Soldagem por Fusão vs. Soldagem no Estado Sólido: Diferenças Fundamentais Explicadas

A necessidade de unir dois ou mais componentes é inerente à manufatura. Existem diversas técnicas de união para montar uma ampla variedade de materiais de maneiras distintas. Alguns desses processos proporcionam juntas permanentes, enquanto outros fornecem juntas temporárias. Assim como rebitagem, acoplamento e colagem adesiva, a soldagem também é um processo de união permanente. Por definição, a soldagem é um dos processos de união pelos quais dois ou mais componentes sólidos podem ser unidos permanentemente pela formação de coalescência, com ou sem a aplicação de pressão externa, calor e metal de adição. Portanto, tanto o calor quanto a pressão não são obrigatórios para a união por soldagem; na verdade, eles são aplicados alternativamente. Em alguns processos de soldagem, aplica-se calor externo; em outros, aplica-se pressão externa. Com base nisso, os processos de soldagem podem ser amplamente classificados em dois grupos: soldagem por fusão e soldagem no estado sólido.

Soldagem por Fusão

Em todos os processos de soldagem onde calor suficiente é aplicado de uma fonte externa para fundir ou derreter as superfícies de contato dos componentes base a fim de formar o cordão de solda, denominam-se processos de soldagem por fusão. Nessas situações, geralmente não se deseja pressão. Todos os processos de soldagem a arco, a gás e por resistência enquadram-se na soldagem por fusão. Vale ressaltar que a fusão das superfícies de contato da chapa base ocorre devido à aplicação direta de calor e não como consequência de pressão, atrito, etc.

Soldagem no Estado Sólido

Por outro lado, nos processos de soldagem no estado sólido, nenhum calor é aplicado diretamente; em vez disso, aplica-se pressão suficiente na maioria dos casos. Como consequência da pressão, calor pode ser gerado na zona de contato; contudo, geralmente essa temperatura permanece bem abaixo do ponto de fusão dos componentes base. Soldagem por difusão, forja, explosão, pressão, atrito, etc., são exemplos desta categoria. As diferenças importantes entre soldagem por fusão e soldagem no estado sólido são apresentadas abaixo em forma de tabela.

Tabela: Diferenças entre Soldagem por Fusão e Soldagem no Estado Sólido

Soldagem por Fusão	Soldagem no Estado Sólido
Nos processos de soldagem por fusão, as superfícies de contato dos componentes base derretem para formar o cordão de solda.	Não ocorre tal fusão; a temperatura das superfícies de contato permanece sempre abaixo do ponto de fusão do material base.
Calor é aplicado diretamente de algum meio externo. Contudo, pressão não é necessária.	Nenhum calor é aplicado diretamente para auxiliar a união; em vez disso, pressão suficiente é aplicada na maioria dos casos.
Material de adição externo, se necessário, pode ser aplicado facilmente.	Processos de soldagem no estado sólido são majoritariamente autógenos e o metal de adição não pode ser aplicado facilmente.
Zona termicamente afetada (ZTA) mais ampla existe ao redor do cordão de solda devido à alta entrada de calor.	ZTA é estreita pois não ocorre fusão. Na maioria dos casos, a ZTA é desprezível e não apresenta problemas na estrutura soldada.
Devido ao intenso aquecimento e subsequente fusão, diversas propriedades mecânicas e metalúrgicas são afetadas.	Propriedades mecânicas e metalúrgicas não são severamente afetadas.
Junção de metais dissimilares por soldagem por fusão é mais fácil.	Junção de metais dissimilares por soldagem no estado sólido é muito difícil.
Alta distorção ocorre devido à entrada excessiva de calor. Fixadores adequados devem ser empregados para evitá-la.	Nível de distorção é baixo e geralmente não requer precauções para evitá-la.
Todos os processos de soldagem a arco, a gás, por resistência e por feixe de energia intensa são soldagem por fusão.	Soldagem por difusão, pressão, laminação, a frio, atrito, forja, etc., são exemplos de soldagem no estado sólido.

Fusão das Superfícies de Contato

Como o nome sugere, na soldagem por fusão, as superfícies de contato do componente base são fundidas para criar o cordão de solda ou coalescência. O metal de adição, se aplicado, também derrete e mistura-se com o metal base fundido. Contrariamente, nenhuma fusão ou fusão ocorre na soldagem no estado sólido e, portanto, a união ocorre enquanto os componentes estão no estado sólido. Embora, devido à aplicação simultânea de pressão e atrito, a temperatura dos componentes base possa aumentar; ela sempre permanece abaixo do ponto de fusão do metal base e, portanto, nenhuma fusão ocorre. Na verdade, esta é a principal diferença entre os dois tipos de soldagem.

Aplicação de Calor e Pressão

É óbvio que o calor deve ser aplicado de fonte externa na soldagem por fusão. Essa fonte de calor pode ser de diferentes tipos, como arco elétrico no caso de soldagem a arco, queima de gás oxicombustível no caso de soldagem a gás, aquecimento por resistência elétrica no caso de soldagem por resistência e até mesmo um feixe de energia intensa como plasma, laser ou feixe de elétrons no caso de PAW, LBW ou EBW. Por outro lado, processos de soldagem no estado sólido geralmente requerem aplicação de pressão. Nenhuma aplicação direta de calor é desejada; contudo, calor pode ser produzido como consequência de pressão, atrito, etc.

Aplicação de Material de Adição

Material de adição é desejado para preencher o espaçamento de raiz que existe entre os componentes base. Baseado na aplicação do aditivo e sua composição, a soldagem pode ser classificada em três categorias: autogena, homogênea e heterogênea. Quando o espaçamento de raiz é muito pequeno, o aditivo não é necessário e tal processo é denominado autogênico. Soldagens no estado sólido são geralmente realizadas em modo autogênico. Por outro lado, quando o aditivo é aplicado e a composição metalúrgica do aditivo é similar à do metal base, denomina-se soldagem homogênea; enquanto se a composição metalúrgica do aditivo é diferente da do metal base, chama-se soldagem heterogênea. A soldagem por fusão pode ser vantajosamente realizada nos três modos; contudo, precauções extras e parâmetros ótimos devem ser utilizados para união no modo heterogêneo.

Presença de ZTA

Zona Termicamente Afetada (ZTA) é a camada estreita nos componentes soldados ao redor do cordão de solda onde o material não foi fundido, mas diversas propriedades físicas e mecânicas foram afetadas devido ao aquecimento e subsequente resfriamento. Esta ZTA é considerada uma região fraca, pois é altamente suscetível a falhas mecânicas e químicas. Devido ao aquecimento extremo a uma temperatura acima do ponto de fusão do material em questão, ZTA mais ampla existe ao redor do cordão de solda quando componentes são unidos por processos de soldagem por fusão; enquanto uma ZTA estreita (às vezes desprezível) pode ser observada quando componentes são unidos por processos de soldagem no estado sólido, pois menos calor é gerado durante a soldagem.

Mudanças nas Propriedades Mecânicas e Metalúrgicas

Diversas propriedades metalúrgicas como orientação de grão, estrutura de grão, defeitos atômicos, etc., são geralmente afetadas durante a soldagem. Muitas propriedades mecânicas como resistência, dureza, tenacidade, etc., também são afetadas como consequência das mudanças metalúrgicas. Geralmente, tais mudanças estão associadas ao nível de aquecimento e subsequente resfriamento dos componentes. Em processos de soldagem por fusão, alto calor é aplicado e materiais são fundidos, então tais processos podem alterar diversas propriedades a um nível extremo. Contrariamente, tais mudanças são ínfimas e majoritariamente dentro de limites aceitáveis quando a união é realizada usando processos de soldagem no estado sólido.

Capacidade de Junção de Metais Dissimilares

Uma das maiores vantagens da soldagem entre todos os processos de união é a junção estanque e sólida de materiais dissimilares. Contudo, nem todo processo de soldagem é adequado para este fim. Como a junção de metais dissimilares é basicamente soldagem heterogênea, apenas alguns processos de soldagem por fusão podem atender a este requisito. Contudo, requer extremo cuidado e parâmetros de processo ótimos para obter junta sólida. Soldagem no estado sólido não é adequada de forma alguma para junção de metais dissimilares.

Nível de Distorção em Estruturas Soldadas

Devido à expansão e contração desigual durante aquecimento e resfriamento na soldagem, as estruturas montadas distorcem para um plano diferente, levando a defeito de soldagem. Tal distorção em estruturas unidas causa imprecisão dimensional e peças rejeitadas. A tendência de distorção em estruturas soldadas aumenta com o aumento da entrada de calor. Portanto, se fixador adequado não for empregado ou técnica adequada de minimização de distorção (como soldagem intercalada, pré-posicionamento das peças em direção oposta, etc.) não for adotada, peças soldadas por fusão mostram maior distorção que as outras, pois a entrada de calor é maior no primeiro caso.

Exemplos dos Processos

Todos os processos de soldagem a arco (MMAW, GMAW, TIG, SAW, FCAW, ESW, etc.), processos de soldagem a gás (OAW, OHW, AAW, PGW, etc.), processos de soldagem por resistência (RSW, RSEW, PW, PEW, FW, etc.) e processos de soldagem por feixe de energia intensa (PAW, LBM e EBW) são exemplos de soldagem por fusão. Soldagem por difusão (DFW), soldagem por pressão (PW), soldagem por laminação (ROW), soldagem a frio (CW), soldagem por atrito (FRW), soldagem por forja (FOW), etc., são exemplos de soldagem no estado sólido.

A comparação científica entre soldagem por fusão e soldagem no estado sólido é apresentada neste artigo. O autor também sugere a consulta às seguintes referências para melhor compreensão do tema.

1. Diferença entre soldagem por fusão e soldagem no estado sólido por difference.minaprem.com.
2. Defeitos de Soldagem por M. Preto (1ª edição, Aracne).
3. Química Física da Soldagem por Fusão por G. F. Deyev e D. G. Deyev (1ª edição, DGD Press).