Uma junta soldada não é um material único. Ela tem o metal de solda, que fundiu e solidificou; o metal de base, que não mudou; e entre os dois a zona termicamente afetada (ZTA), que não fundiu, mas foi aquecida o bastante para mudar a microestrutura. Na maior parte das falhas de juntas soldadas em aços ferríticos, é na ZTA que está o ponto fraco.

Este artigo faz parte da série baseada nos capítulos 6 a 8 de Weldability of Steels, de R. D. Stout (Welding Research Council).

Cada faixa viu uma temperatura diferente

A temperatura de pico cai rapidamente com a distância da linha de fusão. Como as transformações do aço dependem da temperatura, a ZTA se divide em faixas com microestruturas diferentes. A figura relaciona cada faixa com o diagrama ferro-carbono, para um aço com cerca de 0,2 % de carbono:

Gráfico da temperatura de pico contra a distância da linha de fusão, com as faixas da ZTA e a microestrutura de cada uma: zona fundida, grãos grosseiros, grãos finos, intercrítica, subcrítica e metal de base; ao lado, trecho do diagrama ferro-carbono.
As subzonas da ZTA de um único passe. Os valores de A₁ e A₃ são de equilíbrio; no aquecimento rápido da soldagem, as transformações ocorrem um pouco acima.
Subzona Temperatura de pico O que acontece Efeito típico
Grãos grosseiros (GG) acima de ~1 100 °C até o sólidus austenita com grão grande; no resfriamento, bainita ou martensita maior dureza e menor tenacidade da junta; local da trinca a frio
Grãos finos (GF) entre A₃ e ~1 100 °C austenita de grão fino, que se transforma em ferrita e perlita finas em geral boa tenacidade
Intercrítica (IC) entre A₁ e A₃ só parte vira austenita; ilhas ricas em carbono podem endurecer pode formar constituintes duros em aços de alta resistência
Subcrítica (SC) abaixo de A₁ sem transformação; revenimento, esferoidização, envelhecimento amolecimento em aços temperados e revenidos

Em soldas de vários passes, cada passe reaquece a ZTA dos anteriores. Partes da ZTA de grãos grosseiros são refinadas, outras revenidas, e algumas são reaquecidas na faixa intercrítica e podem ficar ainda mais frágeis. São as chamadas zonas frágeis localizadas, importantes em aços estruturais de alta resistência e em ensaios de tenacidade à fratura. O mesmo princípio de reaquecimento, aplicado de forma controlada, é a base da técnica do cordão de revenimento.

O aporte térmico e o t₈/₅

O aporte térmico mede quanta energia o arco coloca por milímetro de solda. Pela EN 1011-1:

Q = k · U · I / v · 10⁻³ (kJ/mm)

Nela, U é a tensão (V), I a corrente (A), v a velocidade de soldagem (mm/s) e k o rendimento térmico do processo: cerca de 1,0 para arco submerso, 0,8 para eletrodo revestido, MIG/MAG e arame tubular, e 0,6 para TIG e plasma. A ASME Seção IX calcula o aporte sem o fator k.

O aporte, a espessura, o tipo de junta e o pré-aquecimento definem o t₈/₅, o tempo de resfriamento de 800 °C a 500 °C. É ele que decide a microestrutura da ZTA de grãos grosseiros:

Comparação entre aporte baixo, com t8/5 curto e microestrutura de martensita dura, e aporte alto, com t8/5 longo e grãos grosseiros com dureza menor.
O aporte tem um equilíbrio: pouco endurece a ZTA, muito engrossa o grão. A faixa certa fica na EPS e é comprovada na qualificação.
  • Aporte baixo, t₈/₅ curto: ZTA estreita, dura, com risco de trinca a frio. Em aços temperáveis, exige pré-aquecimento.
  • Aporte alto, t₈/₅ longo: ZTA mais larga e de grão grosseiro, dureza menor, mas tenacidade que pode cair. Em aços temperados e revenidos e em aços microligados, o fabricante do aço costuma limitar o aporte máximo.

Dureza ao longo da junta

O ensaio de dureza Vickers através da junta mostra a ZTA com clareza. Pela ISO 9015-1, as impressões são feitas em filas que atravessam metal de base, ZTA e metal de solda, perto da superfície.

Corte de junta soldada com fila de impressões Vickers e perfil de dureza acima: cerca de 165 HV no metal de base, pico de cerca de 375 HV na ZTA de grãos grosseiros e cerca de 215 HV no metal de solda.
Perfil típico de um aço com carbono equivalente alto, soldado sem pré-aquecimento suficiente: o pico de dureza fica junto à linha de fusão. Valores ilustrativos.

O pico de dureza é um indicador direto de risco. O Anexo B da AWS D1.1, por exemplo, usa como critério uma dureza máxima de 350 ou 400 HV na ZTA para definir o aporte mínimo de filetes sem pré-aquecimento. Em serviços com H₂S, os limites de dureza são ainda menores e fazem parte da qualificação do procedimento.

A ZTA em cada tipo de aço

Aço Comportamento da ZTA Principal cuidado
Carbono-manganês endurece conforme o CE e o t₈/₅ pré-aquecimento e hidrogênio
Microligado (com Nb, V, Ti) pode perder tenacidade com aporte alto limite de aporte; Charpy na ZTA
Temperado e revenido endurece na GG e amolece na SC faixa estreita de aporte, conforme o fabricante do aço
Cr-Mo muito temperável pré-aquecimento alto, TTAT, risco de trinca de reaquecimento
Inox austenítico não se transforma; o grão cresce sensitização na faixa de ~450 a 850 °C; trinca de liquação

Como o TTAT muda a ZTA

O tratamento térmico pós-soldagem revena a martensita e a bainita da ZTA, reduz a dureza e alivia as tensões residuais. É exigido pelo código conforme o material e a espessura. Ele também tem efeitos a controlar: em alguns aços pode reduzir a resistência mecânica ou causar trinca de reaquecimento. Por isso os corpos de prova da qualificação passam pelo mesmo ciclo de TTAT da produção.

Perguntas frequentes

O que é t8/5?

É o tempo que a ZTA leva para esfriar de 800 °C para 500 °C, a faixa em que a austenita se transforma nos aços ferríticos. Ele resume o efeito do aporte térmico, da espessura, do tipo de junta e do pré-aquecimento. t8/5 curto gera ZTA mais dura; t8/5 longo gera grão mais grosseiro e pode reduzir a tenacidade.

Aporte térmico maior é sempre melhor?

Não. Aporte maior reduz a dureza e o risco de trinca por hidrogênio, mas aumenta o tamanho de grão e a largura da ZTA e pode derrubar a tenacidade, principalmente em aços temperados e revenidos e em aços microligados de alta resistência. Por isso muitas EPS têm aporte mínimo e máximo.

Onde se retiram os corpos de prova de Charpy da ZTA?

O entalhe é posicionado na ZTA, em geral o mais perto possível da linha de fusão, conforme o código. Como a ZTA é estreita e varia de propriedade em poucos milímetros, a posição exata do entalhe muda bastante o resultado. A macrografia da junta é usada para localizar a linha de fusão antes da usinagem do entalhe.

Referências

  • STOUT, R. D. et al. Weldability of steels. 4. ed. New York: Welding Research Council, 1987.
  • KOU, S. Welding metallurgy. 2. ed. Hoboken: Wiley, 2003.
  • EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION. EN 1011-1: welding — recommendations for welding of metallic materials — part 1: general guidance for arc welding. Brussels: CEN.
  • INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. ISO 9015-1: destructive tests on welds in metallic materials — hardness testing — part 1: hardness test on arc welded joints. Geneva: ISO.
  • AMERICAN WELDING SOCIETY. AWS D1.1/D1.1M:2025: structural welding code — steel. Miami: AWS, 2025. Anexo B.