A3)

durante o tempo necessário para que toda a microestrutura se austenitize,

seguido de um resfriamento muito lento, mediante o controle da velocidade de

resfriamento do forno. A microestrutura obtida nos aços carbono é a perlita

grossa e ferrita.

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RECOZIMENTORECOZIMENTO

OBJETIVO: redução de dureza

Ferrita e perlita grosseira

Figura – Recozimento

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MicroestruturaMicroestrutura

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TÊMPERA & REVENIDOTÊMPERA & REVENIDO

Inspetor de Soldagem - Inspetor de Soldagem - MetalurgiaMetalurgia

Inspetor de Soldagem - Inspetor de Soldagem - MetalurgiaMetalurgia

A têmpera consiste no aquecimento da peça acima da zona crítica seguido

de um resfriamento rápido. O objetivo da têmpera é a obtenção da estrutura

martensítica resultando, por este motivo, no aumento da dureza e na redução

da tenacidade da peça.

O revenimento consiste em aquecer o material a temperaturas bastante

inferiores à temperatura crítica, permitindo uma certa acomodação do sistema

cristalino e, como conseqüência, a diminuição da dureza e o aumento da

tenacidade da peça. A estrutura resultante chama-se de martensita revenida.

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TÊMPERA E REVENIMENTOTÊMPERA E REVENIMENTO

Figura – Têmpera e revenimento

OBJETIVO: Aumento de dureza e R.M

Martensita revenida

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MicroestruturaMicroestrutura

Page 99: 130952855 Curso Inspetor de Solda Modulo 6 Metalurgia Da Soldagem ATUAL

MicroestruturaMicroestrutura

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Particularidades dos açosParticularidades dos aços

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Aços ao CarbonoAços ao Carbono

Aços baixo carbono: C, 0,18%Aços baixo carbono: C, 0,18%Aplicações gerais – fáceis de serem soldadosAplicações gerais – fáceis de serem soldados

Aços Médio Carbono: 0,2%<C<0,4%Aços Médio Carbono: 0,2%<C<0,4%Vasos de pressão – ResponsabilidadeVasos de pressão – Responsabilidade

Aços para baixa temperaturaAços para baixa temperatura::Adição de Mn >>> RMAdição de Mn >>> RM

Aços com qualidade EstruturalAços com qualidade Estrutural::A36A36

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CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS LIGADOSCLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS LIGADOS

AÇOS DE BAIXA E MÉDIA LIGAAÇOS DE BAIXA E MÉDIA LIGA

Aços de baixa liga (até 5% de EL);

Aços de média liga (de 5% a 10% de EL); e

Aços de alta liga (mais de 10% de EL).

AÇOS LIGA Mo e Cr-MoAÇOS LIGA Mo e Cr-Mo

Os aços-liga molibdênio e cromo-molibdênio são aços contendo até 1% de

Mo e até 9% de Cr como elementos de liga. São todos materiais magnéticos

de estrutura ferrítica.

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AÇOS LIGA Mo e Cr-MoAÇOS LIGA Mo e Cr-Mo

Esses aços foram desenvolvidos especificamente para serviços em altas

temperaturas, onde os esforços mecânicos forem elevados e a corrosividade

do meio moderada.

< 2 1/2% de Cr< 2 1/2% de Cr

Esses aços são específicos para serviços em temperaturas elevadas com

esforços mecânicos moderados e alta corrosividade do meio.

> 2 1/2% de Cr> 2 1/2% de Cr

OBS.: Os Cr-Mo por serem temperáveis ao ar requerem que os procedimentos de soldagem sejam desenvolvidos com a precaução de

evitar a fissuração pelo hidrogênio

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AÇOS NÍQUELAÇOS NÍQUEL

AÇOS DE BAIXA E MÉDIA LIGAAÇOS DE BAIXA E MÉDIA LIGA

Os teores mais comuns para o Ni são 2,5% / 3,5 % / 9 %.

Os aços contendo níquel como elemento de liga são os materiais específicos

para serviços em baixas temperaturas. Quanto maior a percentagem de

níquel, mais baixo também pode ser a temperatura de utilização do aço.

AÇOS LIGA DE ALTA RESISTÊNCIAAÇOS LIGA DE ALTA RESISTÊNCIA

Existe uma grande variedade de aços-liga desenvolvidos especialmente para

apresentarem altos valores do limite de resistência, que pode atingir até 100

kgf/mm2. Os elementos de liga são variáveis, podendo conter Mn, Cr, Mo, V

entre outros, em uma quantidade total de até 5%. Esses aços são submetidos a

tratamento térmicos de têmpera e revenido.

Page 105: 130952855 Curso Inspetor de Solda Modulo 6 Metalurgia Da Soldagem ATUAL

Aços Alta liga - InoxidáveisAços Alta liga - Inoxidáveis

Mecanismo de proteção dos Aços inoxidáveisMecanismo de proteção dos Aços inoxidáveis

Proteção pelo filme de óxidoProteção pelo filme de óxido

Aços inoxidáveis apresentam corrosão em Aços inoxidáveis apresentam corrosão em meio com Clmeio com Cl..

Page 106: 130952855 Curso Inspetor de Solda Modulo 6 Metalurgia Da Soldagem ATUAL

Tipos de aços InoxidáveisTipos de aços InoxidáveisTodos os aços Inox possuem um mínimo de 12% de Cr

Os 3 principais tipos de aço inox são:

-FERRÌTICOS: Série 400

-MARTENSÌTICOS: mais C, Série 400

-AUSTENÍTICOS: Alto teor de Ni, Série 300

Page 107: 130952855 Curso Inspetor de Solda Modulo 6 Metalurgia Da Soldagem ATUAL

Aços Inoxidáveis - AusteníticosAços Inoxidáveis - Austeníticos

Austenita desde a temperatura ambiente até a temperatura de fusão

Cr e Ni em níveis em altos teores

Ex: SAE 304 (18% Cr e 8%Ni)

Aplicações especiais em baixa temperatura

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Aços Inoxidáveis - Aços Inoxidáveis - MartensíticosMartensíticos

Ferrita e Austenita >>> Semelhante Fe-C

Cr + Ni em níveis consideráveis

São temperáveis

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Aços Inoxidáveis - FerríticosAços Inoxidáveis - Ferríticos

Ferrita desde a temperatura ambiente até a temperatura de fusão

Ni em níveis residuais

Inox de uso geral

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DIAGRAMA DE SCHAEFFLERDIAGRAMA DE SCHAEFFLER

a) Cromo Equivalente - a) Cromo Equivalente - É definido como a soma É definido como a soma ponderada dos elementos alfágenos e expressa sua ponderada dos elementos alfágenos e expressa sua influência de vários elementos químicos relativamente ao influência de vários elementos químicos relativamente ao Cromo. É calculado pela seguinte fórmula:Cromo. É calculado pela seguinte fórmula:

Creq = % Cr + Mo + 1,5 x % Si + 0,5 x % Creq = % Cr + Mo + 1,5 x % Si + 0,5 x % NbNb

b) Níquel Equivalente - b) Níquel Equivalente - É definido como a soma do teor É definido como a soma do teor de níquel e dos elementos gamágenos, multiplicados pelo de níquel e dos elementos gamágenos, multiplicados pelo fator que expressa sua influência relativamente ao níquel. fator que expressa sua influência relativamente ao níquel. É calculado pela seguinte fórmula:É calculado pela seguinte fórmula:

Nieq = % Ni + 30 x % C + 0,5 x % MnNieq = % Ni + 30 x % C + 0,5 x % Mn

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DIAGRAMA DE SCHAEFFLERDIAGRAMA DE SCHAEFFLER

Page 112: 130952855 Curso Inspetor de Solda Modulo 6 Metalurgia Da Soldagem ATUAL

NÚMERO DE FERRITANÚMERO DE FERRITA

Em aços inoxidáveis Cr - Ni austeníticos, soldas totalmente austeníticas,

sem fase ferrítica, são propensas à fissuração a quente. Soldas contendo de 4

a 10% de ferrita são resistentes à fissuração.

Para se determinar a percentagem de ferrita em uma solda foi introduzido o

conceito de Número de Ferrita (NF). O estabelecimento deste conceito veio a

facilitar a determinação da percentagem de ferrita uma vez que o número de

ferrita de uma solda é medido por leituras magnéticas, com aparelhos

calibrados em corpos de prova padrão.

Page 113: 130952855 Curso Inspetor de Solda Modulo 6 Metalurgia Da Soldagem ATUAL

NÚMERO DE FERRITANÚMERO DE FERRITA

Deseja-se um pequeno % de ferrita nos aços inox austeníticos

Para a solubilidade dos compostos de enxofre

Estrutura CFC não dilui enxofre, mas a CCC sim

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OBRIGADO !!OBRIGADO !!

Gustavo de Oliveira de Antoni

CONTATO:

[email protected]

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REVISÃOREVISÃO

ESTRUTURA CRISTALINAESTRUTURA CRISTALINA

Organização atômica de sólidos e líquidos;

A vibração dos átomos é função da temperatura;

Quais as principais estruturas cristalinas dos materiais metálicos?

Densidade atômica (ex.: CFC>CCC)

Ocorrência de deformações plásticas em planos de maior densidade atômica.

Inspetor de Soldagem - Inspetor de Soldagem - MetalurgiaMetalurgia

Inspetor de Soldagem - Inspetor de Soldagem - MetalurgiaMetalurgia

LIGAS METÁLICASLIGAS METÁLICAS

O que são soluções sólidas?

Qual a diferença entre slç sólida intersticial e substitucional?

Quais os tipos de soluções sólidas constituídas por C, H, N? E Cu, Mn, Cr?

Page 117: 130952855 Curso Inspetor de Solda Modulo 6 Metalurgia Da Soldagem ATUAL

REVISÃOREVISÃO

DIFUSÃODIFUSÃO O que é?

Quais os fatores que afetam ? Tempo e Temperatura

Aplicações e efeitos da difusão (cementação de aços, sensitização de aços

inoxidáveis)

Inspetor de Soldagem - Inspetor de Soldagem - MetalurgiaMetalurgia

Inspetor de Soldagem - Inspetor de Soldagem - MetalurgiaMetalurgia

NUCLEAÇÃO E CRESCIMENTONUCLEAÇÃO E CRESCIMENTO

Formação de grãos.

O que são grão? E contorno de grão?

Quais as transformações podem ocorrer nos contornos de grão?

Relação entre propriedades mecânicas e o tamanho de grão.

O que é microestrutura?

Quais os fatores afetam a microestrutura? Ciclo térmico e composição

químca.

Page 118: 130952855 Curso Inspetor de Solda Modulo 6 Metalurgia Da Soldagem ATUAL

REVISÃOREVISÃO

ASPECTOS TÉRMICOS DA SOLDAGEMASPECTOS TÉRMICOS DA SOLDAGEM

Quais os fatores influenciam na energia de soldagem?

O que é ciclo térmico? Quais informações pode fornecer?

O que é repartição térmica? Quais informações pode fornecer?

Fatores que influenciam no ciclo térmico (preaquecimento, energia de

soldagem, propriedades físicas dos materiais, espessura, geometria da junta)

Inspetor de Soldagem - Inspetor de Soldagem - MetalurgiaMetalurgia

Inspetor de Soldagem - Inspetor de Soldagem - MetalurgiaMetalurgia

DILUIÇÃODILUIÇÃO

Conceito de diluição.

Os efeitos da diluição.

Page 119: 130952855 Curso Inspetor de Solda Modulo 6 Metalurgia Da Soldagem ATUAL

REVISÃOREVISÃO

PREAQUECIMENTO E PÓS-AQUECIMENTOPREAQUECIMENTO E PÓS-AQUECIMENTO

Quais os objetivos?

Diferença para com os tratamentos térmicos.

Inspetor de Soldagem - Inspetor de Soldagem - MetalurgiaMetalurgia

Inspetor de Soldagem - Inspetor de Soldagem - MetalurgiaMetalurgia

TRATAMENTOS TÉRMICOSTRATAMENTOS TÉRMICOS

Conceito dos principais tratamentos (qual a faixa de temperatura do

tratamento, velocidade de resfriamento, tempo de tratamento)

Objetivos de cada tratamento.

Page 120: 130952855 Curso Inspetor de Solda Modulo 6 Metalurgia Da Soldagem ATUAL

REVISÃOREVISÃO

TENSÕES RESIDUAISTENSÕES RESIDUAIS

O que são?

Os níveis de tensão residual na direção transversal e longitudinal ao cordão

de solda.

Inspetor de Soldagem - Inspetor de Soldagem - MetalurgiaMetalurgia

Inspetor de Soldagem - Inspetor de Soldagem - MetalurgiaMetalurgia

PRINCIPAIS LIGAS METÁLICAS SOLDADASPRINCIPAIS LIGAS METÁLICAS SOLDADAS

O que é soldabilidade?

Conceito de carbono equivalente.

Classificação das principais ligas (atenção para os aços inoxidáveis)

Page 121: 130952855 Curso Inspetor de Solda Modulo 6 Metalurgia Da Soldagem ATUAL

REVISÃOREVISÃO

TRINCASTRINCAS

Quais os fatores que influenciam cada tipo de trinca (trinca a quente, a frio e

lamelar)?

Como evitar as trincas?

Locais típicos de aparecimento.

Conceito de segregação e fase pré-fusível.

Inspetor de Soldagem - Inspetor de Soldagem - MetalurgiaMetalurgia

Inspetor de Soldagem - Inspetor de Soldagem - MetalurgiaMetalurgia


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