Inspeção de Juntas Soldadas

Inspeção de Juntas Soldadas

BRUNO DOMINGUES PEREIRA

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO REALIZADA NO ÂMBITO DO MESTRADO INTEGRADO EM

ENGENHARIA METALÚRGICA E DE MATERIAIS

LUÍS FILIPE MALHEIROS

ORIENTADOR

PROFESSOR CATEDRÁTICO DO DEPARTAMENTO

DE ENGENHARIA METALÚRGICA E DE MATERIAIS

CARLOS VAZ

COORIENTADOR DIRETOR INDUSTRIAL DA EMPRESA TÜV AUSTRIA IBERIA

Porto, 27 de julho de 2020

M 2020

CANDIDATO Bruno Domingues Pereira Código 201503657

TÍTULO Inspeção de Juntas Soldadas: Estudo da influência da entrega térmica

DATA 27 de julho de 2020

LOCAL Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

JÚRI Presidente Professor Doutor Manuel Fernando Gonçalves Vieira

DEMM/FEUP

Arguente Professor Doutor Fernando Jorge Lino Alves DEM/FEUP

Orientador Professor Doutor Luís Filipe Malheiros de Freitas Ferreira

DEMM/FEUP

“The quality will remain when the price is forgotten”

Henry Royce


Bruno Domingues Pereira I

Resumo

Esta Dissertação de Mestrado, desenvolvida em parceria com a empresa Tüv Austria

Iberia, teve como principal objetivo avaliar se a entrega térmica tinha sido corretamente

selecionada e controlada durante a união de juntas de soldadura, recorrendo à análise

microestrutural das mesmas, de forma a verificar se a microestrutura da Zona do Material

de Adição estava de acordo com a estimada a partir do diagrama de Schaeffler. Além

disso, durante este trabalho foram realizadas quatro Qualificações de Procedimentos de

Soldadura e uma inspeção recorrendo ao ensaio de Radiografia Industrial.

O trabalho teve o seu início com a realização de quatro Qualificações de

Procedimentos de Soldadura a juntas topo a topo de diferentes espessuras e combinações

de materiais. Para se proceder à qualificação dos procedimentos de soldadura, que deram

origem a estas juntas, recorreu-se a diversos ensaios destrutivos e não destrutivos,

estipulados pela norma EN ISO 15614-1. Em primeiro lugar, realizaram-se ensaios não

destrutivos de forma a assegurar que as juntas soldadas não apresentavam defeitos no seu

interior e superfície. Em segundo lugar, efetuaram-se ensaios destrutivos sobre provetes

extraídos das juntas de modo a verificar se os resultados obtidos eram conformes aos

estipulados pela norma referida anteriormente. Dado que se obtiveram resultados

aceitáveis nas quatro Qualificações de Procedimentos de Soldadura, os procedimentos

foram aprovados e elaborados os respetivos certificados de qualificação.

Em seguida, realizou-se a análise metalográfica das quatro juntas elaboradas

previamente, tendo ainda sido feita a quantificação de ferrite-δ na Zona do Material de

Adição de três dessas juntas. As microestruturas obtidas foram também comparadas com

as estimadas a partir do diagrama de Schaeffler. Os resultados obtidos indiciam que

ocorreu um controlo adequado da entrega térmica, ou seja, não foi atingida a temperatura

suficiente para provocar alterações indesejáveis em termos microestruturais ou induzir a

precipitação de uma quantidade excessiva de ferrite-δ.

Por último, através do ensaio de Radiografia Industrial, procedeu-se à inspeção de

um Discharge Ring, componente de uma central hidroelétrica. Foram selecionadas três

secções a radiografar, tendo sido observada uma indicação numa das radiografias obtidas.

Esta consistia numa inclusão que, de acordo com a norma de aceitação do ensaio (EN ISO

10675-1) e tendo em conta as suas dimensões, tratava-se meramente de uma indicação

aceitável, não sendo necessário reparar o componente para a remover.

Palavras-Chave

Soldadura, Entrega Térmica, Microestrutura, Descontinuidades na soldadura, Inspeção de

soldadura, Ensaios Destrutivos, Ensaios Não Destrutivos.


Bruno Domingues Pereira II

Abstract

This Master's Dissertation, developed in partnership with the company Tüv Austria

Iberia, had as main objective the evaluation of the thermal delivery, by assessing if it had

been correctly selected and controlled during the union of welding joints. By resorting to

microstructural analysis, it became possible to verify if the microstructure of the Fusion

Zone was in accordance with the estimated microstructure from the Schaeffler`s diagram.

Furthermore, during this project, four Welding Procedure Qualifications were performed

and one inspection was conducted using the Industrial Radiographic Test.

The work started with the execution of four Welding Procedure Qualifications to

butt joints of different thicknesses and combinations of materials. In order to qualify the

welding procedures that gave rise to these joints, various destructive and non-destructive

tests were executed, as stipulated by EN ISO 15614-1 standard. Firstly, non-destructive

tests were carried out to ensure that the welded joints were free from interior and surface

defects. Secondly, destructive tests were conducted on test specimens taken from the

joints, in order to verify if the results obtained were in conformity with those stipulated

in the above-mentioned standard. On the account of the fact that acceptable results were

obtained in all four Welding Procedure Qualifications, the procedures were approved and

the respective qualification certificates drawn up.

Subsequently, the metallographic analysis of the four previously prepared joints

was performed, and the quantification of δ ferrite in the Fusion Zone of three of these

joints was also executed. The microstructures obtained were also compared with those

estimated from Schaeffler's diagram. The results obtained indicate that adequate control

of thermal delivery took place, that is, not enough temperature was reached to cause

undesirable microstructural changes or to induce precipitation of an excessive amount of

δ ferrite.

Lastly, by making use of the Industrial Radiographic Test, a Discharge Ring,

component of a hydroelectric power plant, was inspected. Three sections were selected

for the radiographic test and an indication was observed in one of the radiographs

obtained. This indication consisted of an inclusion which, according to the acceptance

levels for radiographic testing standard (EN ISO 10675-1) and taking into account its

dimensions, was merely an acceptable indication, not being necessary to conduct any kind

of repair operations in order to remove it.

Keywords

Welding, Thermal Delivery, Microstructure, Welding Discontinuities, Welding Inspection,

Destructive Tests, Non-Destructive Tests.


Bruno Domingues Pereira III

Agradecimentos

Esta Dissertação de Mestrado marca o final do meu capítulo académico e o início

do capítulo profissional. Assim, gostaria de expressar os meus agradecimentos a todas as

pessoas que, de diversas formas, contribuíram para a minha evolução, tanto a nível

pessoal como académico.

Ao Professor Luís Filipe Malheiros, meu orientador nesta Dissertação de Mestrado,

quero agradecer, primeiramente, por me ter possibilitado esta oportunidade. Estarei

eternamente grato pelas expectativas que depositou em mim e por me ter incentivado a

desenvolver este trabalho. Além disso, gostaria de agradecer o seu esforço ao longo destes

anos em elevar o curso. É, indubitavelmente, o grande impulsionador do Mestrado

Integrado em Engenharia Metalúrgica e de Materiais.

Ao Engenheiro Carlos Vaz, meu orientador na Tüv Austria Iberia e figura

incontornável do universo das inspeções de componentes soldados, agradeço o

acompanhamento notável ao longo deste semestre assim como a disponibilidade que

demonstrou desde a primeira reunião. Ter o seu acompanhamento foi um privilégio assim

como uma experiência enriquecedora que nunca será esquecida. Estou convicto que os

conhecimentos por si partilhados foram fundamentais para o desenvolvimento e sucesso

desta Dissertação de Mestrado.

Aos Engenheiros Bruno Ló e Ricardo Canossa, agradeço o apoio incansável e o

acompanhamento diário na ONIRAM. Contribuíram para que o meu contacto e integração

na indústria ocorresse da melhor forma, ajudando-me a compreender melhor não só o

ramo da Soldadura, como também as responsabilidade de um Engenheiro na indústria.

Ao Francisco Silva e ao Paulo, soldadores da ONIRAM, gostaria de agradecer por

terem partilhado comigo os conhecimentos práticos de soldadura que adquiriram ao longo

das suas carreiras.

Ao Mestre André Ferreira e ao Professor Rúben Santos, quero agradecer por estarem

sempre disponíveis para me ajudar a compreender melhor a soldadura. Os seus contributos

foram essenciais para o desenvolvimento deste trabalho.

Ao Engenheiro Jorge, da Tüv Austria Iberia, agradeço por me ter auxiliado e apoiado

na realização de diversas tarefas na empresa.

Aos meus amigos e à minha namorada, quero agradecer por me acompanharem

nesta etapa da vida. Vocês são a minha segunda família que está sempre presente para

me apoiar nos bons e maus momentos da vida.

Por último, nunca poderia deixar de agradecer à minha família que, desde o início

da minha vida, lutou pelo meu sucesso. Se um dia concretizar os meus sonhos, foi graças

ao esforço e dedicação dos meus pais e dos meus avós. Nos momentos mais duros, as

palavras de encorajamento por eles transmitidas fizeram com que eu nunca desistisse.

Obrigado a todos por tornarem tudo isto possível!


Bruno Domingues Pereira IV

Índice

1. Introdução ....................................................................................... 1

1.1 Principais Objetivos do Trabalho ........................................................ 2

1.2 Apresentação da empresa - Tüv Austria Iberia ....................................... 2

1.3 Estrutura da Dissertação de Mestrado .................................................. 3

2. Revisão da Literatura ......................................................................... 3

2.1 Soldadura ................................................................................... 3

2.2 Soldadura de materiais dissimilares .................................................... 4

2.3 Material de adição......................................................................... 4

2.4 Diagrama de Schaeffler .................................................................. 5

2.5 Zonas de uma Junta Soldada ............................................................ 6

2.6 Soldabilidade ............................................................................... 7

2.7 Entrega Térmica ........................................................................... 8

2.8 Descontinuidades na junta soldada ..................................................... 9

2.8.1 Classificação das descontinuidades ................................................ 10

2.9 Especificação de Procedimentos de Soldadura Preliminar ......................... 11

2.10 Especificação de Procedimentos de Soldadura ....................................... 12

2.11 Qualificação de Procedimentos de Soldadura ........................................ 12

2.11.1 Ensaios Destrutivos ................................................................ 12

2.11.1.1 Ensaio de Tração ................................................................ 13

2.11.1.2 Ensaio de Dobragem ............................................................ 13

2.11.1.3 Ensaio de Choque (Ensaio Charpy) ........................................... 13

2.11.1.4 Ensaio de Dureza ............................................................... 14

2.12 Inspeção de Juntas Soldadas ............................................................ 14

2.12.1 Ensaios Não Destrutivos ........................................................... 14

2.12.1.1 Inspeção Visual .................................................................. 15

2.12.1.2 Radiografia industrial .......................................................... 15

2.12.1.3 Ensaio por Ultrassons Convencional .......................................... 18

2.12.1.4 Ensaio por Ultrassons Phased Array .......................................... 21

2.12.1.5 Ensaio por Líquidos Penetrantes ............................................. 22

2.12.1.6 Ensaio por Partículas Magnéticas ............................................. 23


Bruno Domingues Pereira V

3. Materiais e Métodos .......................................................................... 24

3.1 Materiais de Base ......................................................................... 24

3.1.1 Aço não ligado S355J2+N ............................................................ 24

3.1.2 Aço AISI 304L .......................................................................... 24

3.1.3 Aço AISI 415 ........................................................................... 25

3.1.4 Aço AISI 316L .......................................................................... 25

3.2 Materiais de Adição ...................................................................... 26

4. Aplicação da Qualificação de Procedimentos de Soldadura .......................... 26

4.1 QPS da Junta Soldada 1 .................................................................. 29




5. Análise Microestrutural de Juntas Soldadas ............................................. 43

5.1 Análise Metalográfica .................................................................... 44

5.1.1 Amostragem ........................................................................... 44

5.1.2 Corte ................................................................................... 44

5.1.3 Polimento .............................................................................. 44

5.1.4 Ataque Químico ....................................................................... 44

5.1.5 Análise quantitativa de fases ....................................................... 45

5.2 Resultados e Discussão .................................................................. 45

5.2.1 Junta Soldada 1 ....................................................................... 45

5.2.2 Junta Soldada 2 ....................................................................... 47

5.2.3 Junta Soldada 3 ....................................................................... 49

5.2.4 Junta Soldada 4 ....................................................................... 50

6. Inspeção de Componentes Soldados ....................................................... 53

6.1 Aplicação da Radiografia Industrial num Discharge Ring ........................... 53

7. Conclusões ..................................................................................... 57

7.1 Trabalhos Futuros ........................................................................ 58

Referências Bibliográficas ........................................................................ 59

Anexos ................................................................................................ 61


Bruno Domingues Pereira VI

Lista de Figuras

Figura 1 - Diagrama de Schaeffler ................................................................. 6

Figura 2 - Macrografia de junta soldada: 1 – ZMA; 2 – Linha de Fusão; 3 - ZTA; 4 - MB. ... 7

Figura 3 – Configuração de um ensaio de Radiografia Industrial ............................. 15

Figura 4 – Visualização, numa radiografia, de uma penetração incompleta do material de

adição ................................................................................................. 17

Figura 5 - Deteção de descontinuidades planares .............................................. 17

Figura 6 - Configuração simplificada de um ensaio por UT ................................... 18

Figura 7 - Fenómeno de difração de uma onda sonora ........................................ 19

Figura 8 – Controlo no salto na técnica angular de UT: percurso da onda sonora ......... 20

Figura 9 – Sonda de Phased Array ................................................................. 21

Figura 10 – Análise comparativa dos potenciais dos ensaios UT convencional e PAUT .... 21

Figura 11 - Etapas do ensaio por Líquidos Penetrantes ........................................ 22

Figura 12 –Chapas de aço AISI 316L, utilizadas para a primeira QPS. ....................... 29

Figura 13 – QPS 1: Esquema do chanfro de acordo com a EPSp. ............................. 29

Figura 14 – QPS 1: Chanfro em X assimétrico. .................................................. 30

Figura 15 - QPS 1: Resultado do ensaio por Líquidos Penetrantes. .......................... 30

Figura 16 – QPS 1: Resultado do ensaio de Radiografia Industrial. ........................... 30

Figura 17 – Macrografia da junta soldada elaborada na QPS 1. ............................... 32

Figura 18 – QPS 2: (A) Chapas de aço utilizadas; (B) Chanfro em X assimétrico. .......... 33


Figura 20 - QPS 2: Resultado do ensaio de Radiografia Industrial. ........................... 33

Figura 21 –Macrografia da junta soldada elaborada na QPS 2. ............................... 35

Figura 22 – QPS 3: (A) Chapas utilizadas; (B) Chanfro em V. ................................. 36

Figura 23 – QPS 3: Ciclo térmico exibido na EPSp. ............................................. 36




Figura 27 – QPS 4: (A) Chapas utilizadas; (B) Chanfro em X assimétrico. ................... 39

Figura 28 – Gás de proteção utilizado na QPS 4, presente na EPSp. ......................... 40




Bruno Domingues Pereira VII


Figura 32 - Previsão da microestrutura da ZMA da junta soldada 1. ......................... 46

Figura 33 – Microestrutura da ZMA da junta soldada 1. ....................................... 47

Figura 34 – Microestrutura do MB (aço AISI 316L) da junta soldada 1. ...................... 47

Figura 35 – Previsão da microestrutura da ZMA da junta soldada 2. ......................... 48


Figura 37 – Microestrutura do MB (aço AISI 415) da junta soldada 2. ........................ 49



Figura 40 – Microestruturas dos MB da junta soldada 3: (A) aço AISI 415; (B) aço AISI 304L.

......................................................................................................... 50



Figura 43 – Microestruturas dos MB da junta soldada 4: (A) aço S355J2+N; (B) aço AISI 415.

......................................................................................................... 52

Figura 44 - Discharge Ring sujeito ao ensaio RT. ............................................... 53

Figura 45 - Secções do Discharge Ring radiografadas. ......................................... 54

Figura 46 - Equipamentos utilizados no ensaio RT: (1) Controlador; (2) Película

radiográfica; (3) Fonte de radiação.. ............................................................ 55

Figura 47 – Radiografia da secção 1. ............................................................. 56




Bruno Domingues Pereira VIII

Lista de Tabelas

Tabela I - Composição química (% mássica) do aço S355J2+N ................................ 24

Tabela II - Composição química (% mássica) do aço AISI 304L ................................ 24

Tabela III - Composição química (% mássica) do aço AISI 415................................. 25

Tabela IV - Composição química (% mássica) do aço AISI 316L ............................... 25

Tabela V - Composição química (% mássica) do elétrodo DW-309L .......................... 26

Tabela VI - Composição química (% mássica) do elétrodo DW-316L ......................... 26

Tabela VII - Composição química (% mássica) do elétrodo MX-A410NiMo ................... 26

Tabela VIII - Juntas soldadas alvo de QPS ....................................................... 28

Tabela IX - Ensaios para uma junta soldada, topo a topo, com penetração total ......... 28

Tabela X – QPS 1: Resultados do ensaio de tração ............................................. 31

Tabela XI – QPS 1: Resultados do ensaio de impacto Charpy, a 20ºC ........................ 31

Tabela XII – QPS 2: Resultados do ensaio de tração ............................................ 34

Tabela XIII – QPS 2: Resultados do ensaio de impacto Charpy, a 20ºC ...................... 34

Tabela XIV – QPS 3: Resultados do Ensaio de Tração ........................................... 37

Tabela XV – QPS 3: Resultados do ensaio de Impacto Charpy a 20ºC ........................ 38

Tabela XVI – QPS 4: Resultados do ensaio de Tração ........................................... 41

Tabela XVII – QPS 4: Resultados do ensaio de Impacto Charpy a -20ºC...................... 41

Tabela XVIII - Juntas soldadas sujeitas a análise microestrutural ........................... 44


Bruno Domingues Pereira IX

Lista de Nomenclaturas

AWS – American Welding Society

CATIM - Centro de Apoio Tecnológico à Indústria Metalomecânica

CE – Carbono Equivalente

ED – Ensaios Destrutivos

END - Ensaios Não Destrutivos

EPS – Especificação de Procedimentos de Soldadura

EPSp – Especificação de Procedimentos de Soldadura preliminar

FFD – Focal Film Distance

IQI – Indicador de Qualidade de Imagem

ITP - Inspection Test Plan

LP – Líquidos Penetrantes

MAG – Metal Active Gas

MB – Material de Base

MT – Ensaio por Partículas Magnéticas (Magnetic Particle Testing)

PAUT – Ensaio por Ultrassons Phased Array (Phased Array Ultrasonic Testing)

QPS – Qualificação de Procedimentos de Soldadura

RQPS – Relatório de Qualificação do Procedimento de Soldadura

RT – Radiografia Industrial (Radiographic Testing)

TAC – Transformação em Arrefecimento Contínuo

UT - Ensaio por Ultrassons (Ultrasonic Testing)

VT – Inspeção Visual (Visual Testing)

ZMA – Zona do Material de Adição

ZTA – Zona Termicamente Afetada


Bruno Domingues Pereira 1

1. Introdução

Com o aumento constante das expectativas de desempenho de um determinado

componente soldado, inúmeros esforços têm sido desenvolvidos de modo a que estes

sejam produzidos com o menor número de descontinuidades, atingindo assim uma elevada

performance. Por essa razão, os riscos associados a suscetibilidades induzidas pela

utilização de parâmetros de soldadura inadequados, ausência de boas práticas de

soldadura, inexperiência do operador e outros fatores externos, como por exemplo, a

adsorção de humidade durante a etapa de soldadura, são tão elevados que um programa

de controlo de qualidade devidamente estruturado, formalmente designado Inspection

Test Plan (ITP), é fundamental para se avaliar e, sobretudo, assegurar a sanidade de um

componente soldado.

Como responsável por esta operação surge o Inspetor de Soldadura, encarregue de

acompanhar, analisar e avaliar os resultados obtidos nos ensaios destrutivos e não

destrutivos, desempenhando um papel determinante na aprovação de uma junta soldada.

Quando esta é aprovada, afirma-se que esta apresenta os níveis de qualidade e

funcionalidade adequados para o seu correto desempenho, ao longo do tempo de vida

estipulado. Esta afirmação considera que a produção da junta foi adequadamente

planeada para cumprir os requisitos de serviço durante o tempo de vida previsto, fabricada

com os materiais especificados e que estes cumprem os requisitos do projeto, e

manuseada, instalada e preservada de acordo os requisitos de fadiga, tensão e corrosão

preestabelecidos.

Evidentemente, em ambiente industrial, a produção de uma junta soldada perfeita

é extraordinariamente difícil, pois obrigaria ao controlo total dos fatores que afetam a

sua sanidade, o que resultaria num aumento significativo dos custos. No entanto, a

qualidade de um componente soldado pode ser garantida através do controlo de um único

fator, muitas vezes subvalorizado, que se designa por entrega térmica. Este reveste-se de

elevada importância uma vez que influencia a temperatura que a junta atinge durante a

soldadura assim como a velocidade de arrefecimento da mesma. Por outras palavras, a

entrega térmica desempenha um papel determinante na sanidade do componente

soldado, afetando a microestrutura do cordão de soldadura e, por consequência, as

propriedades mecânicas do mesmo.

Esta é a razão pela qual surgem a maioria dos problemas durante a inspeção de

componentes soldados, em grande parte das empresas do setor metalomecânico em

Portugal. Estas empresas possuem ferramentas, como por exemplo, o diagrama de

Schaeffler, que conseguem prever a microestrutura do cordão de soldadura. No entanto,

é frequente serem obtidos componentes soldados com propriedades mecânicas que não

se adequam à microestrutura prevista pelo diagrama de Schaeffler. Isto acontece quando

não se realiza um controlo adequado da entrega térmica, conduzindo a alterações da

microestrutura do cordão de soldadura e, consequentemente, das suas propriedades

mecânicas.



Este foi o mote para o projeto proposto pela Tüv Austria Iberia, designado

“Inspeção de juntas soldadas”. Com este tema pretendia-se compreender a influência da

entrega térmica na microestrutura de várias juntas soldadas, através da comparação da

microestrutura prevista pelo diagrama de Schaeffler com a obtida na realidade,

conseguindo-se assim determinar se este fator estava a ser corretamente controlado. Além

disso, através da Qualificação de Procedimentos de Soldadura, foram avaliadas as

propriedades mecânicas e a sanidade dessas juntas soldadas. Para complementar esta

Dissertação e, simultaneamente permitir um contacto mais próximo com os ensaios não

destrutivos, ferramenta essencial para um Inspetor de Soldadura, foi realizada a inspeção

de um componente soldado de elevada complexidade do ponto de vista metalúrgico e

geométrico recorrendo ao ensaio de Radiografia Industrial (RT).

1.1 Principais Objetivos do Trabalho

O projeto desta Dissertação de Mestrado tinha como principal objetivo averiguar se

a entrega térmica tinha sido devidamente controlada durante a produção de quatro juntas

soldadas, através da análise microestrutural destas, comparando-as com a microestrutura

estipulada pelo diagrama de Schaeffler,

A seleção destas juntas em particular está relacionada com a dificuldade acrescida

na obtenção das propriedades mecânicas desejadas em juntas em aço inoxidável e,

sobretudo, quando se trata de juntas dissimilares. Além do mais, com a seleção destas

juntas era possível perceber se existiam limitações na aplicabilidade do diagrama de

Schaeffler tendo em conta os materiais utilizados.

Em segundo plano surgiu a possibilidade de acompanhar as Qualificações de

Procedimentos de Soldadura (QPS) destas juntas, conseguindo assim perceber se estas

apresentavam o conjunto de propriedades mecânicas necessárias para a aprovação dos

procedimentos de soldadura das mesmas.

Em último plano, mas equitativamente relevante, surgiu a aplicação do ensaio RT

a um componente soldado.

1.2 Apresentação da empresa - Tüv Austria Iberia

A Tüv Austria Iberia está inserida no grupo Austríaco Tüv Austria, com sede na

Áustria. Esta última empresa foi fundada durante a revolução industrial, mais

precisamente em 1872, como empresa de seguros e de inspeção de caldeiras, tendo

estabelecido, ao longo dos anos, relações estratégicas e diversos protocolos que

permitiram expandir o seu campo de operações. Atualmente, possui mais de 2000

funcionários, espalhados pelas mais de 25 filiais, distribuídas pelo continente europeu,

asiático e africano [1].

Situada em Leça do Balio, a Tüv Austria Iberia é uma empresa que se dedica à

prestação de serviços nas áreas de certificação, inspeção e ensaios. Possui, atualmente,

mais de 150 colaboradores, estando em constante crescimento e desenvolvimento, desde

a sua fundação em 2008. Como principais clientes, surgem as indústrias química,



petrolífera, alimentar, metalomecânica e hídrica, entre outras. Os seus profissionais

operam maioritariamente na Península Ibérica, estando as suas equipas técnicas

espalhadas pelos dois países. Pontualmente, são ainda realizados trabalhos noutros países

europeus.

1.3 Estrutura da Dissertação de Mestrado

Esta Dissertação de Mestrado foi devidamente desenvolvida e dividida em sete

capítulos. O primeiro capítulo consiste numa curta introdução ao tema proposto, expondo

os principais objetivos do trabalho. Além disso, é também feita uma breve introdução à

empresa. O segundo capítulo centra-se, na sua totalidade, numa revisão da literatura,

tendo sido desenvolvidas extensivamente todas as temáticas relevantes e fundamentais

para a conceção do trabalho prático. Este capítulo foi assim desenvolvido para se

conseguir compreender os principais aspetos associados ao tema. Foi, em primeiro lugar,

realizada uma abordagem à soldadura e aos principais conceitos relacionados com este

tópico, como por exemplo, a soldabilidade, a entrega térmica e as descontinuidades mais

relevantes. Em segundo lugar, foram abordadas temáticas pertinentes para a atividade de

um Inspetor de Soldadura, como a Especificação de Procedimentos de Soldadura, a

Qualificação do Procedimento de Soldura, os ensaios destrutivos e, por último, os ensaios

não destrutivos. No terceiro capítulo é apresentada a composição química dos materiais

de base e de adição, utilizados nas juntas soldadas em estudo. Já no quarto capítulo, são

apresentadas as qualificações de procedimentos de soldadura realizadas a essas juntas

soldadas. No quinto capítulo é exposta a análise microestrutural a cada junta soldada

assim como a comparação entre a microestrutura do cordão de soldadura e a prevista pelo

diagrama de Schaeffler. Já no sexto capítulo são apresentadas as inspeções realizadas aos

componentes soldados, expondo, em detalhe, todas as etapas de cada uma. Por último,

no sétimo capítulo são apresentadas as principais conclusões, obtidas ao longo dos últimos

três capítulos, sugestões de melhoria e propostas de trabalhos a realizar no futuro.

2. Revisão da Literatura

2.1 Soldadura

A soldadura carateriza-se por ser um processo de união permanente de materiais

através da criação de ligações físicas, aparentemente homogéneas, ao longo da extensão

de uma junta. Esta é vista como um processo metalúrgico complexo que envolve fusões e

solidificações consecutivas, ocorrendo várias reações ao longo do processo. Dependendo

da aplicação pretendida e do processo de soldadura utilizado, pode ser acrescentado um

material, denominado material de adição [2, 3].

Historicamente, a soldadura enquanto processo de união, tem vindo a ser utilizada

desde os tempos ancestrais. Porém, a maioria dos processos atualmente utilizados foram

desenvolvidos após a 2ª Guerra Mundial. Foi nesta época, marcada pela rápida evolução

industrial, que se verificou um desenvolvimento significativo devido à introdução da

soldadura por fusão. Com esta evolução, foi possível produzir componentes de grandes



dimensões e de geometrias complexas, garantindo a manutenção de um bom conjunto de

propriedades mecânicas.

Contudo, verificou-se que nem todos os materiais reagiam positivamente a esta

técnica de soldadura e, por essa razão, a soldadura continuou em constante evolução até

à atualidade. Durante este período, foram desenvolvidos novos processos de soldadura

assim como novos materiais, mais adequados à soldadura. Verificou-se igualmente que a

soldadura não está restringida apenas à união de materiais uma vez que pode ser

considerada uma técnica de reparação e recuperação de componentes [3].

Atualmente, a soldadura está presente nas mais variadas indústrias, desde a

fabricação de componentes à escala micrométrica até à produção de componentes de

elevadas dimensões ou que estão sujeitos a grandes esforços mecânicos, destacando-se a

flexibilidade e versatilidade dos processos.

2.2 Soldadura de materiais dissimilares

A soldadura de materiais dissimilares consiste na união de materiais com

composição e propriedades distintas, sendo frequentemente empregue na união de aços

inoxidáveis a outros tipos de aços. Apesar das dificuldades inerentes à união de diferentes

materiais, a junta soldada apresenta um conjunto de propriedades mecânicas que não

comprometem as exigências impostas pelas indústrias, permitindo assim uma redução de

custos uma vez que é possível recorrer a materiais de base mais baratos [4].

2.3 Material de adição

A seleção do material de adição é uma das etapas mais importantes que precede a

execução da soldadura. O material de adição, para além de satisfazer os requisitos em

termos de propriedades mecânicas e físicas, deverá apresentar uma composição química

compatível com a dos materiais de base. Na maioria dos casos, são várias as possibilidades

de escolha do material de adição; no entanto, existe apenas uma opção ideal para uma

aplicação específica [5].

Existem ainda outros fatores igualmente importantes que restringem a escolha do

material de adição, nomeadamente o processo de soldadura utilizado e a configuração da

junta. No primeiro caso, para cada processo de soldadura, existe um conjunto de materiais

de adição que podem ser utilizados em conformidade com a norma correspondente ao

processo. Relativamente à junta, há que ajustar o material de adição à sua configuração,

tendo em atenção que alguns materiais de adição apresentam fluidez superior à de outros.

Assim, por exemplo, no caso de se realizar soldadura na posição vertical ascendente,

utilizando um material com elevada fluidez, a segurança do soldador pode ser colocada

em risco, levando também à obtenção de penetração incompleta do metal.

Por último, tal como mencionado anteriormente, a composição química deste

material tem de ser compatível com a dos materiais de base de forma a obter-se a

microestrutura da junta soldada estipulada [6].



2.4 Diagrama de Schaeffler

É uma ferramenta que permite estimar a microestrutura da junta soldada a partir

da relação entre os elementos alfagéneos e gamagéneos dos materiais utilizados. Em

ambiente industrial, esta é uma ferramenta que se reveste de elevada importância uma

vez que permite determinar qual o material de adição que melhor se ajusta à obtenção

da microestrutura que garanta a boa qualidade metalúrgica.

Para uma melhor compreensão deste diagrama, é apresentado na Figura 1 um

exemplo prático de aplicação do diagrama de Schaeffler, relativo à soldadura do aço ASTM

A508 ao aço ASTM A240 (Type 304L). Neste exemplo, são avaliadas duas alternativas para

o material de adição: os aços 310 e 309L. O objetivo é obter uma microestrutura com uma

fração de 5% de ferrite, a que corresponde a reta B devidamente assinalada a vermelho

no diagrama.

Com o objetivo de selecionar o material de adição mais adequado, foram traçadas

as coordenadas correspondentes ao crómio e níquel equivalentes dos quatro aços

envolvidos, e uniram-se os pontos correspondentes aos materiais de base (pontos 1 e 2),

daí resultando a reta A. Considerando uma diluição equitativa entre os materiais de base,

a microestrutura resultante corresponderá à do ponto médio da reta A (ponto 3).

Seguidamente, traçaram-se as retas que unem o ponto 3 aos pontos 4 e 5 relativos aos

materiais de adição. Atendendo a que o objetivo era obter uma microestrutura com uma

fração de 5% de ferrite, verifica-se que apenas o aço 309L é passível de ser utilizado como

material de adição uma vez que apenas a reta D, representativa da união dos pontos 3-5,

intersecta a reta B, referente à microestrutura com 5% de ferrite. Concluiu-se ainda que,

para se obter esta microestrutura, é necessário recorrer a uma diluição de 30% dos

materiais de base, ou seja, a relação entre a área dos materiais de base que sofrem fusão

e a área total da zona fundida deverá assumir o valor de 30% [4].

Apesar da facilidade e da pertinência do diagrama de Schaeffler, este não deve ser

utilizado no caso de aços com composições menos convencionais, nomeadamente quando

o teor de azoto é elevado, uma vez que este diagrama não toma em consideração a

influência deste elemento na microestrutura. Assim, surge o diagrama de DeLong (ver

Anexo 1) que contempla o efeito do azoto na estabilização da austenite, alargando o

conjunto de materiais que podem ser considerados na soldadura. Este diagrama pode ser

observado no Anexo 1 onde facilmente se verifica a contabilização do teor de azoto no

cálculo do níquel equivalente [4, 7].



Figura 1 - Diagrama de Schaeffler [4].

2.5 Zonas de uma Junta Soldada

O calor gerado pelos processos de soldadura por arco provoca alterações ao nível

da microestrutura do material, sendo que a severidade destas alterações está dependente

da quantidade de energia que é fornecida sob a forma de calor aos materiais de base assim

como a forma como ocorre a sua repartição. Estes dois últimos fatores dependem,

principalmente, da entrega térmica que é utilizada durante o processo de soldadura. Esta

é responsável pelo aquecimento dos materiais, levando à formação de quatro regiões

distintas numa dada secção da soldadura.

Na Figura 2 é passível de serem distinguidas estas regiões, através da análise

macrográfica de um corte transversal de uma junta soldada:

1. Zona do Material de Adição (ZMA);

2. Linha de fusão;

3. Zona Termicamente Afetada (ZTA);

4. Material de Base (MB).

1

2

C

A

B

D 3

4

5



Figura 2 - Macrografia de junta soldada: 1 – ZMA; 2 – Linha de Fusão; 3 - ZTA; 4 - MB.

A microestrutura de cada uma destas regiões está associada à composição química

dos materiais de base e de adição assim como ao processo, parâmetros e procedimento

de soldadura utilizados.

A ZMA corresponde à porção de material que sofre fusão completa uma vez que

está sujeita à temperatura máxima do processo. Para além disso, nesta zona ocorrem

reações entre o material de adição, o material de base e os gases de proteção.

A ZTA diz respeito à zona intermédia, situada entre a ZMA e o MB. Esta zona consiste

na porção de metal de base que sofreu transformações no estado sólido por ação da

energia térmica inerente a cada processo de soldadura, sendo induzidas alterações de

tamanho de grão e de propriedades mecânicas devido ao ciclo térmico a que esta zona

está sujeita.

O MB não sofre qualquer tipo de alteração estimulada termicamente, estando

localizada nas extremidades da junta [3, 8].

2.6 Soldabilidade

Compreender o conceito de soldabilidade é imprescindível para se garantir a

sanidade de uma junta soldada uma vez que determina a forma como um material se

comporta durante um processo de soldadura.

Uma vez que a soldadura é uma tecnologia em constante evolução, com o

desenvolvimento sucessivo de novos materiais face às exigências industriais, a

soldabilidade, ao longo dos anos, tem sido alvo de várias interpretações e definições.

Segundo uma das maiores organizações a nível da tecnologia de soldadura, a

American Welding Society (AWS), para se determinar a soldabilidade é necessário ter em

consideração diversos aspetos, tais como: planeamento, fabricação, aplicação e, em casos



particulares, reparação. Dessa forma, a AWS define a soldabilidade como sendo a

conjugação da capacidade de um dado material para ser soldado sob as condições de

fabrico impostas e a capacidade que um componente apresenta para desempenhar

adequadamente a sua função nas condições de serviço impostas [9].

Por outras palavras, o que a AWS pretende afirmar é que a soldabilidade resulta da

interseção e conjugação dos seguintes aspetos:

• Materiais utilizados;

• Processo, parâmetros e procedimento de soldadura;

• Desempenho na aplicação final.

Assim sendo, para se considerar que um componente é soldável, é necessário ter

em consideração os materiais utilizados para a produção do componente, o processo de

soldadura disponível mais adequado e a capacidade que esse componente tem para

cumprir a função para o qual foi projetado.

A avaliação da soldabilidade do ponto de vista dos materiais utilizados é

considerada o aspeto mais importante para se compreender a metalurgia da soldadura, e

surgiram ao longo dos anos diversas ferramentas que permitem determinar a sua

soldabilidade. Atualmente, considera-se que os diagramas TAC (Transformação em

Arrefecimento Contínuo) e o Carbono Equivalente (CE) são duas ferramentas

imprescindíveis para a sua avaliação.

Segundo esta última ferramenta, o CE, o teor em elementos de liga, para além do

teor em carbono, contribuiu para o aumento da temperabilidade dos aços, facilitando a

formação de fases frágeis. Assim, a determinação do CE de um dado material permite

auferir se este irá apresentar problemas após a soldadura.

Segundo a AWS, o seu valor é obtido através da seguinte fórmula [3]:

𝐶𝐸 = 𝐶 +

𝑀𝑛 + 𝑆𝑖

6+

𝑁𝑖 + 𝐶𝑢

15+

𝐶𝑟 + 𝑀𝑜 + 𝑉

5 (1)

Com base no CE de um aço, é possível perspetivar a formação de fases frágeis ou a

ocorrência de fissuração a frio na ZTA [3, 10].

2.7 Entrega Térmica

A entrega térmica é definida, num processo de soldadura por arco elétrico, como a

quantidade de energia, em Joules, por unidade de comprimento, em milímetros. O seu

valor depende da potência gerada pela fonte (W = U (diferença de potencial) * I

(intensidade de corrente)), da velocidade de avanço da tocha (v) e de uma constante (k)

que varia consoante o processo de soldadura utilizado. Em baixo é possível observar esta

fórmula [3]:



𝑄 =

𝑊

𝑣∗ 𝑘 =

𝑈 ∗ 𝐼

𝑣∗ 𝑘 (𝐽/𝑚𝑚) (2)

Este parâmetro reveste-se de elevada importância para a soldadura uma vez que

influencia a quantidade de calor que é fornecida aos materiais a unir assim como a taxa

de deposição do material de adição. Assim, quando se utiliza uma entrega térmica

elevada, promove-se o fornecimento de uma maior quantidade de calor e de material,

resultando na deposição de cordões num curto espaço de tempo; porém, o cordão de

soldadura fica suscetível a distorções, a alterações indesejáveis nas propriedades

mecânicas e pode levar à ocorrência de defeitos.

Por outro lado, um valor de entrega térmica baixo resulta numa taxa de deposição

igualmente baixa, sendo fornecida uma menor quantidade de calor. Assim consegue-se

controlar melhor o banho metálico, resultando numa melhor preservação das propriedades

mecânicas, evitando distorções e defeitos. Por sua vez, a produtividade, em termos de

deposição de cordões de soldadura, é inferior.

Desta forma, é fundamental utilizar-se uma entrega térmica ideal, tendo em conta

as caraterísticas da junta, de forma a atingir-se um equilíbrio entre a produtividade e a

sanidade final do componente [3].

Determinar esse valor ideal é fundamental para uma empresa do setor

metalomecânico pelas razões supracitadas, fazendo com que se recorra a uma grande

quantidade de recursos para a sua determinação. No entanto, à exceção dos primeiros

passes de soldadura, a entrega térmica ideal costuma ser apresentada segundo uma gama

de valores, permitindo assim que o soldador, de acordo com as caraterística da junta no

momento da soldadura, consiga priorizar a deposição de material, recorrendo a um valor

de entrega térmica próximo do limite superior do intervalo, ou privilegiar o controlo do

cordão e das caraterísticas metalúrgicas da junta, utilizando um valor próximo do limite

inferior do intervalo de entrega térmica.

2.8 Descontinuidades na junta soldada

Nenhum material de construção nem nenhuma estrutura de engenharia é isenta de

imperfeições. Assim, nas juntas soldadas, é comum observarem-se descontinuidades que

se definem como interrupções na estrutura do cordão de soldadura que, dependendo de

vários fatores, tais como sua localização, dimensões, etc., podem comprometer o correto

desempenho da peça soldada. Se for esse o caso, a descontinuidade passa a ser

denominada defeito, sendo obrigatório corrigi-lo ou eliminá-lo.

Dessa forma, é preciso fazer uma análise profunda das descontinuidades de uma

junta soldada, sendo a etapa de deteção e classificação realizada obrigatoriamente por

um técnico certificado para evitar erros na avaliação. Este é responsável pela

identificação, classificação e avaliação das descontinuidades com o objetivo de

determinar se estas podem ser prejudiciais ou não para o correto desempenho da peça.



A função destes técnicos é muito importante porque uma incorreta avaliação tem

como consequência a execução de reparações que seriam desnecessárias já que a

integridade da peça não estava em risco, tendo como consequência o aumento dos custos

de produção devido ao aumento do tempo despendido na correção. Pode também ocorrer

a situação oposta e não serem efetuadas correções de descontinuidades que eram

prejudiciais para o correto desempenho da peça, tendo como consequência falhas graves

e precoces em serviço [11].

2.8.1 Classificação das descontinuidades

Apesar da soldadura permitir a obtenção de juntas soldadas de elevada qualidade

através da correta utilização dos parâmetros de soldadura, de se recorrer a boas práticas

de soldadura e de se terem selecionado os materiais mais adequados, são vulgarmente

encontradas descontinuidades, tais como [12]:

• Contaminação por oxigénio e azoto

Se o gás de proteção não for completamente inerte ou adequadamente protetor, o

oxigénio e o azoto da atmosfera podem ser absorvidos pelo material do cordão de

soldadura. Como consequência, os óxidos e nitretos formados podem reduzir a

resistência mecânica do cordão de soldadura.

• Fissuração a frio

Esta descontinuidade é normalmente associada a três fatores: presença de

martensite, dissolução de hidrogénio e tensões internas.

A formação da martensite é determinada pela temperabilidade do aço, sendo que,

além do carbono, alguns elementos de liga aumentam a temperabilidade,

facilitando assim a formação desta fase frágil. A formação desta fase é prejudicial

para a junta uma vez que a transformação martensítica é assistida por deformação

e, em alguns casos, introduz tensões internas suficientes para iniciar uma fissura.

O hidrogénio resulta da decomposição da água proveniente de várias fontes como

o ar atmosférico ou o gás de proteção ou até mesmo da humidade adsorvida à

superfície dos materiais utilizados. Ao longo do processo de soldadura, este

elemento difunde-se intersticialmente, sob a forma atómica, pela rede cristalina

do metal. Atendendo a que a solubilidade do hidrogénio na rede cristalina é muito

inferior à observada no metal líquido, assiste-se à recombinação do hidrogénio sob

a forma molecular, sendo geradas tensões internas elevadas.

Esta é a descontinuidade mais crítica uma vez que apenas se consegue identificar

a presença de fissuras num período superior a quarenta e oito horas após a produção

da junta.

• Fusão incompleta (Colagem)

Uma diminuição da corrente utilizada no processo de soldadura pode originar uma

deficiente fusão do material de base, particularmente na zona de ligação (linha de

fusão).



• Penetração incompleta

Tal como a própria designação indica, este tipo de descontinuidade ocorre quando

o material de adição não consegue penetrar a totalidade da espessura da junta,

originando sulcos no seu interior. Esta é frequentemente visível na raiz da

soldadura.

• Porosidade

Esta descontinuidade consiste na formação de uma cavidade resultante do

aprisionamento de gases durante a solidificação do cordão de soldadura. A sua

dimensão é variável e pode conter diversos gases como o oxigénio, azoto,

hidrogénio ou até mesmo gás de proteção.

• Fissuração a quente do cordão de soldadura

A suscetibilidade de um dado material à fissuração a quente está associada à

composição química dos materiais utilizados, à sua microestrutura e,

eventualmente, à presença de tensões internas. Devido a estes fatores, esta

descontinuidade ocorre durante a solidificação do cordão, devido à formação de

microconstituintes eutéticos, de baixo ponto de fusão, como, por exemplo, o

sulfureto e o fosforeto de ferro. Assim, caso as tensões internas resultantes da

soldadura sejam superiores à resistência mecânica desses compostos, assistir-se-á

à formação de fissuras.

2.9 Especificação de Procedimentos de Soldadura

Preliminar

Para a execução de um procedimento de soldadura, é necessário elaborar,

previamente, uma Especificação de Procedimentos de Soldadura preliminar (EPSp). Este

documento, tal como o próprio nome indica, antecede a Especificação de Procedimentos

de Soldadura (EPS), diferenciando-se desta última uma vez que não foi sujeita a ensaios

destrutivos e não destrutivos, i.e., a uma Qualificação de Procedimentos de Soldadura

(QPS), não estando assim validada.

Na EPSp estão contidas todas as diretrizes para a execução da soldadura como, por

exemplo, os materiais utilizados, o processo e os parâmetros de soldadura, a conceção da

junta, a preparação da junta, temperatura interpasse, etc. Na norma EN ISO 15609-1 são

apresentadas todas as informações que devem estar presentes numa EPSp.

De forma a validar este documento, é preciso produzir um corpo de prova, com

base nas informações presentes na EPSp, que será alvo de uma QPS. Caso se obtenha um

resultado satisfatório na QPS, a EPSp dá origem à EPS que será fornecida aos soldadores.

Caso contrário, é necessário elaborar uma nova EPSp e realizar, novamente, a QPS.

É necessário atentar que estas informações são exclusivas a um processo de

soldadura por arco, sendo necessário recorrer a outras normas para outros processos de

soldadura, tais como a EN ISO 15609-2 para a soldadura por gás.



2.10 Especificação de Procedimentos de Soldadura

A Especificação de Procedimentos de Soldadura (EPS) consiste na versão final e

aprovada da EPSp, devidamente qualificada e corrigida, contendo todas as informações

necessárias para a produção de uma junta soldada. Este documento é imprescindível para

um soldador uma vez que contém as instruções necessárias para a produção do

componente. Além disto, a EPS é fundamental para se garantir a repetibilidade do

procedimento de soldadura [13].

2.11 Qualificação de Procedimentos de Soldadura

A Qualificação de Procedimentos de Soldadura (QPS) tem como objetivo assegurar

que os materiais e os procedimentos utilizados para a produção de componentes soldados

estão em conformidade com os códigos de soldadura e que estes componentes apresentam

um conjunto de propriedades mecânicas adequadas à sua aplicação final. A QPS é também

essencial para a qualificação da EPSp.

Existem normas, como a EN ISO 15614-1, aplicada a um processo de soldadura por

arco, que estabelecem os ensaios destrutivos e não destrutivos que devem ser utilizados

para a avaliação de uma junta soldada, sendo elaborado, na etapa final da QPS, o Relatório

de Qualificação do Procedimento de Soldadura (RQPS) [14].

2.11.1 Ensaios Destrutivos

Os ensaios destrutivos são realizados sobre provetes produzidos em conformidade

com a norma associada ao procedimento de soldadura. Estes testes são conduzidos com o

objetivo de qualificar o procedimento de soldadura e o soldador e, eventualmente,

realizar o controlo de qualidade dos materiais, recorrendo a ensaios químicos,

metalográficos, mecânicos ou uma combinação dos anteriores [8].

Idealmente, realizar estes testes na peça seria a melhor forma de garantir a

qualidade da junta soldada; porém, uma vez que a capacidade de uma peça realizar a sua

função é destruída com a realização destes ensaios, o custo e a dificuldade de realizar

uma cópia da peça, torna esta situação impraticável e, por isso, é desejável que os

provetes sejam produzidos com o maior rigor possível de modo a estabelecer uma relação

com a peça.

Tal como referido anteriormente, é necessário realizar a qualificação do

procedimento de soldadura e, por isso, é fundamental que se consiga compreender os

resultados obtidos nos ensaios. Neste caso, um responsável pelas EPS e QPS, com formação

em Engenharia Metalúrgica/Materiais ou de Soldadura, terá, à partida, competências

acrescidas para interpretar corretamente os resultados dos ensaios destrutivos [15].

Este tipo de ensaios, para além de provocarem a destruição da peça, apenas

fornecem resultados relativos a uma determinada zona da peça, não refletindo também a

qualidade de todas as peças de um lote [16].



2.11.1.1 Ensaio de Tração

O ensaio de tração consiste em deformar um provete, de secção retangular ou

circular, utilizando uma força de tração até à sua rotura, permitindo determinar a

resistência mecânica de um dado material. Este ensaio é essencial para a qualificação do

soldador e do procedimento de soldadura [8].

O provete utilizado apresenta dimensões normalizadas, sendo tracionado

lentamente numa máquina de tração. A carga à qual o material está sujeito é controlada

através de células de carga e a deformação através de extensómetros calibrados colocados

sobre os provetes. Durante o ensaio, o provete é fixado por amarras, garantindo a correta

direção de aplicação de carga, sendo registada a deformação e a tensão utilizando um

software para esse fim. É assim possível obter-se um gráfico que relaciona estas duas

variáveis, permitindo a determinação de várias propriedades: tensão de cedência (Rp0,2),

tensão de rotura (Rm) e módulo de young [8, 17, 18].

2.11.1.2 Ensaio de Dobragem

Este ensaio consiste em submeter um provete, de secção retangular, a uma

deformação plástica por efeito de dobragem, sem alteração do sentido de aplicação da

força até ser atingido o ângulo de dobragem especificado, com o objetivo de avaliar a

ductilidade de um determinado material. Permite fazer a qualificação do soldador e do

procedimento de soldadura [8, 19].

Para a análise de juntas soldadas, do tipo topo a topo, são geralmente realizados

ensaios de dobragem longitudinais de forma a deformar equitativa e simultaneamente o

material de base, a ZTA e a ZMA, tal como indicado na norma NP EN 910 [8]. O provete

fica apoiado em dois suportes cilíndricos paralelos; o cordão de soldadura deve ficar no

centro da distância entre esses apoios. Seguidamente, o provete é dobrado através da

aplicação, de um modo contínuo e gradual, e nessa zona central (correspondente ao eixo

de soldadura), de uma carga perpendicular em relação à superfície do provete. O ensaio

dá-se como concluído quando se atinge o ângulo de dobragem indicado na norma,

analisando-se de seguida as superfícies laterais e exteriores do provete quanto à presença

de defeitos [19].

2.11.1.3 Ensaio de Choque (Ensaio Charpy)

Este ensaio consiste na fratura de um provete entalhado, através da aplicação de

um único golpe por um martelo-pêndulo, com a finalidade de se determinar a energia

absorvida [20]. Esta propriedade é determinada através do ângulo que o pêndulo faz no

retorno, após a fratura do provete. Os principais objetivos deste ensaio são a realização

do controlo de qualidade e a certificação dos aços fornecidos [18]. Este pode ser realizado

a várias gamas de temperaturas através do aquecimento ou arrefecimento prévio do

provete, sendo realizado o controlo da temperatura do mesmo no decorrer do ensaio.

O provete é maquinado de forma a conferir-lhe as dimensões normalizadas bem

como um entalhe com uma geometria específica (em V ou em U). Esta etapa deve ser

cuidadosamente realizada de forma a evitar alterações das propriedades mecânicas do



provete. Para a correta realização do ensaio, o provete é colocado na máquina, ficando o

entalhe centrado entre dois suportes. De acrescentar que o embate entre o martelo-

pêndulo e o provete ocorre na face oposta à do entalhe. Seguidamente, solta-se o martelo-

pêndulo de uma altura pré-definida. A altura que o pêndulo alcança após o embate com

o provete permite o cálculo da energia absorvida.

Após o ensaio, pode ainda ser realizada uma inspeção visual da superfície de fratura

de forma a caracterizar o respetivo tipo (frágil ou dúctil) [8, 20, 21].

2.11.1.4 Ensaio de Dureza

Este ensaio consiste em pressionar um corpo duro, denominado penetrador ou

indentador, contra a superfície do material, com uma força previamente estabelecida, de

forma a determinar a resistência do material à penetração. O valor de dureza é

determinado através de uma fórmula matemática que varia consoante o indentador

utilizado.

O material, a geometria e o tamanho do indentador variam consoante o método de

ensaio de dureza e a gama de durezas pretendido, existindo normas para cada método

que não só definem o penetrador a ser utilizado, mas também o procedimento a seguir

para a correta execução do ensaio. Para a obtenção de um perfil de durezas de uma junta

soldada, utiliza-se o ensaio de dureza Vickers uma vez que este produz indentações com

dimensões muito reduzidas, fundamentais para a identificação de alterações de

propriedades nas diferentes regiões da junta soldada [8, 18].

2.12 Inspeção de Juntas Soldadas

A inspeção consiste na realização de um controlo de qualidade que engloba várias

etapas, desde a fabricação de um componente soldado até ao seu fim de vida. Desse

modo, este termo descreve as operações que são utilizadas não só durante a produção de

uma peça, mas também enquanto esta permanecer em serviço. Apesar dos tipos de

descontinuidades variarem com a progressão das etapas, os princípios básicos que

conduzem a inspeção são os mesmos. Desta forma, existe um conjunto de ensaios que

podem ser utilizados para a inspeção de uma junta soldada; são denominados não

destrutivos e têm como principal objetivo identificar as descontinuidades presentes na

junta soldada [8, 22].

2.12.1 Ensaios Não Destrutivos

Assim como o nome implica, estes ensaios permitem a deteção de descontinuidades

em componentes, sem provocar danos ou comprometer a sua capacidade em desempenhar

a função desejada [15]. São essenciais para a inspeção de componentes uma vez que

permitem a deteção de descontinuidades no seu interior. As inspeções realizadas logo

após o componente ter sido produzido possibilitam, na maioria das vezes, a análise em

toda a sua extensão, conseguindo-se realizar inspeções mais completas. Contudo, quando

este já se encontra em serviço, normalmente existem restrições de acesso a todas as

superfícies do componente que tornam a inspeção mais limitada. Existem inúmeros



Ensaios Não Destrutivos (END); no entanto, apenas serão mencionados os mais utilizados

na inspeção de juntas soldadas de aços, após produção ou em serviço [16, 23].

2.12.1.1 Inspeção Visual

A inspeção visual é o mais simples e mais utilizado método de inspeção, sendo

normalmente o primeiro ensaio a ser realizado. Apesar da simplicidade, a inspeção visual

constitui uma importante parte do controlo de qualidade sendo que, segundo certas

normas, é o único ensaio mandatório, sendo exigido que todos os componentes soldados

sejam, em primeiro lugar, analisados por inspeção visual e, posteriormente, inspecionados

pelos restantes END.

Este método é o mais utilizado uma vez que, além de ser expedito, não é necessário

qualquer equipamento especial, sendo apenas necessário uma boa visão do inspetor e

algumas ferramentas simples [15].

Contudo, apesar das inúmeras vantagens, este requer um inspetor com alguma

experiência e com bastante conhecimento não só da função da peça, mas também dos

materiais utilizados, processos de soldadura, especificações relativas à geometria da peça

e, possivelmente, certas qualificações exigidas para a execução do ensaio visual.

Relativamente aos equipamentos utilizados, os mais comuns são: escantilhões de

soldadura, réguas para o controlo dimensional da junta, lanternas, lupas, boroscópios,

espelhos para se conseguir ter acesso a áreas mais restritas e, por último, sistemas de

examinação flexíveis com câmara de filmar de modo a que o inspetor consiga visualizar

remotamente áreas não acessíveis com boroscópios rígidos [15, 24].

2.12.1.2 Radiografia industrial

O ensaio RT utiliza radiação para penetrar a junta soldada, revelando informações

sobre as condições internas da peça. Esta técnica de END envolve exposições radioativas

que gravam uma imagem permanente numa película radiográfica. A configuração de um

ensaio de radiografia pode ser observada na Figura 3.

Figura 3 – Configuração de um ensaio de Radiografia Industrial [8].



O método de radiografia com filme pode ser dividido em duas etapas: realização da

radiografia e interpretação da radiografia. Para satisfazer estas duas etapas, são

necessários vários componentes, tais como: fonte de radiação, marcadores de

identificação de soldadura, filme fotográfico apoiado por suportes, técnico certificado

para a realização do ensaio, meios químicos para o processamento do filme e, por último,

um inspetor capaz de interpretar as radiografias e avaliar os resultados.

Relativamente às fontes de radiação, as mais comuns são os equipamentos de raio

X e os isótopos radioativos que emitem a radiação gama. O primeiro tipo é produzido por

equipamentos que variam desde portáteis e de baixa energia, capazes de radiografar

objetos finos, até máquinas equipadas com aceleradores de partículas, conseguindo assim

analisar soldaduras de elevada espessura. Já a radiação gama é frequentemente emitida

por isótopos como o Cobalto 60, o Irídio 192 e o Selénio 75, sendo que o primeiro é capaz

de penetrar juntas com espessuras de aproximadamente 125 mm, o Irídio está limitado a

espessuras de apenas 75 mm e o terceiro é adequado para espessuras inferiores a 10 mm.

Atualmente, apenas se recorre à radiação gama em situações particulares uma vez que o

contacto com isótopos radioativos pode colocar em risco a saúde do técnico que realiza o

ensaio, exigindo medidas de segurança bastante restritas e rigorosas [24].

O inspetor tem de reconhecer que todas as fontes emitem diferentes níveis de

radiação e que, apesar de uma potência elevada ser capaz de penetrar peças mais

complexas, a sensibilidade de deteção de descontinuidades diminui. Desse modo, tem de

haver um equilíbrio, com o intuito de detetar todas as descontinuidades e, ao mesmo

tempo, analisar toda a espessura da peça.

A obtenção de resultados pelo ensaio RT depende da absorção diferencial de

radiação pelo volume da peça, existindo dois fatores-chave que determinam o valor da

absorção diferencial: a massividade da peça e o poder de penetração (energia emitida) da

fonte de radiação. O primeiro fator varia consoante a densidade, composição e espessura

da peça, ao passo que o poder de penetração está dependente do equipamento de raio-X

e da sua configuração, ou da intensidade e nível de energia caraterística do isótopo

selecionado, no caso da radiografia com radiação gama. A conjugação destes dois fatores

resulta numa diferença de absorção que se traduz numa variação de tonalidade de cor

(escura e clara) no filme.

Outro elemento importante mencionado é o filme. Este consiste numa tira muito

fina e flexível de base polimérica revestida por uma emulsão de cristais de brometo de

prata, sensível à radiação [15]. O tamanho de grão dos cristais de brometo de prata

determina a sensibilidade do filme e a velocidade da sua revelação. Após a obtenção do

filme, é necessário recorrer a um processo químico de revelação de forma a converter a

imagem produzida na emulsão numa imagem permanentemente visível.

A interpretação da imagem produzida consiste em analisar a variação da tonalidade

entre as zonas mais escuras (facilmente penetradas pela radiação devido à menor

espessura e presença de descontinuidades) e as zonas mais claras (menor penetração da

radiação devido a espessuras superiores). Esta é realizada num local escuro, colocando a



radiografia à frente de uma luz forte de forma a facilitar e evitar erros de interpretação.

Na Figura 4 é exibida uma radiografia realizada a uma junta soldada, sendo visível a

presença de uma penetração incompleta (entre as setas).

Figura 4 – Visualização, numa radiografia, de uma penetração incompleta do material de

adição [8].

Tal como os outros ensaios não destrutivos têm as suas vantagens e desvantagens,

o ensaio RT não é exceção. Uma limitação importante deste ensaio está associada à

necessidade de alinhamento do feixe de radiação com a descontinuidade de modo a que

esta seja detetada. Esta limitação não é crítica quando o objetivo é detetar

descontinuidades, tais como porosidades ou impurezas, uma vez que estas são

normalmente circulares e facilmente detetadas em qualquer direção. No entanto,

descontinuidades planares, como fissuras ou fusão incompleta, podem não ser detetadas

se não estiverem alinhadas corretamente com o feixe de radiação [24]. Na Figura 5 está

esquematizada a limitação da radiografia industrial. Nesta figura identificam-se três

descontinuidades no componente; porém, apenas a descontinuidade B é visível na

radiografia uma vez que é a única que está alinhada com o feixe de radiação.

Figura 5 - Deteção de descontinuidades planares [24].



Para contornar esta limitação realizam-se várias radiografias, segundo diferentes

direções e posições da fonte de radiação, garantindo assim a deteção de todas as

descontinuidades no interior de um componente, independentemente da sua localização.

Contudo, é importante não esquecer que este ensaio segue determinadas normas, com

procedimentos a cumprir, como é o caso da norma ISO 17636-1 - Non-destructive testing

of welds — Radiographic testing — Part 1: X- and gamma-ray techniques with film. Esta

restringe a configuração e posicionamento da fonte de radiação de acordo com o tipo de

junta a analisar. Dessa forma, qualquer alteração não estipulada da direção ou posição do

feixe tem de ser aceite pelas duas partes contratantes e devidamente justificada [25].

Apresenta ainda outras desvantagens como a necessidade de aplicação de medidas

de segurança, devido ao contacto com radiação, custo elevado dos equipamentos, licenças

para a execução do ensaio e formação em segurança. Além disso, o tempo até à obtenção

dos resultados é, comparativamente a outros END, bastante superior.

Este ensaio não apresenta restrições em termos de material; é capaz de detetar

descontinuidades superficiais ou interiores e a imagem radiográfica final funciona como

registo permanente, permitindo a criação de um mapa com a orientação e localização

exata do defeito, auxiliando o soldador na etapa de remoção do mesmo [24, 26].

2.12.1.3 Ensaio por Ultrassons Convencional

Este END é capaz de detetar e caraterizar descontinuidades internas e superficiais,

podendo também determinar espessuras.

O Ensaio por Ultrassons (UT) utiliza ondas sonoras de alta frequência emitidas por

transdutores, direcionadas para o material em análise de forma a detetar

descontinuidades. Estas ondas consistem em vibrações mecânicas cuja amplitude de

vibração impõe tensões inferiores ao limite elástico dos materiais a serem inspecionados,

evitando assim deformações permanentes das peças [27]. No ensaio por ultrassons

convencional, são utilizadas frequências compreendidas entre 1 e 25 MHz, bastante

superiores à gama audível pelo ser humano (20 Hz a 20 kHz) [24]. Um esquema da

configuração simplificada de um ensaio por ultrassons é exibido na Figura 6.

Figura 6 - Configuração simplificada de um ensaio por UT [24].



O comportamento de uma onda ultrassónica obedece a uma equação de onda. Esta

viaja a uma velocidade caraterística de acordo com o meio que atravessa; a velocidade

num determinado meio depende das propriedades do mesmo e do movimento vibratório

da onda. Este feixe ultrassónico reflete nas superfícies, é refratado quando interseta uma

interface entre materiais de diferentes densidades, que apresentam velocidades de

propagação de som distintas, e é difratado quando interseta cantos ou objetos circulares

[15]. Este último fenómeno encontra-se esquematizado na Figura 7.

Figura 7 - Fenómeno de difração de uma onda sonora [24].

A absorção e a dispersão de um feixe ultrassónico são dois fatores essenciais para

a compreensão do enfraquecimento da onda sonora, que se combinam e originam a

atenuação. O primeiro fator resulta da conversão de energia sonora em calor e limita a

energia transmitida, absorvendo o eco de uma descontinuidade. Já a dispersão resulta da

heterogeneidade do material e traduz-se numa mudança da impedância acústica devido a

diferentes densidades ou velocidades de propagação do som. Estes fatores revestem-se de

elevada importância na inspeção de aços pelo método de UT, particularmente quando é

utilizada uma elevada entrega térmica (promove o crescimento dos grãos).

Se o aço em análise sofrer uma transformação de fase durante o aquecimento, estes

fatores não são críticos uma vez que há formação de novos grãos equiaxiais de pequenas

dimensões. No entanto, na eventualidade de não ocorrer transformação de fase, assiste-

se ao crescimento do tamanho de grão, potenciando a anisotropia elástica. Assim, os grãos

adquirem uma orientação aleatória, com propriedades elásticas diferentes consoante a

direção, traduzindo-se em velocidades de som distintas. Esta variação de comportamento

elástico dos grãos grosseiros leva a que estes funcionem como dispersores da onda,

resultando num aumento da atenuação do sinal e da distorção da trajetória da onda. Como

consequência, a interpretação das dimensões e localização das descontinuidades torna-se

praticamente impossível e geram-se inúmeros ecos, com tempos de chegada diferentes,

denominados “relva”, perdendo-se assim os ecos de interesse [16, 28].

A fim de atenuar estes fatores, recorre-se atualmente a ondas de baixas

frequências, ou seja, de elevados comprimentos de onda, ou então, realiza-se o ensaio

UT longitudinalmente; porém, as descontinuidades de menor dimensão não serão

detetadas pelo transdutor. Apesar destas possíveis soluções, ainda não existe uma que



seja mais adequada para contornar este problema e, por isso, recorre-se a outros END

[16].

Idealmente, é desejável que a onda sonora impacte a descontinuidade a um ângulo

de 90º de modo a que a onda seja refletida na totalidade para o recetor. Contudo,

normalmente as descontinuidades são perpendiculares à superfície da junta e, por isso,

uma onda longitudinal apenas consegue detetar porosidades. Dessa forma, para a análise

de juntas soldadas, é comum recorrer-se à técnica angular de UT que utiliza ondas

transversais para a identificação de descontinuidades. Na Figura 8 é ilustrado o percurso

de uma onda transversal. Neste caso é visualizada uma vertente do método UT com ondas

transversais, assistindo-se à sua reflecção na parede oposta à de emissão do sinal,

realizando o salto. Esta designa-se por controle no salto e permite detetar

descontinuidades com diferentes orientações.

Figura 8 – Controlo no salto na técnica angular de UT: percurso da onda sonora [16].

Contudo, quando se realiza a inspeção de juntas complexas ou se pretende analisar

a raiz de soldadura, a análise das ondas sonoras torna-se mais difícil uma vez que a

interface cordão de soldadura/ZTA reflete o som da mesma forma que as

descontinuidades, dando origem a falsos positivos. Por essa razão, a escolha do ângulo de

incidência é fundamental para assegurar que a onda sonora é refletida para o interior do

cordão de soldadura.

De forma a auxiliar os inspetores na escolha dos ângulos de incidência a serem

utilizados, existem normas que especificam os ângulos para um determinado material,

com uma determinada espessura e configuração de união, como é o caso da norma ISO

17640 - Non-destructive testing of welds — Ultrasonic testing — Techniques, testing

levels, and assessment [24].

Relativamente às suas vantagens, este ensaio apresenta uma excelente precisão em

termos da caraterização da descontinuidade e fornece informações quase instantâneas

sobre a sua presença. Também, comparativamente a outros END, o ensaio UT permite,

devido à sua elevada sensibilidade, a deteção de descontinuidades de dimensões

reduzidas. Em contrapartida, é uma técnica que requer técnicos muito experientes e

apresenta aplicabilidade limitada em peças de espessura muito baixa ou com superfícies

irregulares ou complexas. Além disso, apresenta dificuldades na análise de materiais com

grãos grosseiros e requer um acoplador para a transferência eficaz da onda sonora do

equipamento para a peça [24, 29].



2.12.1.4 Ensaio por Ultrassons Phased Array

Esta é uma tecnologia recente que funciona através de uma configuração específica

da técnica de ultrassons na qual um transdutor possui uma quantidade definida de

elementos (entre 16 a 256), pulsados sequencialmente. O transdutor é apoiado num calce,

com um ângulo definido, de forma a determinar o ângulo de reflexão da onda. Na Figura

9 é ilustrado um ensaio por Phased Array Linear, sendo a análise da peça realizada da

esquerda para a direita, de forma sequencial [30].

Figura 9 – Sonda de Phased Array [31].

Este ensaio surgiu devido à necessidade crescente nos últimos anos de reduzir o

tempo despendido na inspeção por UT, aliado a uma maior deteção das descontinuidades.

A relevância da sua utilização advém da capacidade de utilizar os múltiplos elementos

para direcionar e focar os feixes, utilizando um único transdutor. A capacidade de

direcionar o feixe pode ser usada para mapear componentes. Além disso, a possibilidade

de analisar várias áreas da peça, sem mover o equipamento, torna o ensaio por Ultrassons

Phased Array (PAUT) vantajoso em situações de acesso limitado à peça. Isto traduz-se

num aumento da capacidade de deteção de descontinuidades uma vez que consegue

analisar a peça em duas direções em simultâneo, cobrindo uma maior área, enquanto que

o UT convencional apenas analisa numa direção, sendo assim necessário realizar múltiplos

ensaios (Figura 10).

Apesar destas vantagens, em virtude de ser uma adaptação recente dos ensaios por

ultrassons, ainda apresenta um custo elevado e obriga a novas formações para os

inspetores [32].

Figura 10 – Análise comparativa dos potenciais dos ensaios UT convencional e PAUT [32].



2.12.1.5 Ensaio por Líquidos Penetrantes

O ensaio por Líquidos Penetrantes (LP) permite detetar e localizar descontinuidades

superficiais desde que a superfície da peça esteja limpa e acessível [24]. Por essa razão,

é obrigatório realizar uma limpeza da peça, nomeadamente quando a peça possui um

revestimento superficial, com o objetivo de assegurar que o líquido penetrante entra na

descontinuidade e não perde a capacidade de a identificar devido a uma possível reação

com um composto presente no interior da descontinuidade [15].

A tinta líquida penetrante apresenta uma elevada capilaridade e, quando aplicada

sobre a superfície limpa, invade as descontinuidades por ação capilar. Após um período

de estágio, que tem como função assegurar que a tinta penetra nas descontinuidades

superficiais na sua totalidade, o líquido penetrante em excesso é removido da superfície.

Posteriormente, aplica-se um revelador, que consiste num produto absorvente, de forma

a evidenciar as indicações dadas pelo líquido penetrante, assinalando assim a localização

de descontinuidades. No final, recorre-se a uma fotografia para registar as indicações

produzidas pelo ensaio. A sequência de execução deste ensaio é exibida na Figura 11 [33].

Figura 11 - Etapas do ensaio por Líquidos Penetrantes [24].

Existem duas tintas distintas que podem ser usadas como penetrantes. A primeira,

tinta visível, possui uma cor vermelha para contrastar com o revelador branco, utilizando-

se uma luz branca para visualizar a presença das descontinuidades. Existe também uma

tinta fluorescente, facilmente visível quando exposta a luz ultravioleta. Esta apresenta

uma cor verde amarelada, sobre um fundo negro, recorrendo à utilização de luz

ultravioleta.

Atualmente, o penetrante fluorescente é mais utilizado do que o penetrante visível

uma vez que se consegue identificar mais rapidamente e com maior precisão a localização

da descontinuidade devido à elevada sensibilidade da tinta fluorescente à luz ultravioleta

[15].

Relativamente às suas vantagens, esta técnica pode ser utilizada em materiais

magnéticos e sobretudo em materiais paramagnéticos, como os aços inoxidáveis, em que

o ensaio por Partículas Magnéticas não pode ser utilizado. Além disso, é relativamente

simples, barata e os técnicos facilmente aprendem a realizar o ensaio de forma adequada.



Por último, pode ser utilizada sobre todos os tipos de materiais desde que estes não sejam

porosos [15].

Em contrapartida, os penetrantes podem conter algum composto que prejudica não

só o cordão de soldadura como também os materiais de base, afetando o tempo de vida

do componente. Dificilmente consegue-se remover por completo o penetrante do interior

da descontinuidade e, por essa razão, caso este seja corrosivo para o material ou não seja

compatível com a aplicação final, é recomendado evitar a utilização desta técnica.

É preciso também assegurar que o examinador cumpra um procedimento pré-

estabelecido e seja capaz de identificar corretamente a presença das descontinuidades

após a realização do ensaio [24].

2.12.1.6 Ensaio por Partículas Magnéticas

O Ensaio por Partículas Magnéticas (MT), vulgarmente conhecido por

Magnetoscopia, é um ensaio não destrutivo utilizado para detetar descontinuidades

superficiais e subsuperficiais em materiais ferromagnéticos.

Para se proceder à execução do ensaio, em primeiro lugar, é necessário realizar a

magnetização do componente, através da passagem de corrente elétrica ou, através da

utilização de ímanes ou eletroímanes. É importante referir que a magnetização total do

componente a inspecionar não é obrigatória, podendo ser efetuada por secções.

Em segundo lugar, procede-se à aplicação das partículas magnéticas, que consistem

em partículas finas de óxido de ferro, sobre a superfície do componente a inspecionar. A

aplicação destas partículas pode ser realizada por via seca ou por via húmida, de acordo

com o tipo de descontinuidades que se pretende detetar. A acumulação das partículas

magnéticas num determinado local do componente revela a existência de uma

descontinuidade. Se esta for superficial, a acumulação das partículas magnéticas é

máxima, contudo, quando a descontinuidade é subsuperficial, é necessário atentar à

acumulação das partículas uma vez que a fuga de fluxo magnético pode não ser suficiente

para provocar uma acumulação razoável de partículas. É de salientar que pode ser

necessário induzir campos magnéticos com diferentes direções, de forma a serem

reveladas as imperfeições, qualquer que sejam as suas orientações.

Relativamente às suas vantagens, este é um ensaio expedito e económico, podendo

ser utilizado em componentes de geometria complexa. As indicações são obtidas

instantaneamente e diretamente na superfície do componente. Os equipamentos

utilizados são, na sua maioria, portáteis e, contrariamente ao ensaio LP, é possível detetar

descontinuidades subsuperficiais. No entanto, este END apenas pode ser utilizado em

materiais ferromagnéticos, não podendo ser aplicado em aços inoxidáveis austeníticos e,

em certas situações, pode ser necessário realizar a desmagnetização do componente no

final do ensaio [8, 15, 16].



3. Materiais

3.1 Materiais de Base

3.1.1 Aço não ligado S355J2+N

Este é um aço estrutural de baixo carbono, normalizado, com um valor mínimo de

355 MPa para a tensão de cedência e uma resistência ao impacto (Charpy) superior a 27

J, à temperatura de -20ºC, tal como especificado na norma EN ISO 10025 - 2. Da sua

composição química (Tabela I), é de realçar o baixo teor em carbono que, para além de

minimizar a precipitação de carbonetos de crómio, assegura uma boa soldabilidade, a

presença de manganês, que concede um aumento da tensão de limite elástico e da

resistência à fratura e a presença de cobre que permite um aumento da resistência à

corrosão e da tensão de cedência. Esta liga apresenta propriedades mecânicas adequadas

às suas aplicações, boa soldabilidade bem como um custo não muito elevado, pelo que é

utilizada frequentemente como material de base para a soldadura dissimilar [2, 34].

Tabela I - Composição química (% mássica) do aço S355J2+N [34]

C Si Mn P S Cu

0,20 0,55 1,60 0,025 0,025 0,55

3.1.2 Aço AISI 304L

Este aço ao cromo-níquel, paramagnético e de matriz austenítica, destaca-se pelo

seu teor bastante reduzido em carbono (Tabela II). Esta particularidade é fundamental

para evitar a precipitação de carbonetos na zona termicamente afetada, durante a

soldadura, garantindo assim uma baixa suscetibilidade à corrosão intergranular. Dessa

forma, este aço, apesar de apresentar um conjunto de propriedades mecânicas inferiores

à sua versão convencional (AISI 304), é vastamente utilizado na produção de componentes

soldados para as mais diversas indústrias, nomeadamente, componentes que requerem

uma excelente resistência à corrosão [35].

Tabela II - Composição química (% mássica) do aço AISI 304L [36]

C Si Mn P S Cr Ni N

0,030 1,00 2,00 0,045 0,030 18,5 9,5 0,10



3.1.3 Aço AISI 415

Este aço, de matriz martensítica, possui excelentes propriedades mecânicas, das

quais se destacam a elevada dureza e resistência ao desgaste. Da sua composição química

(Tabela III) é de destacar o baixo teor de carbono, essencial para evitar a precipitação de

carbonetos durante a soldadura. Além disso, a presença de níquel permite uma melhoria

das propriedades mecânicas. Porém, apesar da boa combinação de propriedades

mecânicas, este aço requer um pré-aquecimento e um tratamento térmico após

soldadura, de forma a evitar elevadas distorções, prevenindo assim eventual fissuração a

frio.

Relativamente ao seu campo de aplicação, este aço é utilizado nomeadamente nas

indústrias química e metalúrgica, aplicações hídricas, entre outras [37].

Tabela III - Composição química (% mássica) do aço AISI 415 [36]

C Si Mn P S Cr Ni Mo

0,05 0,70 1,50 0,040 0,015 13,0 4,0 0,50

3.1.4 Aço AISI 316L

Este aço, de matriz austenítica, é muito utilizado no fabrico de equipamentos

soldados visto que apresenta uma composição química (Tabela IV) que assegura uma boa

soldabilidade, dando origem a componentes praticamente isentos de descontinuidades.

Este material distingue-se da versão convencional, o aço AISI 316, por apresentar um teor

de carbono inferior, potenciando assim a sua soldabilidade. O baixo teor de carbono

minimiza a sensibilização do aço, i.e., minimiza a probabilidade de precipitação de

carbonetos de crómio nas fronteiras de grão, tendo como vantagem evidente o aumento

do tempo de vida do componente. A presença de molibdénio na sua composição, além de

aumentar a resistência mecânica e à fluência e de minimizar a precipitação de carbonetos

de crómio, permite uma expansão das aplicações, nomeadamente num contexto de

elevada corrosão. O elevado teor de níquel promove o aumento da resistência à fratura e

da resistência à corrosão do material. O crómio apresenta-se em elevados teores nos aços

inoxidáveis e permite a formação de uma camada superficial protetora (camada

passivante), conferindo uma excelente resistência à corrosão [2].

Esta liga, em virtude da sua composição química, pode ser utilizada a temperaturas

elevadas, apresentando uma tensão de rotura e uma resistência à fluência superiores às

de outros aços da mesma série [38].

Tabela IV - Composição química (% mássica) do aço AISI 316L [36]

C Si Mn P S Cr Mo Ni N



0,030 1,00 2,00 0,045 0,030 17,5 2,25 11,5 0,10

3.2 Materiais de Adição

Foram utilizados como materiais de adição três ligas metálicas cujas composições

químicas são apresentadas nas Tabelas V, VI e VII.

Tabela V - Composição química (% mássica) do elétrodo DW-309L [39]

C Si Mn P S Cr Ni

0,02 0,7 1,40 0,019 0,005 23,9 12,6

Tabela VI - Composição química (% mássica) do elétrodo DW-316L [40]

C Si Mn P S Cr Mo Ni

0,030 0,60 1,60 0,020 0,006 18,7 2,80 12,2

Tabela VII - Composição química (% mássica) do elétrodo MX-A410NiMo [41]

C Si Mn P S Cr Ni Mo

0,02 0,23 0,46 0,021 0,005 11,8 4,4 0,61

4. Aplicação da Qualificação de Procedimentos de

Soldadura

A realização de QPS é uma das atividades regulares de um Inspetor de Soldadura.

Consequentemente, é natural que a Tüv Austria Iberia mobilize parte do seu quadro de

inspetores para esta atividade.

Quando contratados para este fim, os inspetores executam um plano, devidamente

delineado, que se divide em seis etapas:

1. Análise minuciosa da EPSp;

2. Acompanhamento da união da junta;

3. Análise da EPSp corrigida;



4. Realização dos ensaios não destrutivos

5. Análise dos resultados dos ensaios destrutivos;

6. Elaboração do RQPS.

Na primeira etapa, estabelece-se o primeiro contacto com o funcionário

responsável pela EPSp da empresa contratante, sendo feita uma análise da mesma. Esta

análise contempla um controlo minucioso das informações presentes neste documento,

como, por exemplo: o tipo e esboço da junta, os materiais de base e adição utilizados, a

posição de soldadura, os ciclos térmicos, os tratamentos térmicos e os gases de proteção

necessários. Nesta etapa, caso seja detetado algum erro, este é reportado ao responsável

da empresa contratante de forma a que seja efetuada a correção do documento.

Na segunda etapa, é realizado o acompanhamento da união da junta, sendo feito o

registo dos parâmetros de soldadura e da sequência de soldadura. Para tal, o inspetor está

munido de um cronómetro para efetuar a medição do tempo despendido em cada passe,

para assim ser capaz de determinar a velocidade de soldadura, com base no comprimento

da junta. Além disso, possui um pirómetro de infravermelhos para avaliar a temperatura

da junta e uma folha de registos para efetuar a anotação dos parâmetros de soldadura de

cada passe.

Após união da junta e realização do tratamento térmico, se necessário, o inspetor

realiza uma nova análise da EPSp, caso esta tenha sido corrigida, de forma a garantir que

todas as informações estão corretas.

Seguidamente, tal como é mencionado na norma EN ISO 15614-1, procede-se à

execução dos END. Os resultados obtidos nestes ensaios são analisados e avaliados com

base na norma ISO 5817. Caso os resultados obtidos estejam em conformidade com as

normas de aceitação, pode-se avançar para a etapa seguinte. Nesta, de acordo com o tipo

de junta, diferentes ED são realizados. Novamente, recorrendo à norma EN ISO 15614--1,

consegue-se determinar quais são os ensaios especificados para cada tipo de junta. É

importante mencionar que a Tüv Austria Iberia apenas consegue realizar ensaios de dureza

e a análise macroscópica nas suas instalações, recorrendo a laboratórios acreditados,

como por exemplo o CATIM, para os restantes ED.

Uma vez obtidos os resultados dos ED, procede-se à comparação destes com os

requisitos especificados na norma EN ISO 15614-1. Se estes resultados forem aceitáveis, é

passível de ser afirmado que o procedimento de soldadura está aprovado.

Para finalizar a QPS, na última etapa, elabora-se o RQPS, declarando que os ensaios

de soldadura foram preparados, executados e ensaiados satisfatoriamente, de acordo com

os requisitos estipulados, entregando este relatório à empresa contratante.

São apresentadas, na Tabela VIII, quatro QPS realizadas na ONIRAM, empresa de

metalomecânica que produz componentes para as mais diversas indústrias.



Tabela VIII - Juntas soldadas alvo de QPS

QPS Materiais de base Material de

adição

Processo de

soldadura Gás de proteção

1 AISI 316L DW-316L 136

M21

(80% Ar + 20% CO2)

2 AISI 415 MX – A410NiMo 138

3 AISI 415 AISI 304L DW-316L 136

4 S355J2+N AISI 415 DW-309L 136

É importante mencionar que, dado que se tratava de juntas topo a topo com

penetração total, foi necessário recorrer aos ED e END apresentados na Tabela IX.

Relativamente aos ED, estes foram realizados sobre provetes extraídos da junta soldada,

de regiões especificas, em conformidade com a norma EN ISO 15614-1.

Tabela IX - Ensaios para uma junta soldada, topo a topo, com penetração total [14]

Tipo de ensaio

Inspeção visual

RT

LP

Ensaio de tração

Ensaio de dobragem

Ensaio de impacto (Charpy)

Ensaio de dureza

Análise macrográfica



4.1 QPS da Junta Soldada 1

Este foi o primeiro procedimento de soldadura a ser qualificado e consistiu na união

de duas chapas de 50 mm de espessura (Figura 12), topo a topo, com chanfro em X

assimétrico (1/3|2/3).

Figura 12 –Chapas de aço AISI 316L, utilizadas para a primeira QPS.

Inicialmente, durante a análise da EPSp, foi identificado um erro no esquema da

junta. De acordo com a EPSp, o chanfro era em X (Figura 13); porém, como se pode

observar na Figura 14, o chanfro, na realidade, era em X assimétrico (1/3|2/3). Além

disto, as chapas possuíam 50 mm de espessura, contrariamente ao apresentado na Figura

13.

Figura 13 – QPS 1: Esquema do chanfro de acordo com a EPSp.



Figura 14 – QPS 1: Chanfro em X assimétrico.

Na segunda etapa, procedeu-se ao registo, em simultâneo, dos parâmetros de

soldadura de cada passe assim como do tempo necessário para a sua realização. Ainda

nesta etapa, visto que na EPSp era apresentado um máximo de temperatura interpasse de

200ºC, antes da realização de cada passe, foi necessário garantir que a temperatura

superficial da junta era inferior a esse valor.

Na etapa seguinte, realizou-se uma revisão da EPSp reformulada, não tendo sido

identificados erros durante a sua análise. Sendo assim, dado que não era necessário

realizar tratamento térmico após a soldadura e a junta soldada não estava sujeita a

fissuração a frio (seria necessário esperar 48 horas para se realizar os END), procedeu-se

à realização dos ensaios não destrutivos.

Esta etapa foi iniciada com a realização do ensaio por Líquidos Penetrantes, com o

objetivo de detetar indicações superficiais. O resultado do mesmo é visível na Figura 15.

Figura 15 - QPS 1: Resultado do ensaio por Líquidos Penetrantes.

Uma vez que, pela análise desta figura, não foram detetadas indicações superficiais

nas duas faces da junta, procedeu-se à realização do segundo END, a Radiografia

Industrial. Da análise da Figura 16, não são visíveis descontinuidades no interior do cordão.

Deste modo, considerou-se que a junta estava isenta de defeitos, tanto na superfície como

no interior.

Figura 16 – QPS 1: Resultado do ensaio de Radiografia Industrial.

Em seguida, foram realizados os ED. Tal como é apresentado na Tabela IX, para a

junta em estudo, era necessário realizar dois ensaios de tração transversais, quatro

ensaios de dobragem laterais, dois ensaios de impacto Charpy (um ensaio no cordão de

soldadura e o outro na ZTA) e uma análise macrográfica. Neste caso, não foi exigido o

ensaio de dureza uma vez que, segundo a norma EN ISO 15614-1, os materiais de base que

pertençam ao Grupo 8 dos aços para soldadura não requerem este ensaio. Para se



determinar o grupo a que o aço AISI 316L pertencia, foi necessário consultar a norma

ISO/TR 15608 [42].

Começando pelo ensaio de tração, este tinha como objetivo avaliar a tensão de

rotura da junta, obtendo-se os resultados apresentados na Tabela X.

Tabela X – QPS 1: Resultados do ensaio de tração

Tensão de rotura (MPa)

1º provete 2º provete 3º provete 4º provete

562 562 566 559

Segundo a norma EN ISO 15614-1 [14], a tensão de rotura de uma junta não pode

ser inferior ao valor mínimo do material de base (aço AISI 316L). Desta forma, recorrendo

à norma deste aço (EN 10028-7 [43]), verificou-se que o valor de tensão de rotura da junta

não podia ser inferior a 520 MPa. Assim, dado que os valores obtidos no ensaio foram

superiores a esse valor, os resultados foram considerados aceitáveis. É importante

mencionar que, apesar da norma EN ISO 15614-1 exigir apenas dois ensaios de tração, uma

vez que o equipamento do CATIM apresenta uma limitação em termos da espessura do

provete, foi necessário cortar os dois provetes, resultando num total de quatro provetes

para ensaiar. O corte dos provetes teve de ser realizado com base na norma EN ISO 4136.

Com o ensaio de dobragem pretendia-se averiguar se eram detetadas imperfeições

na junta soldada com dimensões superiores a 3 mm em qualquer direção, após o ensaio.

Segundo os resultados fornecidos pelo CATIM, não foram detetadas quaisquer imperfeições

com dimensões superiores a 3 mm.

Já no ensaio de impacto Charpy pretendia-se avaliar a energia absorvida pela junta

soldada, tanto na ZTA como na ZMA. Assim, para cada zona, foram ensaiados três

provetes. Na Tabela XI são apresentados os resultados obtidos no ensaio.

Tabela XI – QPS 1: Resultados do ensaio de impacto Charpy, a 20ºC

Energia absorvida (J)

Zona analisada ZTA ZMA

1º provete 87 299

2º provete 89 299

3º provete 88 299



Média ± Desvio Padrão 88 ± 0,82 299 ± 0

Neste caso, a energia absorvida pela junta não pode ser inferior ao valor mínimo

do aço AISI 316L. Consultando novamente a norma deste aço inoxidável, a energia

absorvida não podia ser inferior a 60 J [43]. Assim sendo, dado que não foram obtidos

valores inferiores a este, os resultados foram aceites.

Por último, realizou-se a análise macrográfica, segundo a norma EN ISO 15614-1,

com o objetivo de avaliar a sanidade da junta soldada. Na Figura 17 é apresentada a

macrografia desta junta. Através da sua análise é possível identificar os vários passes de

soldadura assim como as diferentes zonas de soldadura. Além disso, não são detetados

defeitos, fazendo com que os requisitos deste ensaio sejam cumpridos.

Figura 17 – Macrografia da junta soldada elaborada na QPS 1.

Para finalizar esta QPS, face à aceitação dos resultados em todos os ED e END,

elaborou-se o RQPS.


Este foi o segundo procedimento a ser qualificado e consistiu na união de duas

chapas, topo a topo, de 40 mm de espessura, com chanfro em X assimétrico (1/3|2/3).

Na Figura 18 são visíveis as chapas utilizadas assim como a configuração do chanfro.



Figura 18 – QPS 2: (A) Chapas de aço utilizadas; (B) Chanfro em X assimétrico.

Esta QPS iniciou-se com a leitura minuciosa da EPSp, não tendo sido identificados

erros. Seguidamente, na segunda etapa, realizou-se o acompanhamento da união da junta

de soldadura, registando-se os parâmetros de soldadura assim como o tempo despendido

em cada passe de soldadura. Após a união da junta, foi ainda realizado um tratamento

térmico de alívio de tensões a 560ºC, com um estágio de 4 horas.

Contrariamente à QPS anterior, dado que não se detetaram erros na primeira leitura

da EPSp, não foi realizada uma segunda análise da mesma. Assim, após a realização do

tratamento térmico, realizaram-se os END.

Recorreu-se, mais uma vez, ao ensaio LP para detetar descontinuidades superficiais

e ao ensaio RT para identificar descontinuidades no interior da junta. Tanto no primeiro

ensaio como no segundo, não foram detetadas descontinuidades. Este facto é comprovado

pela análise das Figuras 19 e 20.


Figura 20 - QPS 2: Resultado do ensaio de Radiografia Industrial.

A B



Relativamente aos ED, recorreu-se ao mesmo número de ensaios da QPS anterior.

No entanto, dado que o aço AISI 415 pertence ao Grupo 7 dos aços para soldadura, segundo

a norma ISO 15608, já foi necessário realizar o ensaio de dureza.

No que diz respeito aos resultados obtidos, em primeiro lugar foi analisada a tensão

de rotura da junta soldada, apresentando-se na Tabela XII os valores obtidos no Ensaio de

Tração.

Tabela XII – QPS 2: Resultados do ensaio de tração


1º provete 2º provete 3º provete 4º provete

957 958 945 942

Neste caso, a tensão de rotura da junta não podia ser inferior à do material de

base. De acordo com a norma EN 10088-2 [44], a tensão de rotura do aço AISI 415 deverá

apresentar o valor mínimo de 780 MPa. Desta forma, dado que a tensão de rotura da junta

é superior a este valor tabelado, os resultados obtidos foram aceites. Novamente, tal

como na QPS anterior, foi necessário proceder ao corte dos dois provetes retirados da

junta soldada.

No Ensaio de Dobragem, segundo os resultados fornecidos pelo CATIM, não foram

identificadas descontinuidades com dimensões superior a 3 mm em qualquer direção,

cumprindo-se assim o requisito deste ensaio.

Relativamente à energia absorvida pela junta no ensaio de impacto, tal como nas

restantes QPS, foram ensaiados três provetes da ZTA e da ZMA. Os resultados deste ensaio

são apresentados na Tabela XIII.

Tabela XIII – QPS 2: Resultados do ensaio de impacto Charpy, a 20ºC


Zona analisada ZTA ZMA

1º provete 49 161

2º provete 51 201

3º provete 52 186

Média ± Desvio Padrão 51 ± 1,25 183 ± 16,50



De acordo com a norma do aço AISI 415 , a energia absorvida pela junta tinha de ser

superior a 70 J [44]. No entanto, segundo a norma ISO 15614-1, o cliente pode aceitar uma

energia absorvida diferente do valor presente na norma do material. Assim, dado que este

aceitava uma energia absorvida mínima de 50 J, os resultados obtidos no ensaio foram

considerados aceitáveis.

Seguidamente, foi realizado o ensaio de dureza; os resultados são apresentados no

Anexo 2.

De acordo com a norma ISO 15614-1, para os aços do grupo 7, compete à empresa

contratante especificar a dureza final pretendida. Desta forma, uma vez que a ONIRAM

estabeleceu um valor máximo de dureza de 350 HV10, os resultados obtidos foram aceites.

Já na análise macrográfica (Figura 21) não são detetados defeitos e as diferentes

zonas de soldadura são facilmente identificáveis. Por estas razões, estão cumpridos os

requisitos para este ED.

Figura 21 –Macrografia da junta soldada elaborada na QPS 2.

Assim sendo, dado que os resultados obtidos nos ensaios são aceitáveis, este

procedimento de soldadura foi aprovado, tendo sido elaborado o RQPS.


Este foi o terceiro procedimento de soldadura a ser qualificado, diferenciando-se

dos procedimentos anteriores uma vez que se recorreu a dois materiais de base distintos.

Além disto, para esta junta, as chapas utilizadas possuíam 20 mm de espessura e o chanfro

em V. Na Figura 22 é passível de serem observadas estas chapas assim como o chanfro.



Figura 22 – QPS 3: (A) Chapas utilizadas; (B) Chanfro em V.

A primeira etapa da QPS consistiu na análise da EPSp, tendo sido identificados dois

erros. Em primeiro lugar, segundo este documento, o aço AISI 415 pertencia ao subgrupo

7.1 dos aços para soldadura; no entanto, segundo a norma ISO/TR 15608 [42], este

pertence ao subgrupo 7.2. Em segundo lugar, de acordo com a EPSp, não era necessário

efetuar um tratamento térmico após soldadura; contudo, no primeiro contacto com o

funcionário responsável pela EPSp na ONIRAM, tinha sido indicado que esta junta seria

alvo de tratamento térmico e, por esta razão, este campo da EPSp foi assinalado de forma

a ser corrigido.

Seguidamente, na segunda etapa, realizou-se o acompanhamento da união da

junta. No entanto, antes de se iniciar a soldadura, foi necessário assegurar que a

temperatura superficial das chapas era superior a 100ºC (Figura 23). É importante salientar

que a medição da temperatura superficial das chapas foi efetuada a uma distância de 50

mm do centro da junta.

Figura 23 – QPS 3: Ciclo térmico exibido na EPSp.

Uma vez atingida a temperatura de pré aquecimento, é dada permissão para se

começar a soldar. Tal como nas QPS anteriores, foram registados os parâmetros de

soldadura em cada passe. Além disso, após cada passe de soldadura, foi efetuada a

medição da temperatura da junta, assegurando assim que o passe seguinte só era dado

caso a temperatura fosse inferior a 180ºC (Figura 23).

Após a união da junta, esta foi sujeita a um tratamento térmico de alívio de tensões

a 560ºC, com um estágio de 4 horas. Seguidamente, realizou-se a análise da EPSp revista

da qual não resultaram quaisquer indicações.

A B



Avançando para os END, primeiramente realizou-se o ensaio de LP, estando patente

na Figura 24 uma imagem do resultado deste ensaio. Analisando a figura, não é possível

identificar indicações na superfície da junta. Seguidamente, realizou-se o ensaio de RT,

apresentando-se na Figura 25 o resultado obtido. Da análise da figura não são identificadas

descontinuidades no interior do cordão. Sendo assim, dado que não foram detetadas

indicações no interior do cordão nem na superfície da junta, avançou-se com a realização

dos ED.



É importante referir que, dado que se tratava de uma junta soldada dissimilar, teve

de realizar-se um ensaio de Impacto Charpy adicional, na ZTA do segundo material de

base. Ou seja, para além de se ter realizado um ensaio de Impacto Charpy no cordão de

soldadura e outro numa das ZTA, como nas juntas anteriores, foi realizado um ensaio na

outra ZTA.

Em primeiro lugar, analisaram-se os resultados de tensão de rotura da junta obtidos

no ensaio de tração (Tabela XIV).

Tabela XIV – QPS 3: Resultados do Ensaio de Tração


1º Provete 2º Provete

624 644

Uma vez que se trata de uma soldadura dissimilar, segundo a norma ISO 15614-1, a

tensão de rotura da junta não pode ser inferior à do material de base com menor

resistência. Deste modo, após consulta das normas dos materiais, verificou-se que a



tensão de rotura do aço AISI 304L (EN 10028-7 [43]) é inferior à do aço AISI 415 (EN 10088-

2 [44]). O primeiro deverá apresentar uma tensão de rotura de 500 MPa enquanto que o

segundo um valor mínimo de 780 MPa. Assim, a tensão de rotura da junta não podia ser

inferior a 500 MPa. Comparando os resultados obtidos no ensaio com este valor, é possível

afirmar que os resultados atingidos são aceitáveis. De realçar que, neste caso, já não foi

necessário cortar os dois provetes retirados da junta soldada uma vez que a sua espessura

era inferior ao limite do equipamento do ensaio de Tração do CATIM.

Relativamente ao ensaio de Dobragem, de acordo com os resultados obtidos pelo

CATIM, não foram identificadas imperfeições com dimensões superiores a 3 mm.

No ensaio de Impacto Charpy, foram obtidos os resultados apresentados na Tabela

XV. Nesta, a ZTA(1) representa a zona termicamente afetada mais próxima do aço AISI

415 enquanto que a ZTA(2) representa a zona termicamente afetada mais próxima do aço

AISI 304L.

Tabela XV – QPS 3: Resultados do ensaio de Impacto Charpy a 20ºC


Zona analisada ZTA(1) ZMA ZTA(2)

1º Ensaio 64 48 134

2º Ensaio 49 46 119

3º Ensaio 199 47 137

Média ± Desvio Padrão 104 ± 67,45 47 ± 0,82 130 ± 7,87

A análise destes valores, contrariamente à efetuada nas QPS anteriores, teve de ser

realizada isoladamente uma vez que o valor mínimo exigido varia consoante a zona

soldada a avaliar. Assim sendo, a energia absorvida pela ZTA(1) não podia ser inferior ao

valor aceite pelo cliente, i.e., tinha de ser superior a 40 J. Já a energia absorvida pela

ZTA(2) tinha de ser superior à do aço AISI 304L, i.e., superior a 60 J [43]. Relativamente

à ZMA, o cliente aceitava uma energia absorvida superior a 40 J. Assim, fazendo a

avaliação de cada zona, dado que todos os resultados obtidos no ensaio são superiores ao

valor mínimo teórico correspondente, estes foram aceites.

Em relação ao ensaio de dureza, foram alvo de análise as duas ZTA, a ZMA e o MB.

Os resultados deste ensaio são apresentados no Anexo 3. Segundo a norma ISO 15614-1,

dado que se trata de uma junta dissimilar, tal como na QPS anterior, cabe à ONIRAM

aceitar ou rejeitar estes resultados. Assim, dado que a empresa estabeleceu como valor

máximo de dureza 320 HV10, os resultados obtidos foram aceites.



Por último, tal como nas QPS anteriores, foi ainda realizada a análise macrográfica

(Figura 26). Da sua análise, é de salientar a distinção entre as diversas zonas de soldadura

e a ausência de defeitos visíveis. Assim sendo, esta junta soldada cumpre os requisitos

para este ensaio.


Atendendo a que foram aceites os resultados de todos os ensaios, tanto END como

ED, o inspetor aprovou este procedimento de soldadura, tendo sido entregue à ONIRAM o

respetivo RQPS.


Este foi o último procedimento de soldadura a ser qualificado e consistiu na união

dissimilar de duas chapas de 40 mm de espessura e com chanfro em X assimétrico

(1/3|2/3). As chapas utilizadas assim como o chanfro são visíveis na Figura 27.

Figura 27 – QPS 4: (A) Chapas utilizadas; (B) Chanfro em X assimétrico.

A B



Na primeira etapa foi realizada a análise da EPSp, tendo sido detetados dois erros.

Novamente, o esquema de junta apresentado na EPSp seria para um chanfro em X; no

entanto, tal como observado na Figura 27, o chanfro era em X assimétrico. Além disso, foi

ainda detetada uma incorreção no tipo de gás de proteção utilizado. Segundo a Figura 28,

a gama utilizada seria a M2.1; no entanto, utilizou-se uma mistura de 80% de árgon com

20% de dióxido de carbono, que corresponde à gama M21 (EN ISO 14175 [45]).

Figura 28 – Gás de proteção utilizado na QPS 4, presente na EPSp.

Seguidamente, foi realizado o acompanhamento da união da junta e registo dos

parâmetros de soldadura em cada passe. Porém, antes de se dar permissão para soldar,

foi necessário realizar o pré-aquecimento das chapas a uma temperatura superior a 100ºC.

Além disso, a temperatura interpasse não podia ultrapassar os 180ºC. No final desta etapa,

efetuou-se o tratamento térmico de alívio de tensões a 560ºC, com estágio de 4 horas.

Na etapa seguinte procedeu-se à análise da EPSp revista, não tendo sido detetados

erros.

Seguidamente, foram realizados os END, começando pelo ensaio por Líquidos

Penetrantes. O resultado deste ensaio pode ser observado na Figura 29, não sendo

detetadas indicações superficiais. Em relação ao ensaio RT, analisando a Figura 30, não

são identificadas descontinuidades no interior do cordão. Assim sendo, foi possível avançar

para os ED.





Relativamente aos ED, uma vez que a junta era dissimilar, tal como na QPS anterior,

foi necessário realizar dois ensaios de Tração transversais, quatro ensaios de Dobragem

laterais, um ensaio de Dureza, três ensaios de Impacto Charpy e uma análise macrográfica.

Começando pelo ensaio de Tração, na Tabela XVI são apresentados os valores de

tensão de rotura para esta junta.

Tabela XVI – QPS 4: Resultados do ensaio de Tração


1º Provete 2º Provete 3º Provete 4º Provete

551 555 533 545

Tal como no caso anterior, uma vez que esta é uma junta dissimilar, a tensão de

rotura da junta tinha de ser superior à do material de base com menor resistência. Dado

que a tensão de rotura do aço AISI 415 é de 780 MPa enquanto que a do aço S355J2+N é

de 470 MPa (EN 10025-2 [34]), a tensão de rotura da junta soldada não podia ser inferior

à deste último. Assim, dado que os resultados obtidos no ensaio são superiores a este

valor, é possível afirmar que estes são aceitáveis. Neste caso, foi necessário ensaiar 4

provetes devido às limitações do equipamento do CATIM, tal referido anteriormente.

Em relação ao ensaio de Dobragem, de acordo com os resultados fornecidos pelo

CATIM, não foram identificadas imperfeições com dimensões superiores a 3 mm.

Relativamente ao ensaio de Impacto Charpy, são exibidos na Tabela XVII os

resultados obtidos para as zonas de soldadura em análise; de referir que a ZTA(1) refere-

se à ZTA mais próxima do aço S355J2+N enquanto a ZTA(2) à ZTA mais próxima do aço AISI

415.

Tabela XVII – QPS 4: Resultados do ensaio de Impacto Charpy a -20ºC


Zona analisada ZTA(1) ZMA ZTA(2)

1º Ensaio 41 44 51

2º Ensaio 42 43 56

3º Ensaio 61 45 167

Média ± Desvio Padrão 48 ± 9,20 44 ± 0,82 91 ± 53,54



Tal como na QPS anterior, a avaliação da energia absorvida pelas juntas dissimilares

foi realizada individualmente. Assim, para a ZTA(1) a energia absorvida tinha de ser

superior à energia absorvida pelo aço S355J2+N, i.e., superior a 27 J [34]. Já para a ZMA,

os valores obtidos nos ensaios não podiam ser inferiores à energia absorvida pelo material

de base com menor resistência utilizado neste procedimento, neste caso o aço S355J2+N,

i.e., não podiam ser inferiores a 27 J. Por último, para a ZTA(2), a energia absorvida tinha

de ser superior à do aço AISI 415 (EN 10028-7 [43]), i.e., superior a 40 J. Dado que, para

todas as zonas soldadas em análise, os resultados obtidos são superiores ao respetivo valor

mínimo estipulado pela norma, poder-se-ão considerar aceitáveis os resultados obtidos.

Em relação ao ensaio de Dureza, são apresentados no Anexo 4 os valores de dureza

obtidos neste ensaio. Assim como na QPS anterior, dado que se trata de uma junta

dissimilar, cabe à ONIRAM definir o valor máximo de dureza. Assim, uma vez que a

empresa estabeleceu como limite o valor de 320 HV10, acima de todos os valores de

dureza obtidos, os resultados foram considerados aceitáveis.

Por último, realizou-se a análise macrográfica, sendo possível observar na Figura

31 o resultado deste ensaio. É claramente identificada a linha de fusão, as diferentes

zonas de soldadura e não são visualizados defeitos; pode-se assim afirmar que a junta

soldada cumpre as exigências deste ensaio.


Para finalizar esta QPS, face à aceitação dos resultados de todos os ensaios,

declarou-se que este procedimento estava aprovado, elaborando-se o respetivo RQPS.



5. Análise Microestrutural de Juntas Soldadas

No Capítulo 2.4, salientou-se que o diagrama de Schaeffler permite estimar a

microestrutura da ZMA de uma junta soldada. Contudo, é importante referir que a previsão

daí obtida não deve ser considerada totalmente válida uma vez que existem diversos

fatores que podem influenciar a microestrutura, como por exemplo a composição química

efetiva dos materiais, a taxa de diluição e a entrega térmica.

Entre esses fatores, destaca-se este último como mais relevante. A razão para a

sua importância já foi abordada no Capítulo 2; resumidamente, esta deve-se ao facto de

afetar a temperatura envolvida no processo de soldadura, influenciando não só o tamanho

de grão como também a composição fásica. Desta forma, quando este fator não é

controlado corretamente, é comum obterem-se juntas soldadas com propriedades

mecânicas inferiores às requisitadas assim como uma resistência à corrosão insuficiente.

Desta forma, é habitual, certas indústrias (nuclear), devido às exigências e riscos

associados, requererem o controlo exaustivo dos parâmetros de soldadura durante a

produção de componentes de forma a impedir alterações indesejáveis a nível

microestrutural. Assim, de forma a garantir que estes foram controlados, é habitual

realizarem-se análises microestruturais da junta soldada de forma a garantir a

concordância com a microestrutura pretendida, fazendo-se ainda a quantificação da fase

ferrítica. Quando essa quantificação a não é passível de ser realizada, em alternativa

recorre-se a um equipamento capaz de avaliar a fração de ferrite do cordão de soldadura,

por indução eletromagnética. Comparativamente ao primeiro método, o segundo é menos

preciso; porém, permite obter resultados quase instantaneamente, após calibração do

equipamento. Já o primeiro método fornece resultados mais precisos; contudo, requer

uma preparação metalográfica morosa. Dessa forma, consoante cada situação, é

necessário ponderar sobre o método que melhor se adapta.

Assim, em parceria com a ONIRAM, empresa na qual já tinham sido realizadas as

QPS, as juntas soldadas elaboradas nas QPS foram sujeitas a análise microestrutural com

o objetivo de verificar se foi utilizada a entrega térmica adequada e se a temperatura,

durante a soldadura, foi devidamente controlada, de forma a obter-se a microestrutura

da ZMA pretendida. Além disso, foi ainda realizada a comparação entre a microestrutura

desta zona e a prevista pelo diagrama de Schaeffler.

Na Tabela XVIII são apresentados os materiais utilizados em cada junta assim como

a taxa de diluição aplicada pela ONIRAM para o processo de soldadura utilizado.



Tabela XVIII - Juntas soldadas sujeitas a análise microestrutural

Junta soldada Materiais de base Material de adição Taxa de diluição

(%)

1 AISI 316L DW-316L

60

2 AISI 415 MX – A410NiMo

3 AISI 415 AISI 304L DW-316L

4 AISI 415 S355J2+N DW-309L

5.1 Análise Metalográfica

Para a análise microestrutural destas juntas soldadas recorreu-se ao exame

metalográfico que compreendeu diversas etapas, realizadas pela seguinte ordem:

amostragem, corte, polimento, ataque químico, observação ao microscópio e, por último,

quantificação de fases. De seguida, é feita uma análise detalha de cada etapa.

5.1.1 Amostragem

Primeiramente, para um exame metalográfico, é necessário selecionar o local

apropriado para a recolha das amostras. Neste caso, dado que estas juntas tinham sido

produzidas especificamente para as QPS, ficou decidido que iriam ser utilizadas as

amostras utilizadas para a análise macrográfica.

5.1.2 Corte

Após a amostragem, procedeu-se ao corte da junta soldada. Novamente, dado que

foram utilizadas as amostras da análise macrográfica, estas tinham de apresentar as

dimensões especificadas pela norma EN ISO 15614-1. Além disso, esta etapa teve de ser

realizada com bastante cuidado de forma a evitar alterações microestruturais durante o

corte, tendo sido selecionado o processo de corte por serra elétrica com sistema de

refrigeração.

5.1.3 Polimento

Esta foi a etapa mais morosa uma vez que, para uma boa observação ao

microscópio, é necessário que a amostra apresente uma superfície bem polida. Esta etapa

dividiu-se em duas fases: desbaste e acabamento. Para a primeira, recorreu-se a uma

sequência de lixas de carboneto de silício, de 180, 320, 400, 600 e 1000 mesh, enquanto

que, para a segunda, utilizaram-se as suspensões de diamante de 6 e 1 µm e respetivos

panos.

5.1.4 Ataque Químico

Os ataques tiveram como objetivo revelar a microestrutura das diferentes zonas de

soldadura, variando conforme o material a analisar.



Inicialmente, preparou-se o reagente de Beraha modificado, constituído por 20 mL

de HCl, 80 mL de H2O, 1 g de K2S2O5 e 2 g de (NH4)HF2, com tempo de imersão de 25 a 45

segundos. A preferência por este ataque deve-se ao facto de este delinear e colorir a

ferrite-δ. Além disso, este ataque é bastante útil para a quantificação de fases, tendo

sido utilizado para a análise da ZMA das amostras 1, 3 e 4.

Utilizou-se um regente, preparado a partir de 20 g de ácido pícrico e 100 mL de

HCl, para a análise do MB das amostras 1 e 3. É importante salientar que, para a terceira

amostra, este ataque foi apenas utilizado para o MB do aço AISI 304L. O tempo de imersão

variou entre 45 e 70 segundos, seguido por imersão em água. Este ataque teve como

objetivo revelar as fronteiras de grão dos aços inoxidáveis austeníticos.

Recorreu-se também ao reagente de Vilella, preparado a partir de 1 g de ácido

pícrico, 5 mL de HCl e 100 mL de etanol, tendo sido utilizado um tempo de imersão de 15

– 20 segundos. A preferência por este reagente deve-se ao facto de atacar

preferencialmente a martensite. Este foi utilizado para as amostras 3 e 4 (MB 415) e para

a amostra 2, na sua totalidade.

Foi ainda preparado o reagente Nital 2%, escolhido especificamente para o MB

S355J2+N da amostra 4. Este reagente foi preparado a partir de 2 mL de HNO3 e 98 mL de

etanol, tendo-se utilizado um tempo de imersão de 10 segundos. De realçar que este

reagente ataca preferencialmente a perlite [46].

5.1.5 Análise quantitativa de fases

Para se analisar quantitativamente a fase ferrítica, presente na ZMA das amostras

1, 3 e 4, recorreu-se a um microscópio ótico, em conjunto com o software Leica

Application Suite – Phase Expert, do Departamento de Engenharia Metalúrgica e de

Materiais da FEUP. Para cada amostra, foram recolhidas imagens de 20 campos, com uma

ampliação de 200x.

5.2 Resultados e Discussão

5.2.1 Junta Soldada 1

Conhecendo a composição dos materiais e a taxa de diluição, é possível estimar,

recorrendo ao diagrama de Schaeffler, a microestrutura da ZMA desta junta. Da análise

da Figura 32, é possível verificar que esta consistirá de uma matriz austenítica com 7% de

ferrite.



Figura 32 - Previsão da microestrutura da ZMA da junta soldada 1.

Seguidamente, realizou-se a análise microestrutural desta zona, patente na Figura

33, tendo-se identificando a matriz austenítica (a claro), contendo ferrite-δ, com

morfologia skeletal (a escuro) [2].

Em seguida, procedeu-se à quantificação da fase ferrítica presente nesta zona

soldada, tendo sido obtido uma fração de 12 ± 1%. Este valor, comparativamente ao

estimado através do diagrama de Schaeffler, é superior; no entanto, tendo em conta os

fatores apresentados no início deste capítulo, é possível afirmar que a entrega térmica foi

deviamente controlada uma vez que não ocorreram alterações significativas em termos

da microestrutura pretendida. É importante ter em consideração que, na prática, obter

uma fração de ferrite inferior a 10% é difícil uma vez que seria necessário utilizar uma

entrega térmica muito baixa de forma a impedir que fossem atingidas temperaturas

suficientes para induzir a formação de ferrite-δ. Esta entrega térmica faria com que a

deposição de cordões de soldadura fosse demasiado morosa, com a consequente

diminuição de produtividade.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

0 5 10 15 20 25 30 35 40

% E

q N

i =

%N

i +

30 x

%C

+ 0

,5 x

%M

n

% Eq Cr = %Cr + %Mo + 1,5 x %Si + 0,5 x %Nb + 2 x %Ti

Austenite

Martensite

Ferrite

0%Ferrite 5%

10%

20

40%

80%

100%



Figura 33 – Microestrutura da ZMA da junta soldada 1.

Também foi analisado o MB, sendo apresentada na Figura 34 a sua microestrutura.

Nesta é visível uma microestrutura caraterística de um aço inoxidável austenítico (AISI

316L) devido à presença de maclas e das fronteiras de grão bem definidas.

Figura 34 – Microestrutura do MB (aço AISI 316L) da junta soldada 1.


Da análise do diagrama de Schaeffler (Figura 35), para esta junta soldada, a

microestrutura da ZMA compreenderia martensite e ferrite.



Figura 35 – Previsão da microestrutura da ZMA da junta soldada 2.

Da análise microestrutural da ZMA desta junta (Figura 36), é possível identificar

uma matriz martensítica (estrutura acicular). No entanto, não é possível observar a fase

ferrítica prevista pelo diagrama de Schaeffler. Este facto já era expectável uma vez que

esse diagrama apresenta uma limitação em termos da sua aplicabilidade em aços

inoxidáveis martensíticos [2].


Foi ainda analisada a microestrutura do MB desta junta (Figura 37). É identificada

igualmente uma matriz martensítica. Esta estrutura é bastante semelhante à da ZMA, tal

como era expectável tendo em conta a natureza dos materiais utilizados.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

0 5 10 15 20 25 30 35 40

% E

q N

i =

%N

i +

30 x

%C

+ 0

,5 x

%M

n


Austenite

Martensite

Ferrite

0%Ferrite 5%

10%

20

40%

80%

100%



Figura 37 – Microestrutura do MB (aço AISI 415) da junta soldada 2.


Para a ZMA desta junta soldada, segundo o diagrama de Schaeffler (Figura 38), a

sua microestrutura consistiria numa matriz austenítica com 7% de ferrite.


Da análise microestrutural da ZMA (Figura 39), é possível identificar uma matriz

austenítica, cercada por ferrite-δ com estrutura skeletal. Determinou-se a fração de

ferrite-δ nesta zona, tendo sido obtido um valor de 12 ± 2%.

Este valor, apesar de ser superior ao estimado a partir do diagrama de Schaeffler,

é ainda bastante baixo, o que significa que, mais uma vez, a entrega térmica foi

deviamente controlada, não tendo sido atingidas temperaturas suficientes para formar

uma maior quantidade de ferrite-δ.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

0 5 10 15 20 25 30 35 40

% E

q N

i =

%N

i +

30 x

%C

+ 0

,5 x

%M

n


Austenite

Martensite

Ferrite

0%Ferrite 5%

10%

20

40%

80%

100%




Relativamente às microestruturas dos MB destas juntas soldadas, é possível

observar uma matriz martensítica, no caso em que o MB é o aço AISI 415 (Figura 40 A), e

uma matriz austenítica, no caso do aço AISI 304L (Figura 40 B), sendo bem visíveis as

maclas e as fronteiras de grão da austenite.

Figura 40 – Microestruturas dos MB da junta soldada 3: (A) aço AISI 415; (B) aço AISI

304L.


Esta junta soldada suscitava maiores receios em relação à microestrutura da ZMA

uma vez que, de acordo com o diagrama de Schaeffler (Figura 41), tendo em conta a

composição química dos materiais utilizados e a taxa de diluição, corresponderia a uma

combinação de austenite e martensite o que, evidentemente, não era a solução

pretendida.

Este problema já era expectável uma vez que o diagrama de Schaeffler apresenta

maior aplicabilidade para aços inoxidáveis, preferencialmente austeníticos. Assim, há que

utilizá-lo com algumas reservas quando se pretende recorrer ao diagrama para a previsão

A B



da microestrutura de juntas dissimilares entre aços de baixo carbono (não ligados) e aços

inoxidáveis martensíticos. Esta é uma limitação já conhecida pela maioria das empresas

que, mesmo assim, não se coíbem de utilizar esta ferramenta uma vez que os resultados

efetivamente obtidos apresentam apenas ligeiros desvios relativamente aos estimados.

Assim será suficiente ajustar a taxa de diluição para um valor inferior a 50% para que a

microestrutura da ZMA seja constituída exclusivamente por austenite e ferrite. Também

é importante mencionar que, frequentemente, a composição química exibida na

especificação de material do fornecedor não coincide com a apresentada nas normas dos

materiais. Assim, esta diferença pode ter contribuído para o desvio verificado no diagrama

de Schaeffler.


Da análise microestrutural da ZMA (Figura 42), é possível identificar a matriz

austenítica, cercada por ferrite-δ com morfologia skeletal, tal como era pretendido pela

empresa. Também, foi possível determinar a fração de ferrite nesta zona, tendo sido

obtido valor de 12 ± 2%.

O resultado obtido foi bastante positivo uma vez se obteve a microestrutura

pretendida e a fração de ferrite é baixa. Desta forma, é possível afirmar que se realizou

um controlo adequado da entrega térmica, evitando assim temperaturas excessivas nesta

zona de soldadura, conseguindo-se impedir que a fração de ferrite atingisse valores

excessivos.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

0 5 10 15 20 25 30 35 40

% E

q N

i =

%N

i +

30 x

%C

+ 0

,5 x

%M

n


Austenite

Martensite

Ferrite

0%Ferrite 5%

10%

20

40%

80%

100%




Relativamente à microestrutura dos materiais de base, na Figura 43 A está patente

a do aço S355J2+N, sendo possível identificar a perlite, com coloração escura, e a ferrite,

com coloração mais clara. Na Figura 43 B está exposta a microestrutura do aço AISI 415,

identificando-se a matriz martensítica, de estrutura acicular.

Figura 43 – Microestruturas dos MB da junta soldada 4: (A) aço S355J2+N; (B) aço AISI

415.

A B



6. Inspeção de Componentes Soldados

A inspeção de componentes soldados reveste-se de elevada importância uma vez

que tem como objetivo avaliar a sanidade de um componente, de forma a detetar

eventuais defeitos que coloquem em risco a sua integridade. Para esta operação, recorre-

se a END executados por técnicos certificados e conduzidos por inspetores de soldadura.

Os inspetores de soldadura têm um papel fulcral na análise e interpretação dos resultado,

podendo até realizar os END.

O trabalho desenvolvido no âmbito desta Dissertação possibilitou o contacto direto

com os END de forma a compreender as suas capacidades e limitações. Além disso,

permitiu vivenciar a principal função de um Inspetor de Soldadura, tendo sido selecionado

um componente soldado que foi sujeito ao ensaio RT.

6.1 Aplicação da Radiografia Industrial num Discharge Ring

A Radiografia Industrial é um dos END com maior importância na deteção de

descontinuidades volúmicas em juntas soldadas de alguns componentes, tais como o

Discharge Ring (Figura 44), no qual se recorre à união do aço AISI 316L ao aço não ligado

S355J2+N. Para se analisar o interior do cordão de soldadura deste componente é

necessário recorrer às técnicas de UT ou de RT. No entanto, tendo em consideração que

se utilizou um aço inoxidável austenítico para a produção do componente, torna-se

praticamente impossível utilizar a técnica de UT, tal como já abordado no Capítulo 2.

Assim, a única opção viável consiste em recorrer à técnica de RT. De referir que este

componente, tendo em atenção a sua aplicação final, normalmente é apenas inspecionado

pelo ensaio de LP. Este faz parte da estrutura de uma barragem hidroelétrica, assistindo-

se posteriormente à sua betonagem e, por essa razão, defeitos no interior no cordão não

são prejudiciais para o seu desempenho.

Figura 44 - Discharge Ring sujeito ao ensaio RT.

2 3 1



Inicialmente, para o ensaio radiográfico, foram selecionadas três secções do

componente. O ensaio foi realizado por dois técnicos da Tüv Austria Iberia, certificados

com o nível 2. As secções em análise estão assinaladas de 1 a 3 na Figura 45.

Para a realização do ensaio, foi também necessário ter em considerações as

seguintes normas:

• Norma de certificação dos técnicos: ISO 9712;

• Norma de execução do ensaio: ISO 17636-1;

• Norma de aceitação dos resultados: ISO 10675-1.

Relativamente aos equipamentos necessários para a realização do ensaio,

destacam-se:

• Fonte de radiação: Eresco 42MF4;

• Controlador: Eresco MF4;

• Indicador de Qualidade de Imagem (IQI);

• Película radiográfica;

• Fita métrica.

Na Figura 46 são apresentadas imagens de alguns destes equipamentos.

1

Figura 45 - Secções do Discharge Ring radiografadas.

2 3



Figura 46 - Equipamentos utilizados no ensaio RT: (1) Controlador; (2) Película

radiográfica; (3) Fonte de radiação.

Para se iniciar o ensaio, foi necessário estabelecer um conjunto de parâmetros no

controlador de forma a obter-se o tempo de radiografia, nomeadamente:

• Diferença de potencial: 200 kV;

• Material a inspecionar: aço;

• Densidade ótica: 2,5;

• Filme:C3;

• Espessura média da junta: 22,5 mm;

• Focal Film Distance (FFD): 1000 mm.

Após a introdução destes parâmetros no controlador, obteve-se um tempo de

radiografia de 6 minutos e 8 segundos. No entanto, antes de se realizar o ensaio foi

necessário aguardar quinze minutos adicionais relativos ao pré-aquecimento da ampola

localizada no interior da fonte de radiação, denominada tubo de raios catódicos. Uma vez

concluído o pré aquecimento da fonte, estabelecido o tempo de radiação, e cumprida a

distância de segurança, estavam reunidas as condições para a realização do END. É

importante referir que o posicionamento da fonte de radiação é fundamental, uma vez

que esta tem de estar nivelada com a secção a radiografar.

Após a realização dos três ensaios, antes de se analisar as radiografias, foi ainda

necessário efetuar o processo de revelação das radiografias nas instalações da Tüv Austria

Iberia. Por fim, procedeu-se à análise das radiografias.

Em termos de análise dos resultados, na radiografia relativa à primeira secção

(Figura 47), não foi possível detetar qualquer imperfeição.

1

2

3



Figura 47 – Radiografia da secção 1.

Relativamente à radiografia da secção 2 (Figura 48), foi possível identificar uma

pequena inclusão, assinalada pelo círculo vermelho.


Quanto à radiografia da secção 3 (Figura 49), não foram identificadas quaisquer

imperfeições.


Após a análise das três radiografias, uma vez que se observou uma imperfeição na

segunda radiografia, foi necessário recorrer à norma de aceitação deste ensaio (ISO 10675-

1) de forma a averiguar se esta é considerada aceitável ou não aceitável. Uma vez que foi

utilizada a classe B para a realização do ensaio, segundo a norma ISO 17636 [25], o nível

de aceitação na norma ISO 10675-1 podia ser o 1. Assim, consultando esta norma, para

esta junta soldada, uma inclusão não pode possuir uma largura superior a 2 mm nem um

comprimento superior a 25 mm por cada 100 mm de junta [47]. Uma vez que as dimensões

da inclusão são inferiores a estes valores, esta foi considerada descontinuidade, não sendo

necessário realizar a reparação do componente para a eliminar.

Para finalizar, de referir que, com a realização deste END, foi possível verificar que

o tempo necessário até se analisarem as radiografias é considerável, sendo também

necessário interromper a produção da empresa para se realizar o ensaio. Neste caso, uma

vez que foram realizadas apenas três radiografias, estas foram efetuadas fora do período

laboral da empresa. Porém, caso se tratasse de uma situação real de inspeção, poderia

ser necessário interromper a produção ou realizar o ensaio no período após o

encerramento da fábrica de forma a evitar a exposição dos trabalhadores à radiação.



7. Conclusões

O desenvolvimento desta Dissertação de Mestrado teve como principal objetivo

averiguar se a entrega térmica tinha sido devidamente controlada durante a união de

quatro juntas soldadas, recorrendo ao exame metalográfico. Além disso, foram realizadas

QPS às mesmas juntas, recorrendo a ED e END. Também, durante o desenvolvimento deste

trabalho, foi possível contactar diariamente com diversos END, tais como: Inspeção Visual,

LP, MT, RT e UT.

Deste modo, a componente prática desta Dissertação dividiu-se em três fases:

1. Realização de Qualificações de Procedimentos de Soldadura

Foram realizadas QPS a pedido da empresa ONIRAM, em quatro juntas topo a topo

em chapa com penetração total. As QPS dividiram-se em diversas etapas, executadas pela

seguinte ordem: análise da EPSp, acompanhamento da união da junta, análise da EPSp

revista, realização dos END e posteriormente dos ED e, por último, elaboração dos RQPS.

Relativamente aos END, recorreu-se ao ensaio LP para avaliar a superfície da junta

soldada e ao ensaio RT para avaliar o interior da junta. No que toca aos ED, foram

realizados ensaios de Tração, de Dobragem, de impacto Charpy, de Dureza e ainda a

Análise Macrográfica.

Para as quatro QPS, dado que se obtiveram resultados aceitáveis em todos os

ensaios, todos os procedimentos de soldadura foram aprovados, tendo sido elaborado um

RQPS para cada QPS.

2. Análise microestrutural da ZMA e MB de quatro juntas soldadas,

quantificação de ferrite-δ e comparação com a previsão obtida a partir

do diagrama de Schaeffler

Realizou-se o exame metalográfico das quatro juntas soldadas elaboradas na QPS,

tendo sido analisadas as respetivas ZMA e MB. Além disso, uma vez que, em três dessas

juntas, a ZMA consistia numa matriz austenítica contendo ferrite-δ, realizou-se ainda a

quantificação desta fase. Assim, dado que a microestrutura estipulada pelo diagrama de

Schaeffler se aproximava da realidade e obteve-se uma fração de ferrite-δ de 12% nas três

ZMA, foi possível concluir que a entrega térmica foi corretamente estabelecida, fazendo

com que não fossem atingidas temperaturas demasiado elevadas que resultariam na

formação de fases indesejáveis (fase σ) ou na obtenção de frações de ferrite bastante

superiores, que diminuiriam a resistência ao impacto da junta.

3. Realização de uma inspeção a um Discharge Ring através do ensaio RT

Recorrendo ao ensaio RT, foi possível inspecionar três secções deste componente.

Para a realização deste ensaio, recorreu-se a diversos equipamentos, nomeadamente:

fonte radiográfica, controlador, película radiográfica, IQI, entre outros. Previamente à

realização do ensaio, foi necessário definir diversos parâmetros no controlador como, por

exemplo, a distância da fonte à peça, a densidade ótica, a diferença de potencial, etc.



Uma vez estabelecidos esses parâmetros, obteve-se um tempo de radiografia de 6

minutos e 8 segundos que corresponde ao período durante o qual será emitida a radiação

de Raios-X. Após a realização do ensaio, para se poder analisar as radiografias, foi

necessário proceder à revelação das mesmas.

Em seguida, procedeu-se à análise das três radiografias, tendo sido identificada

uma inclusão na radiografia da segunda secção. Uma vez que as dimensões desta eram

inferiores ao limite estabelecido pela norma de aceitação deste ensaio, a inclusão foi

considerada uma indicação aceitável, não tendo sido necessário eliminá-la.

Para concluir, o desenvolvimento deste trabalho permitiu vivenciar as várias tarefas

que um Inspetor de Soldadura desempenha diariamente, conseguindo experienciar os

desafios que este tem de superar. Além disso, durante estes meses, foi possível perceber

a importância da entrega térmica e a dificuldade na sua determinação e, sobretudo, na

seleção do valor mais adequado. Também, foi possível utilizar os diversos END, ferramenta

indispensável para um Inspetor de Soldadura, de forma a compreender as suas capacidades

e limitações.

7.1 Trabalhos Futuros

Após a realização desta Dissertação, como trabalho futuro seria interessante

explorar outros END, não convencionais, como por exemplo: Inspeção por Emissões

Acústicas, realizar Qualificações de Soldadores ou de Procedimentos de Soldadura

utilizando materiais não-ferrosos.

Propõe-se também a realização de um estudo da variação da entrega térmica e a

sua influência nas propriedades mecânicas e na microestrutura da ZMA. Sugere-se o estudo

da influência da variação da entrega térmica na fração de ferrite-δ em aços inoxidáveis

austeníticos, após soldadura.

Além disso, devido à situação de calamidade vivenciada durante o período de

desenvolvimento deste trabalho, não foi possível realizar a inspeção de outros

componentes recorrendo aos restantes END apresentados no segundo capítulo. Assim,

seria interessante, em trabalhos futuros, aplicar estes ensaios na inspeção de outros

componentes de elevada complexidade.

Por último, sugere-se ainda a realização de um estudo comparativo entre o ensaio

UT e o PAUT ou entre o ensaio RT e o PAUT, em juntas dissimilares, de forma a apurar

como o crescimento de grão pode influenciar os resultados.



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Anexos

Anexo 1

Diagrama de DeLong [7]

\



Anexo 2

Resultados do ensaio de dureza da junta soldada 2

MB1 ZTA1 Cordão ZTA2 MB2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

307 305 329 331 330 294 296 311 321 325 309 289 294 301 295

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

313 303 300 347 343 337 345 317 333 333 342 337 335 321 307

31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45

310 307 309 343 346 339 298 301 295 315 329 323 293 289 303



Anexo 3



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

282 280 261 296 301 300 206 207 205 197 202 199 199 194 186

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

269 274 277 305 300 201 184 186 186 200 195 205 197 205 194



Anexo 4



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

165 151 153 235 267 280 212 219 205 319 313 308 297 293 302

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

156 157 168 220 222 198 212 227 227 309 312 315 294 309 304

31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45

166 160 161 251 272 272 201 192 205 316 310 293 293 305 306

Documents

Inspeção de Juntas Soldadas