Metalurgia Da Soldadura

8/16/2019 Metalurgia Da Soldadura

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METALURGIA DASOLDADURA

Mestrado em Eng. Mecânica – ConstruçesMecânicas


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METALURGIA DA SOLDADURA


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METALURGIA DA SOLDADURAMeta!urgia " designa um con#unto

de $rocedimentos e t%cnicas $ara

e&tracç'o( )a*ricaç'o( )undiç'o etratamento dos metais e suas !igas.

So!dadura " en+o!+e muitos

)en,menos meta!-rgicos como( $ore&em$!o( )us'o( so!idicaç'o(trans)ormaçes no estado s,!ido(de)ormaçes causadas $e!o ca!or e

tenses de contracç'o( /ue $odem


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METALURGIACO12E1CIO1AL≠

METALURGIA DASOLDADURA


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METALURGIA DA SOLDADURA METALURGIA CO12E1CIO1AL

• So!idicaç'o $or nuc!eaç'o ecrescimento3• 2e!ocidade de so!idicaç'o !enta456 mm7min83• Gradiente t%rmico tota! e!e+ado3• Inter)ace !9/uido7s,!ido muda$rogressi+amente duranteso!idicaç'o3• Agitaç'o $e/uena comgradientes *ai&os de tens'o e de)orças e!ectromagn%ticas.

METALURGIA DA SOLDADURA• So!idicaç'o $raticamente a$enas$or crescimento3•

2e!ocidade de so!idicaç'o e!e+ada45666 mm7min83• Gradiente t%rmico com a maiorgrande:a o*ser+ada3• Inter)ace !i/uido7s,!ido des!oca"secontinuamente com a )orma do

tan/ue !i/uido3• Agitaç'o muito e!e+ada( !ogo maiorgradiente de tens'o su$ercia! e)orças e!ectromagn%ticas.


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METALURGIA DA SOLDADURAA meta!urgia da so!dadura estuda

+0rios itens( sendo os $rinci$ais;• So!idicaç'o da $oça !9/uida3• Trincas em tem$eratura e!e+ada e a)rio3•

Tenses residuais3• Trans)ormaç'o na :ona )undida3• Trans)ormaç'o na :ona termicamente

a)ectada 4


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METALURGIA DA SOLDADURASo!idicaç'o da $oça !9/uida

Mode!o $ara a so!idicaç'o da :ona)undida e $ara o crescimento e$ita&ia!

4Sa+age8;


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>ara contro!ar o crescimentoe$ita&ia! no $rocesso meta!-rgico( %

necess0rio contro!ar a tem$eratura ao!ongo do tem$o( ou se#a( o cic!ot%rmico;


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Assim( $odemos o*ter as $rinci$aisestruturas $rim0rias durante o

$rocesso de so!idicaç'o;

1

2

3

4


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Simu!açes do crescimento do gr'o durante aso!idicaç'o;


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>ro?@oro+ e S@irs@o+ esta*e!ecem/ue a com$osiç'o /u9mica e as

condiçes de so!dagem tam*%minuenciam o modo como a estruturase desen+o!+e;


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M. Bato e+idenciou tam*%m oa$arecimento de macroestruturas;


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METALURGIA DA SOLDADURA Trincas em tem$eratura e!e+ada e a )rio

Deniç'o de trinca a /uente e a )rio segundodi+ersas normas;


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METALURGIA DA SOLDADURA Trincas em tem$eratura e!e+ada 4/uente8

S'o consideradas como um de)eito/ue $ode ocorrer esca!a

microsc,$ica ou macrosc,$ica. Estasocorrem;• 1os contornos do gr'o( es$açointerdendr9tico ou intergranu!ar durante a

so!idicaç'o3• De+ido concentraç'o de im$ure:as4segregaçes8 nestas regies durante aso!idicaç'o3• Tenses geradas $e!a contracç'o da so!da3


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METALURGIA DA SOLDADURA Trincas em tem$eratura e!e+ada

Mecanismo de )ormaç'o da trincasegundo >e!!ini e or!and di: /ue a

)ormaç'o de microsegregaçes e a)ormaç'o de )ases de *ai&o $onto de)us'o( aumentam o tem$o na eta$ade )ormaç'o do !me !9/uido;


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A origem e o a$arecimento detrincas durante a so!idicaç'o de+ido

a segregaçes )oi tam*%m $ro$osto$or or!and( Matsuda( >um$@ere e

Fennings;


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Outros )actores /ue inuncia oa$arecimento de trincas em

tem$eratura e!e+ada;

Conc!ui"se /ue a trinca de

so!idicaç'o de$ende da com$osiç'ou9mica e dos arâmetros de



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O estudo e&austi+o( $or +e:es !e+aa conc!uses so*re o modo de e+itar

as trincas durante o $rocesso deso!dadura;


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Simu!aç'o do a$arecimento detrincas em tem$eratura e!e+ada;


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C!assicaç'o das trincas segundoHemsort@;


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20rios e&em$!os detrincas;


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METALURGIA DA SOLDADURA Trincas a )rio

A trinca a )rio no cJm$uto gera! %considerada como sendo das maiscr9ticas( na medida /ue esta $oder0a$arecer dias de$ois de se tere)ectuara a o$eraç'o de so!dadura.

A trica a )rio a$arece $or $resençade @idrog%nio( tens'o residua! detracç'o( microestrutura susce$t9+e! e$or *ai&a tem$eratura.


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METALURGIA DA SOLDADURA Trincas a )rio 4>resença de Hidrog%nio8

Mode!o de )ragi!i:aç'o $or@idrog%nio $ro$osto $or Gran#on;


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METALURGIA DA SOLDADURA Trincas a )rio 4Microestrutura Susce$t9+e!8

A tem$eratura da c@a$a inunciana medida /ue se esta )or $r%a/uecida( a +e!ocidade dearre)ecimento diminui( $odendo"seredu:ir a /uantidade de martensite na


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>odem e&istir tenses numdeterminado com$onente sem /ue

e&istam cargas e&ternas3>odem surgir a /ua!/uer momento

do cic!o de +ida do com$onente3

Surgem sem$re /ue este se#asu*metido a um $rocesso de )a*rico()undiç'o( ma/uinagem( !aminagem(so!dadura( etcK

METALURGIA DA SOLDADURA Tenses residuais


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>odem ser introdu:idasintenciona!mente de )orma a re)orçar

o com$onente( em*ora $ossamredu:ir o a sua dura*i!idade3

Em*ora o com$onente n'o $artaa$enas $e!as tenses residuais( estassomadas com as cargas e&ternas$odem constituir gra+es $ro*!emas.

A$resentam"se como tenses de

tracç'o e de com$ress'o3



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A tens'o residua! na


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Re$resentaç'o dastenses de tracç'oe de com$ress'ocom a e+o!uç'o docord'o deso!dadura

A a!ta tem$eratura$ro+oca adi!ataç'o do

materia!( /ueorigina tenses decom$ress'o e oarre)ecimento$ro+ocacom$ress'o /ueorigina tenses de

tracç'o.


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De+ido aoacentuado desn9+e!de tem$eraturas

durante aso!dadura( $ara( $ore&em$!o um açocom 6( decar*ono( o materia!muda demicroestrutura N+e:es( o /ueim$!ica oa$arecimento detenses residuais


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Como e+itar o a$arecimento detenses residuais• Esco!@a dos materiais3• Se/uencia de so!dadura3• T%cnicas de so!dadura3•

>arâmetros ade/uados.



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O a$arecimento desta a$,s o$rocesso de so!dadura( tendem a /ue

e&ista um;• Diminuir a resistncia do materia!3• Aumentar a $ro$agaç'o de trincas e

ssuras3• Contri*uir $ara o a$arecimento dacorros'o3• =adiga3• EtcK



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A!ta +e!ocidade )a+orece o a$arecimentode tenses /ue $romo+em o a$arecimento

de trincas



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E&em$!o de e/ui$amentos dedi)racç'o de raios P;


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E&em$!o de c0!cu!os num%ricos de tensesresiduais;



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1ecessidade de a!i+io de tensesresiduais a$,s a rea!i:aç'o de uma

so!dadura;• Materiais com e!e+ado !imite e!0stico3• Aços tem$erados e re+enidos3•

Quando a es$essura do materia! aso!dar % e!e+ada.IM>ORTA1TE;Se a condiç'o )or grande rigide:( %recomendada o a!i+io de tenses.



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A!i+io t%rmico de tenses – a tens'ode !imite e!0stico 4assim como a

tens'o de ru$tura8 diminui com atem$eratura( o /ue signica /ue omateria! $ode ser de)ormado emmenores n9+eis de tens'o;



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A!i+io mecânico de tenses – Quandose a/uece um materia! cu#a tens'o

residua! se situa $r,&ima do !imitee!0stico( esta tens'o u!tra$assa este!imite( de)ormando o materia! ea!i+iando"o de tenses residuais;



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METALURGIA DA SOLDADURA Trans)ormaç'o na :ona )undida

A microestrutura na! do meta! deso!da de$ende de;• Teores de e!ementos de !iga3• Concentraç'o( com$osiç'o /u9mica edistri*uiç'o de taman@o de inc!uses

n'o met0!icas3• Microestrutura de so!idicaç'o3• Taman@o de gr'o da austeniteanterior3• Cic!o t%rmico da so!dadura.


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Simu!aç'o do a$arecimento edes!ocamento de uma inc!us'o;


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As trans)ormaçes do meta! deso!dadura( ocorrem em condiçes )ora

do e/ui!9*rio e com arre)ecimentose!e+ados.Este arre)ecimento % cont9nuo(

$odendo ocorrer mudança demor)o!ogia( modo de crescimento 4+ermode!o de Sa+age8( etc..

Como conse/uncia( as cur+as de

TTT 4Tem$o( Tem$eratura e


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Seguindo ou&ograma( ser0

$oss9+e! e)ectuaruma meta!ograa/uantitati+a dosdi+ersos

constituintes$resentes no meta!de so!dadura 4amicrosco$ia nemsem re conse ue


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Cada micro constituinte % estudado(% denidas a sua estrutura crista!ina(

)ases e o modo como interage comoutras estruturas )ormadas.A =errita Acicu!ar( % a

microestrutura mais dese#0+e! na #unta $ois $ossui uma e&ce!entecom*inaç'o entre resistncia etenacidade redu:indo o risco da

$ro$agaç'o de trincas.


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A =errita Acicu!ar % estudada $e!ameta!urgia da so!dadura sendo

demonstrada;• A caracteri:aç'o da mesma4densidade( taman@o m%dio(tem$eraturas de )ormaç'o( etc83• O mecanismo de nuc!eaç'o damesma3• O e)eito da /uantidade nas

$ro$riedades mecânicas3


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=arrar e Harinson estudaram a+ariaç'o da tens'o de !imite e!0stica

com a de =errita Acicu!ar;


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METALURGIA DA SOLDADURA Trans)ormaç'o na :ona termicamente a)ectada

A :ona termicamente a)ectada $e!oca!or % estudada de+ido ao )acto da

!igaç'o a ser e)ectuada( em$regar açoscom teores de car*ono e e!ementos de!iga /ue n'o $odem mudar a suacom$osiç'o( com o intuito de /ue as

$ro$riedades mecânicas n'o se#amtam*%m modicadas.O meta! de *ase tem cur+as de

arre)ecimento $r,$rias( assim como o

meta! de so!dadura( !ogo( a sua


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Harrison e =arrar identicam +0rias:onas e de)endem /ue cada uma tem

+e!ocidades de arre)ecimentodistintas. As regies s'o;• Regi'o de crescimento de gr'o 4566a 5566C83• Regi'o de reno de gr'o 45566 a66C83• Regi'o $arcia!mente trans)ormada

466 a V6C83


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Regies da :ona termicamentea)ectada; ZONAFUNDIDAZONADE

LIGAÇÃO

ZONACRESCIMEN

TO DOGRÃO

METAL DEBASE

ZFZPF

ZTA

ZONA DEREFINO

DO GRÃO

ZONAPARCIALMEN

TETRANSFORM

ADA


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ZONAFUNDIDA

ZONA DE REFINAMENTO DE

GRÃO

ZONA DE CRESCIMENTO DO

GRÃO


Cur+as de arre)ecimento cont9nuoem )unç'o das regies 4Harrison e

=arrar8 ; •=errita $rim0ria 4>=83

• =errita acicu!ar 4A=83

• =errita com )ase secund0ria4=S83

• Agregado =errita7Car*oneto4=C83

• Martensite 4M8


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ZONA FUNDIDA

ZONA DE REFINAMENTO DEGRÃO

ZONA DE CRESCIMENTO DO GRÃO


Sa!ienta"se/ue a!%m dos+0rios ti$o de)erritadescritose&iste umadesignada$or W=errita

=errita de idmanstXtten;•=errita $rim0ria 4>=83

• =errita acicu!ar 4A=83

• =errita com )ase secund0ria4=S83

• Agregado =errita7Car*oneto4=C83

• Martensite 4M8


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Caracter9sticas de cada regi'o da


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A trans)erncia de ca!or e o u&o deuido a)ectam a distri*uiç'o de

tem$eraturas no meta! de *ase( na)orma e taman@o de gr'o( na )orma etaman@o do tan/ue !i/uido( no $rocessode so!idicaç'o( +e!ocidades de

arre)ecimento( nas trans)ormaçes at%ao estado s,!ido do meta! de so!dadurae na :ona t%rmica a)ectada 4


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O contro!o e o c0!cu!o detem$eraturas( +e!ocidades de

circu!aç'o do uido e de arre)ecimento(s'o essenciais $ara assegurar uma *oaso!dadura( geometrias ade/uadas(com$osiç'o /u9micas e microestruturas

ideais( assim como *ai&as tensesresiduais e distorçes.

METALURGIA DA SOLDADURA=!u&o de ca!or


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O estudo da trans)erncia de ca!or durante aso!dadura recai so*re;• Inuncia do u&o de ca!or no u&o de uido3• Im$ortância re!ati+a da conduç'o e con+ecç'o3• E)eitos da con+ecç'o3• E)eitos da conduç'o3•

Contro!o da +a$ori:aç'o3• >r% e >,s"A/uecimento.

METALURGIA DA SOLDADURA=!u&o de ca!or


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Trans$orte de ca!or em )unç'o dotem$o( /ue se e)ectua $or conduç'o e

con+ecç'o.E&$ressa $e!a e/uaç'o *aseada na

conser+aç'o da energia 4com recurso mesma ser0 $oss9+e! esta*e!ecer+a!ores $ara as im$ortantes +ari0+eis$arametri:adas $ara uma so!dadura8.

METALURGIA DA SOLDADURA=!u&o de ca!or 4A trans)erncia de ca!or8


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Ca!or contidona $eça

Trocas deca!or $or

con+ecç'o

Tocas deca!or $orconduç'o

Geraç'ode ca!orinterno


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>ara uso desta e/uaç'o ter0 de serconta*i!i:ada;•

Energia condu:ida – caracteri:ado $e!are!aç'o entre a $otncia do arco e a+e!ocidade de so!dadura3• Energia a*sor+ida – de$ende danature:a do materia!( do ti$o de )ontede ca!or e dos $arâmetros do $rocessouti!i:ado3•

>erdas e rendimentos dos



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Um u&o de ca!or caracteri:a a )orma(taman@o e a circu!aç'o do materia!

)undido no tan/ue !9/uido.O u&o de ca!or inuncia a agitaç'o domesmo( esta*e!ece os gradientes detenses su$erciais e )orças

e!ectromagn%ticas.A macro e a microestrutura do materia!(assim como a so!da*i!idade de$endem dacon#ugaç'o destes im$ortantes u&os.

METALURGIA DA SOLDADURA=!u&o de ca!or 4=!u&o de ca!or 7 =!u&o de uido8


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A im$ortância re!ati+a no $rocessog!o*a! de troca de ca!or destes

)en,menos $ode ser estimada atra+%sdo n-mero de >ec!et 4>e8.>arâmetro adimensiona! % )unç'o;

• +e!ocidade da densidade3• do ca!or es$ecico3• com$rimento caracter9stico3• conduti+idade do meta! )undido.

METALURGIA DA SOLDADURA=!u&o de ca!or 4Conduç'o e con+ecç'o8


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Quando o +a!or % muito su$erior unidade o trans$orte de ca!or $rodu:"

se )undamenta!mente $or con+ecç'o.>ara materiais com a!ta

conduti+idade t%rmica( a +e!ocidades*ai&as e tan/ues de !i/uido $e/uenoseste % muito menor do /ue 5.

METALURGIA DA SOLDADURA=!u&o de ca!or 4Conduç'o e con+ecç'o8


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Os e)eitos da con+ecç'o recaemso*retudo na +ariaç'o;•

coeciente de tem$eratura da tens'osu$ercia!3• do u&o con+ecti+o no interior dotan/ue !9/uido3• na )orma ou geometria do tan/ue!9/uido.

METALURGIA DA SOLDADURA=!u&o de ca!or 4E)eitos da con+ecç'o8


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A tens'o su$ercia! $ode ser e&$ressaem )unç'o do coeciente de tem$eratura

e da $ercentagem de o&ig%nio;



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2ariaç'o do u&o con+ecti+o notan/ue !9/uido;



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2ariaç'o na )orma ou geometria dotan/ue !i/uido;


Tem$erature and +e!ocit e!ds under diZerent e!ding s$eeds )or @ig@ and !o o&gen contents.4a8 6.V mm s[5( \6 $$m3 4*8 . mm s[5( 566 $$m3 4c8 N mm s[5( 566 $$m3 4d8 6.V mm s[5( 6 $$m3 4e8 . mm s[5( 6 $$m3

4)8 N mm s[5( 6 $$m.


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METALURGIA DA SOLDADURA=!u&o de ca!or 4E)eitos da conduç'o8

Durante o $rocesso de )us'o e&istemgradientes de tem$eratura tanto na direcç'oda es$essura( como nas direcçes $ara!e!ase trans+ersais direcç'o da so!dadura.

>ara determinaç'o deste u&o de ca!or na$ers$ecti+a *idimensiona! ou tridimensiona!resu!tante de uma )onte de ca!or em

mo+imento uti!i:a"se a so!uç'o ana!9tica deRosent@a!.


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=!u&o de ca!or *idimensiona!; =!u&o de ca!or tridimensiona!;


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A$!icaç'o da so!uç'o ana!9tica deRosent@a!;


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=!u&o de ca!or *idmensiona!; =!u&o de ca!or tridmensiona!;


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Uti!idade da so!uç'o ana!9tica de Rosent@a!;• Determinaç'o das cur+as de +e!ocidade

de arre)ecimento do materia! de so!dadura3• Distri*uiç'o da tem$eratura durante o$rocesso3• Tem$eratura de $ico3•

Dimens'o da :ona t%rmica a)ectada3• Tem$os de so!idicaç'o3


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METALURGIA DA SOLDADURAE)eitos da conduç'o 42e!. Arre)ecimento8

2e!ocidade de arre)ecimentoem c@a$as grossas;

2e!ocidade dearre)ecimento em

c@a$as nas;

Deniç'o de c@a$a grossa e na Wτ – Es$essura re!ati+aY

τ]6( – C@a$a grossaO(^_τ_6( "A$ro&imaç'oτ]6(^ – C@a$a na


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Criaç'o das cur+as de +e!ocidadede arre)ecimento do materia! de

so!dadura;


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A$!icaç'o das cur+as de +e!ocidade dearre)ecimento do materia! de so!dadura;•

A estrutura meta!-rgica na! da :onaso!dada $ode ser determinada uma +e:/ue se con@ece a +e!ocidade desde oinicio da )us'o at% so!idicaç'o3•

Determinaç'o da tem$eratura de $r%a/uecimento.


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METALURGIA DA SOLDADURAE)eitos da conduç'o 4Tem$eratura de $ico8

Atra+%s da e/uaç'o de Adam`s4deri+aç'o da e/uaç'o de Rosent@a!8

Tem$eratura de $ico4u&o de ca!or*idimensiona!8;

Tem$eratura de $ico4 u&o de ca!ortridimensiona!8;

1ota; " corres$onde distância !in@ade )us'o


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METALURGIA DA SOLDADURAE)eitos da conduç'o 4Tem$eratura de $ico8

A$!icaç'o do con@ecimento da tem$eraturade $ico;• Con@ecer em $ormenor o cic!o t%rmico a /ue)oi su#eito o materia! de so!dadura3• Con@ecimento da distri*uiç'o detem$eraturas durante uma o$eraç'o deso!dadura3• Determinaç'o de :onas su*metidas a cic!osmais intensos3• Deniç'o de cuidados no $rocessamento daso!dadura.


78/90

METALURGIA DA SOLDADURAE)eitos da conduç'o 4Dimens'o da


79/90

METALURGIA DA SOLDADURAE)eitos da conduç'o 4Dimens'o da


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METALURGIA DA SOLDADURAE)eitos da conduç'o 4Tem$os de so!idicaç'o8

A +e!ocidade a /ue um meta! deso!dadura so!idica $ode ter uma

$ro)unda inuncia so*re a estruturameta!-rgica( $ro$riedades e res$ostaao tratamento t%rmico. O tem$o deso!idicaç'o de$ende do ca!or

condu:ido e a tem$eratura inicia! domateria!;


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METALURGIA DA SOLDADURA=!u&o de ca!or 4Contro!o da +a$ori:aç'o8

A su$er)9cie do tan/ue !i/uido encontra"se norma!mente a uma tem$eratura muitosu$erior do $onto de )us'o do meta! deso!dadura. De+ido a este acontecimento(+erica"se um )en,meno /ue % res$ons0+e!$e!a +a$ori:aç'o de e!ementos de !igae&istentes no mesmo( !e+ando a uma

a!teraç'o da com$osiç'o /u9mica e das$ro$riedades da so!dadura.


82/90

METALURGIA DA SOLDADURA=!u&o de ca!or 4Contro!o da +a$ori:aç'o8

Este )en,meno de +a$ori:aç'o demateriais de !iga( caso atin#a +a!ores de+e!ocidade acentuados $oder0 !e+ar a umarre)ecimento muito im$ortante do meta!contido no tan/ue !9/uido.

Ao mesmo tem$o( um $arâmetro /ue

ser0 tam*%m a)ectado % a tem$eraturade $ico( /ue ter0 tam*%m uma reduç'osignicati+a.


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METALURGIA DA SOLDADURA=!u&o de ca!or 4>r% e >,s"A/uecimento8

Atra+%s de mani$u!aç'omatem0tica da e/uaç'o de Rosent@a!

% $oss9+e! $r% determinar /ua! o e)eitode um $r% a/uecimento nas $eças aso!dar;>r% a/uecimento em

c@a$as grossas;>r% a/uecimento em

c@a$as nas;


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Com estas e&$resses % $oss9+e!e!a*orar gr0cos do e)eito do $r%

a/uecimento e determinar /ua! om%todo mais ade/uado;


85/90

METALURGIA DA SOLDADURA=!u&o de ca!or 4>r% e >,s"A/uecimento8E)eito do $r%"a/uecimento;• Diminuiç'o de tenses na


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O $,s"a/uecimento consiste emmanter a tem$eratura de $r%"

a/uecimento durante um $er9odo detem$o a$,s na!i:aç'o do $rocesso deso!dadura;


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E)eito do $,s"a/uecimento;• E)eito simi!ar ao $r%"a/uecimento na

$re+enç'o de ssuras a$,sarre)ecimento3• Usado so*retudo /uando ases$essura dos com$onentes tm+a!ores e!e+ados.


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METALURGIA DA SOLDADURAResumo dos e)eitos /ue a)ectam o u&o de ca!or


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