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R. Conz - 2009 FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - FATEC SP DEPARTAMENTO DE SOLDAGEM SOLDAGEM DE MANUTENÇÃO I & II SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 2. FATORES INERENTES À SOLDAGEM DE MANUTENÇÃO 3. SOLDABILIDADE 4. MECANISMOS DE FALHAS NOS METAIS 5. TIPOS DE TRINCAS NA SOLDAGEM 6. METODOLOGIA DE INVESTIGAÇÃO DE FALHA 7. RECURSOS COMPLEMENTARES 8. APRESENTAÇÃO DE CASOS

Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

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R. Conz - 2009

FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - FATEC SP

DEPARTAMENTO DE SOLDAGEM

SOLDAGEM DE MANUTENÇÃO I & II

SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO

2. FATORES INERENTES À SOLDAGEM DE MANUTENÇÃO

3. SOLDABILIDADE

4. MECANISMOS DE FALHAS NOS METAIS

5. TIPOS DE TRINCAS NA SOLDAGEM

6. METODOLOGIA DE INVESTIGAÇÃO DE FALHA

7. RECURSOS COMPLEMENTARES

8. APRESENTAÇÃO DE CASOS

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1. INTRODUÇÃO

Os processos de fabricação no segmento da

construção mecânica alcançaram neste inicio de milênio

um grande progresso, graças às conquistas científicas e

tecnológicas que caracterizaram as últimas décadas.

A soldagem a seu turno ocupou um lugar de destaque, passando de um processo

artesanal para uma tecnologia com bases científicas bastante sólidas. A união de metais já era

praticada no século XII a.C. por forjamento à quente ou por estanho, entretanto evoluiu muito

pouco até próximo ao final do século XIX. Com o surgimento do eletrodo metálico em 1885

marcou-se o inicio de uma nova era, a partir de então a evolução da tecnologia de soldagem

tem sido intensa, buscando atender aos múltiplos segmentos industriais, bem como a enorme

variedade de ligas metálicas desenvolvidas a partir de então. Tal evolução não aconteceu de

forma aleatória ou independente, pois devido estar a soldagem relacionada a transformações

metalúrgicas, foi necessário um encadeamento de conhecimentos e uma conseqüente

normalização para fixar as variáveis e limites dos processos, projetos, métodos de ensaio, bem

como dos critérios de aceitação.

Do ponto de vista da aplicação, a tecnologia de soldagem pode ser dividida em dois

grandes grupos, a soldagem de produção e a soldagem de manutenção, sendo que, enquanto

a primeira baseia-se em: especificações técnicas, cálculos e procedimentos qualificados,

conforme normas específicas, a segunda, em oposição apresenta dificuldades do tipo: metal

de base desconhecido, contaminações e emergências, sendo que tudo isso ainda pode vir

acompanhado da necessidade da soldagem ser realizada em local desprovido de recursos

adequados. Um outro aspecto a ser considerado é que na soldagem de manutenção não é

comum ser especificado um procedimento, ficando as decisões para o soldador ou para o

supervisor. A soldagem de manutenção abrange a recuperação de peças defeituosas,

quebradas, trincadas e desgastadas, com ou sem usinagem posterior, consiste em unir, refazer

ou revestir partes metálicas alterando ou não suas características iniciais.

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2. FATORES INERENTES À SOLDAGEM DE MANUTENÇÃO

Especificações técnicas dos clientes

SOLDAGEM DE PRODUÇÃO Cálculos dos esforços

Procedimentos qualificados

Exigências conforme normas

Caso a caso

SOLDAGEM DE MANUTENÇÃO Dificuldades operacionais

Metal de base desconhecido

Contaminações diversas

Depende da habilidade do soldador 2.1 Fatores Tecnológicos

Processo de soldagem

Metalurgia de soldagem

Materiais de base e de soldagem

Controle de qualidade

Ensaios não destrutivos

2.2 Fatores administrativos

Manutenção corretiva

Manutenção preventiva

Manutenção preditiva

2.3 Fatores econômicos

Reposição

Recuperação

2.4 Fatores humanos

Ousadia com bom senso

Sensibilidade e honestidade

Saber ouvir

Poder de análise

Capacidade investigativa

Valor do componente x peça nova Disponibilidade x rapidez Garantia

Custo da recuperação Tempo Eventual garantia

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3. SOLDABILIDADE

Na soldagem de manutenção define-se soldabilidade como sendo, a capacidade de um

metal ser soldado em condições estruturais e ou metalúrgicas, sem entrar em colapso,

mantendo o mínimo de resistência exigida pela operação do produto em questão e nessas

condições podemos classificá-la em:

Operatória

Construtiva

Metalúrgica

3.1 Soldabilidade Operatória

A soldabilidade operatória está associada às condições encontradas no momento da

execução da soldagem. Tais condições devem ser muito bem analisadas, pois freqüentemente

as mesmas são bastante precárias, seja pela localização, pelo acesso ou mesmo pela posição

em que a soldagem será executada. As análises devem considerar o processo a ser utilizado,

pois poderá haver restrições quanto à sua aplicação em determinadas posições, a técnica

operatória escolhida, filete ou passe oscilado, também deve estar coerente com a situação, pois

elas influem no calor introduzido e conseqüentemente nas alterações metalúrgicas.

3.2 Soldabilidade Construtiva

A concepção adotada na fabricação original da peça ou conjunto a ser reparado pode

influir na recuperação do mesmo, principalmente no que se refere às tensões residuais

existentes, as quais por serem de natureza complexa e multi-direcionais, não podem ser

verificadas por instrumento. Contudo o formato e as tendências ao empenamento, são

indicativos de estarmos diante um componente tencionado, e nessas condições deve-se buscar

seqüências de deposição que possam agir em sentido contrário ao das tensões residuais,

anulando assim o efeito das mesmas.

Uma técnica de distencionamento mecânico por martelamento durante a soldagem,

também poderá ser utilizada dependendo do tipo de metal de adição que será depositado.

Alguns exemplos serão apresentados mais adiante.

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3.3 Soldabilidade Metalúrgica

De todos os tipos aqui apontados, a soldabilidade metalúrgica é provavelmente a mais

complexa, e também é a que mais tem sido estudada. A soldabilidade metalúrgica é

influenciada por inúmeros fatores, tais como:

O controle desses efeitos se restringem ao condicionamento térmico imposto, dessa

forma torna-se imprescindível a verificação da natureza dos metais envolvidos no processo de

maneira a se estabelecer o regime térmico apropriado, em grande parte dos casos isso irá

implicar na aplicação de pré-aquecimento, controle das temperaturas de interpasse e um pós

aquecimento.

As variantes que podem surgir quando combinamos os fatores acima definidos, com a

imensa quantidade de ligas metálicas existentes é praticamente infinita, inviabilizando assim a

definição de uma receita ou regra geral, dessa forma precisamos entender todos esses

fenômenos e cuidadosamente associá-los para a definição dos parâmetros de condicionamento

térmico.

3.3.1 Aporte térmico

A quantidade de calor introduzida na soldagem é conhecida por aporte térmico ou energia

de soldagem “Heat Input”. O aporte térmico “H” para soldagem, em geral, pode ser expresso

pela equação: H = P / Va

Onde:

H = Energia de Soldagem [ Joule.mm ]

P = Potência da fonte de calor [ Watt ]

Va = Velocidade de avanço [ mm / s ]

Aporte térmico

Tensões x deformações

Alteração do diagrama de equilíbrio

Transformações da estrutura cristalina

Impurezas e defeitos

Tratamentos térmicos

O FUNDAMENTAL EM SOLDAGEM DE MANUTENÇÃO

É DESCOBRIR A CAUSA DO PROBLEMA.

Page 6: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

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Na soldagem ao arco elétrico, o aporte térmico “H” é expresso pela equação:

H = V. I / Va

Onde:

H = Energia de Soldagem [ Joule.mm ]

V = Tensão [ Volt ]

I = Corrente [ Ampère ]

Va = Velocidade de avanço [ mm / s ]

A energia de soldagem é uma característica do processo e da técnica de soldagem

utilizada, os processos de soldagem do tipo arco submerso ou eletroescoria, por exemplo,

possuem energia de soldagem elevada, enquanto que processos, onde a área de aquecimento

é pequena como o processo TIG, são considerados de baixa energia.

Quanto mais alto for o aporte de calor (energia de soldagem), maior será a quantidade

de calor transferido a peça, conseqüentemente, maior será a poça de fusão, mais larga a zona

aquecida e menor será o gradiente térmico entre a solda e o metal de base. A eficiência de

transmissão “η” pode ser considerada constante para um mesmo processo, pois exprime a

parcela de energia efetivamente transferida à peça. Perdas decorrentes do aquecimento de

cabos e eletrodos, respingos e resfriamento pelo meio ambiente, fazem diminuir o valor de “η”.

A forma de se controlar o aporte térmico, num determinado processo de soldagem, é

buscando a condição de potência e velocidade de soldagem, que garantam uma conformidade

de deposição e uma estrutura cristalina sem grandes alterações, se comparadas com a

estrutura original do metal base. A técnica de soldagem com cordões estreitos assume valores

de velocidade de avanço bem mais elevados do que a técnica de soldagem com oscilação, e

conseqüentemente, com menor quantidade de calor introduzido.

Valores elevados de aporte térmico podem provocar alterações metalúrgicas importantes

tais como: a precipitação de carbetos de cromo, ou formação de fase sigma nos aços

austeníticos, ou mesmo um crescimento de grão exagerado nos aços ferríticos, sendo que em

ambos os casos o resultado final é a diminuição da tenacidade do metal depositado ou da zona

fundida. Por outro lado, dependendo da natureza do aço, o aporte térmico pode ser insuficiente,

levando a uma taxa de resfriamento elevada que por sua vez resultará na formação de

estruturas duras como, por exemplo, a martensita, aumentado assim o risco de fissuração.

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Um método bastante utilizado na prevenção de trincas por fragilização é a determinação

da temperatura de pré-aquecimento, a partir da maior ou menor probabilidade de formação de

estrutura martensítica, com isso consegue-se alterar a taxa de resfriamento da poça de fusão,

atenuando assim a formação de estruturas frágeis. A determinação da temperatura de pré-

aquecimento é possível através da quantificação do Carbono Equivalente, que significa dizer,

qual o percentual de carbono e de elementos de liga, que favorecem a formação da martensita,

estão presentes no aço a ser soldado.

Para a determinação do Carbono Equivalente pode ser utilizada uma equação

desenvolvida por pesquisadores do “IIW - International Institute of Welding”, conforme segue:

49,024

%

2

%

13

%

15

%

5

%%

4

%

6

%%% ≤++++

++++=

SiPCuNiVCrMoMnCCeq

sendo:

Ceq ≤ 0,49 % - Boa Soldabilidade

0,5 % ≤ Ceq ≤ 0,65 % - Média Soldabilidade

Ceq > 0,65 % - Má Soldabilidade 3.3.2 Tensões e deformações

� Limite elástico: É a máxima tensão aplicada ao material sem que se produza qualquer

deformação permanente. É de difícil determinação pois depende totalmente da

sensibilidade dos instrumentos de medição, por isso na prática não é considerado.

� Limite de escoamento: É uma aproximação do limite de proporcionalidade, que só é

permitida devido ao emprego de fatores de segurança em cálculos dimensionais. É

obtido considerando-se uma pequena fração de deformação plástica residual entre (0,1

e 0,2%) pelas normas Norte-americanas e (0,1 e 0,5%) no Reino unido).

� Resiliência: É a capacidade do material em absorver energia durante a deformação no

regime elástico, de maneira a poder retornar às suas dimensões originais, quando da

relaxação do carregamento.

Page 8: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

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♦ Tensões nos metais

O aquecimento da junta durante a soldagem normalmente é de forma localizada, e

portanto as temperaturas não são uniformes, variando a medida que a soldagem se processa,

esse fato associado as expansões térmicas do conjunto como um todo, geram redes de

tensões bastante complexas e as deformações plásticas resultantes são portanto localizadas,

sendo denominadas deformações residuais, da mesma forma algumas tensões permanecem

após o término da soldagem, e são denominadas tensões residuais. Quando a deformação é

máxima a tensão residual é mínima e vice versa.

Tensões de tração longitudinais são desenvolvidas em torno do cordão de solda quando

não existe vínculo de nenhuma das partes com o exterior, tensões de compressão, nesse caso,

se formarão em áreas próximas da solda buscando equilibrar as tensões de tração. A tensão na

direção longitudinal atinge o limite de escoamento na linha de fusão e gradualmente diminui ao

longo dela atingindo valores nulos nas bordas das chapas.

As tensões na direção transversal mantém o equilíbrio, com zonas de tração e

compressão, tendendo a diminuir em valor absoluto ao se aproximar da borda da chapa, da

mesma forma as tensões residuais na direção transversal irão manter o mesmo equilíbrio.

♦ Deformações nos metais

A ligação entre elementos metálicos, para a constituição de uma célula unitária, se dá

através do compartilhamento dos elétrons da última camada, formando uma nuvem de elétrons

comuns. Esta forma de ligação entre dois ou mais metais é denominada ligação metálica. O

processo de deformação plástica dos metais pode ser explicado a partir do conceito de ligação

metálica. O compartilhamento de elétrons implica em arranjos cristalinos densos com planos

atômicos compactos, então ao aplicar uma tensão de cisalhamento sobre dois planos paralelos,

um plano deslizará sobre outro modificando a relação entre as forças de atração atômica, mas

após o movimento de um diâmetro atômico, estas forças voltam a ter a mesma intensidade,

impedindo a separação ou fratura.

ττττ

ττττ

a

b

Nuvem de eletrons Núcleo do átomo

Força de atração

Reestabelecimento das forças de atração

b

Reposicionamento Devido as Tensões Aplicadas

Page 9: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

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O processo de deslizamento de planos consiste no escorregamento de um plano

cristalino em relação aos demais. Este escorregamento causa um deslocamento permanente,

ou melhor, um deslocamento dos planos cristalinos em relação às suas posições originais até

uma nova condição de equilíbrio. A repetição deste processo evidencia, no nível macroscópico,

a deformação plástica do material.

O acúmulo de discordâncias no deslizamento de planos leva a formação de bandas de

deslizamento visíveis na superfície do material, porém a presença de segregações dificulta a

movimentação na rede cristalina aumentando a resistência ao escoamento do material. A

formação de bandas de deslizamento pode ser observada macroscopicamente e será muito útil

na análise da falha, pois através de sua morfologia pode-se determinar o ponto de nucleação

da trinca, sua direção de avanço, e pela amplitude das bandas de deslizamento pode-se

estimar a velocidade de propagação da trinca, vide figura abaixo.

Bandas de deslizamento na face da fratura de um aço SAE 4340

Marcas de praia

Marcas Radiais

Final da fratura

Bandas de deslizamento

Inicio da trinca

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3.3.3 Alteração do diagrama de equilíbrio

A soldagem nos aços em geral bem como no ferro fundido, devido aos ciclos térmicos

envolvidos, implica num tratamento térmico localizado que pode causar alterações na estrutura

dos materiais e conseqüentemente afeta as propriedades mecânicas dos mesmos. Essas

alterações podem comprometer o desempenho em trabalho da junta soldada e portanto devem

ser minimizadas, nas soldagem de produção isso é relativamente fácil, uma vez que contamos

com a possibilidade da escolha do aço em função das características desejadas no projeto da

junta. Por outro lado isso não ocorre na soldagem de manutenção, onde freqüentemente vamos

encontrar aços com altos teores de carbono ou mesmo com elementos de liga que favorecem a

formação de estruturas frágeis durante o resfriamento. O caso mais comum é o do ferro

fundido, que é muito utilizado na fabricação de maquinas e equipamentos, e que possui

elevados teores de carbono.

As fases de um metal podem se modificar através de ciclos térmicos inibindo ou

promovendo a formação de novas fases, dessa forma as propriedades mecânicas, físicas e

químicas da liga também se modificam, ou seja: é possível obter diferentes microestruturas, e

conseqüentemente diferentes propriedades a partir de uma mesma composição química.

Quando uma liga é resfriada lentamente a partir da fase líquida, as fases presentes no

estado sólido a cada temperatura estarão em equilíbrio termodinâmico e podem ser previstas

por diagramas que mostram as fases estáveis em função da temperatura e da composição

química, ou seja, percentual de elemento soluto.

Estes diagramas são denominados diagramas de fases. Um exemplo clássico de

diagrama de fases é o diagrama ferro-carbono, o ferro puro apresenta duas transformações

alotrópicas, ou seja, de mudanças de estrutura cristalina.

A temperatura ambiente a estrutura termodinamicamente estável é a cúbica de corpo

centrado ccc. Quando aquecido acima de 910°C o ferro passa de ccc para cfc cúbico de faces

centradas e volta a ser ccc acima de 1394°C; passando para o estado líquido ao atingir

aproximadamente 1540°C.

A figura abaixo mostra o diagrama da liga binária FeC para teores de carbono até 6,7%.

O diagrama é assim representado pois o Fe3C, carboneto de ferro, apresenta saturação a partir

desse limite, embora as ligas acima de 4,5% de carbono não apresentem nenhum interesse

comercial. As transformações de uma fase para outra ou a variação de composição de uma

certa fase, envolvem o rearranjo dos átomos do material, o tempo necessário para essas

alterações depende da temperatura e da complexidade da alteração.

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Ferro αααα = Ferrita = Cúbico de corpo centrado ( < 910°C )

Ferro γγγγ = Austenita = Cúbico de face centrada ( > 910°C < 1400 °C )

Ferro δδδδ = Ferrita δ = Cúbico de corpo centrado ( > 1400°C )

Eutético = Mistura de componentes sólidos que ao fundir-se fica em equilíbrio com um líquido

da mesma composição que a sua, e cuja temperatura de fusão é um mínimo na curva.

Temperatura eutetóide = Para aços ao carbono é 723 °C e a composição eutetóide

corresponde a 0,80% C. No sistema FeC tem-se uma solução sólida e portanto não ocorre uma

reação eutética verdadeira, porém devido sua semelhança foi denominada eutetóide.

A perlita é uma mistura de duas fases, formada pela transformação da austenita em

ferrita e cementita, há cerca de 12% de cementita e 88% de ferrita na mistura resultante,

devido se formarem simultaneamente a ferrita e a cementita estão intimamente ligadas em

camadas alternadas caracteristicamente lamelar.

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3.3.4 Transformação da estrutura cristalina

A velocidade de resfriamento tem um papel fundamental na formação da microestrutura,

e por conseqüência nas propriedades mecânicas da junta soldada, não se deve esquecer que

dureza e tenacidade trafegam em vias contrárias, ou seja um aumento de dureza implica quase

sempre em uma diminuição da tenacidade e portanto aumenta a propensão à formação e

propagação de trincas, no diagrama abaixo podemos observar as diferentes microestruturas

que podem se formar a partir de um resfriamento continuo em diferentes velocidades, num aço

de alta resistência e baixa liga do tipo SAE 4340.

3.3.5 Impurezas e defeitos

♦ Impurezas Decorrem dos processos siderúrgicos ou de fundição, são conseqüências de acúmulo

de elementos não metálicos tais como: óxidos e sulfetos que localizam-se nas chamadas

cabeças de lingote, isso nos casos de lingoteamento convencional, podem também estarem

relacionados à desgazeificação ou dessulfurização ineficiente durante o processo, tais

elementos irão se alinhar durante a laminação diminuindo consideravelmente a resistência na

direção “Z”.

°C

100

200

300

723

10 103 100 104 105 103

seg

Austenita Martensita

Martensita Martensita

Ferrita Bainita

Martensita Ferrita Perlita Bainita

Ferrita Perlita

8,4°C/seg 0,33°C/seg 0,0062°C/seg 0,23°C/seg

Martensita Bainita

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♦ Defeitos externos

Normalmente decorrentes de falhas operacionais, sendo as mais comuns:

� mordeduras

� respingos

� reforço excessivo

� cordão assimétrico

� escorrimento

♦ Defeitos Internos

Os defeitos internos podem ter as mais diversas origens, sendo em alguns casos

bastante complexa sua interpretação e sua conseqüente prevenção, é bastante comum termos

um defeito não com uma única causa, mas sim com diversas causas. Os defeitos internos

dividem-se em bidimensionais e tridimensionais.

� Os defeitos bidimensionais são os mais graves devido sua tendência à propagação, são

eles a falta de fusão e as trincas.

� Os defeitos tridimensionais são estáveis e implicam unicamente na diminuição da seção

resistente, os mais comuns são: inclusão de escória e porosidades. As inclusões de escória

podem decorrer dos seguintes fatores:

� Limpeza incorreta;

� Ausência de limpeza;

� Seqüência de filetes inadequada;

� Chanfro Inadequado;

� Ângulo do eletrodo incorreto;

� Técnica operatória inadequada.

Os poros são cavidades que se formam internamente no metal depositado, podendo se

de forma esférica ou vermicular, manifestando-se isoladamente ou em agrupamentos, suas

prováveis causas são as seguintes:

a) Eletrodo úmido

Neste caso devem ser examinados os cuidados de armazenagem e ressecagem dos

eletrodos, sendo que para tanto são necessários fornos especialmente projetados.

b) Amperagem inadequada

Ajuste a amperagem em função do tipo de eletrodo, é importante trabalhar sempre

dentro das faixas recomendadas pelos fabricantes, ou determinadas na EPS.

Page 14: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

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c) Chapas úmidas ou oleadas

Deve-se sempre proceder mais comuns de limpeza são: o jateamento com areia ou

granalhas de aço e decapagem química ,podendo também utilizar-se de lixadeira ou

escovas.

d) Técnica operatória incorreta

Um tipo comum de porosidade é o chamado poro de cratera, eles ocorrem no

fechamento de arco quando o mesmo é feito abruptamente, nesse caso a forma

mais recomendável de evitá-los é após encher a cratera retornar com o eletrodo de

forma a descrever uma vírgula com a ponta do mesmo, a distância grande entra o

eletrodo e a fusão, e a velocidade de avanço alta também ocasionam poros.

3.3.6 Tratamentos térmicos

A soldabilidade pode também ser afetada por tratamentos térmicos, isso é devido ao

aquecimento localizado promovido pela soldagem, durante o processo o material ultrapassa a

temperatura de austenitização dos aços, promovendo assim transformações estruturais na

zona intermediaria entre o metal de base e o de adição, denominada ZTA - Zona Termicamente

Afetada, alterando por conseqüência as propriedades mecânicas da junta soldada nessa

região. Nessas condições essa região pode apresentar alterações estruturais bastante

evidentes, tais como fases martensíticas ou bainiticas, com elevada dureza e risco de

fissuração por fragilização da junta soldada.

Pode ainda o metal de base estar na condição de temperado e revenido e nesse caso

poderão ocorrer alterações ainda mais complexas durante a soldagem, nesse caso deve-se

minimizar o aporte térmico através do controle dos parâmetros da soldagem.

Diagrama de transformação isotérmica - aço SAE 4340

Page 15: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

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3.4 Classificação quanto à composição química

• AÇO CARBONO

Os aços com baixo teor de carbono são os mais freqüentemente utilizados em

construção soldada, pois a soldabilidade metalúrgica diminui com o aumento desse elemento,

por outro lado uma pequena quantidade de manganês proporciona um sensível aumento de

resistência mecânica sem praticamente afetar a soldabilidade, outro elemento que implica em

melhoria de propriedades mecânicas nas mesmas condições é o silício. Dessa forma, vamos

encontrar no mercado fornecedor uma grande variedade de tipos aços planos, com

propriedades mecânicas bastante adequadas à soldagem. Esses aços são subdivididos em aço

carbono ou aço carbono-manganês e possuem diferenças principalmente no aspecto da pureza

da liga, decorrente do processo siderúrgico utilizado, ou do tamanho de grão, conseqüência de

eventual tratamento térmico após laminação a quente.

O carbono provoca a formação de microestruturas mais resistentes enquanto que o

manganês colabora para o aumento da tenacidade do material em baixas temperaturas, o que

nem sempre é alcançado somente com a adição de manganês. Por este motivo, é feita a

adição de alumínio, o qual funciona como desoxidante durante o processo de fabricação do aço

e refinador de grão durante a solidificação do metal fundido. Nos aços de alta resistência, é

necessário melhorar a tenacidade, pois com o aumento da dureza essa propriedade decresce

naturalmente, para tanto outros elementos são adicionados tais como: o nióbio, o titânio e o

vanádio e agem como refinadores dos grãos.

• AÇO LIGA

Os elementos adicionados intencionalmente ao aço têm o objetivo de conferir-lhes

características específicas necessárias à sua aplicação final. Dentro desse enfoque, os aços

ligados contêm diversos elementos em sua composição química, sendo os mais comuns:

cromo, molibdênio, níquel e vanádio, separadamente ou combinados entre si, visando atender

às exigências do mercado. Como exemplo, pode-se citar aqueles que atendem às normas SAE

8620, SAE 4140, SAE 4340, etc., entre outros largamente utilizados.

Existem elementos químicos que ao serem adicionados pequenas quantidades aos

aços, lhes conferem características específicas tais como aumento de resistência ao trabalho a

frio ou trabalho a quente, ou aumento de resistência ao desgaste ou mesmo o aumento de

resistência ao impacto, e assim por diante, eles são conhecidos como aços microligados como,

por exemplo, o aço ao boro com amplo uso na fabricação de implementos agrícolas. O cobre, o

cromo, o níquel e o molibdênio são adicionados com o objetivo de endurecer o aço pelo

mecanismo de substituição da solução sólida.

Page 16: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

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• CLASSIFICAÇÃO

� baixa liga ≤ 2% de elementos de liga

� média liga > 2% ≤ 4% de elementos de liga

� alta liga > 4% de elementos de liga

• AÇOS INOXIDÁVEIS

Os aços inoxidáveis encontram grande variedade de aplicações devido suas

propriedades mecânicas elevadas aliadas à boa resistência a corrosão, em função de sua

microestrutura eles podem ser divididos em aços inoxidáveis: ferríticos, austeníticos,

martensíticos, endurecíveis por precipitação e duplex. Cada uma dessas ligas possuem

características, propriedades e aplicações diferenciadas.

• INOXIDÁVEL FERRÍTICO

É uma liga composta basicamente de ferro e cromo, possui baixos teores de carbono e

após a solidificação apresenta-se na forma de ferrita delta. Durante a soldagem pode ocorrer

crescimento de grãos próximo da zona termicamente afetada, e conseqüente fragilização

podendo surgir trincas durante o resfriamento, entretanto isso pode ser contornado a partir da

utilização de procedimentos com baixo aporte térmico, a tabela a seguir mostra os tipos mais

comuns.

Composição química [%] Tipo

C Cr Outros Aplicações

405 ≤ 0,08 11 - 14 Mn - ≤ 1,00 Si - ≤ 1,00

Tubos para trocadores de calor

409 ≤ 0,15 12 - 14

Mn - ≤ 1,00 Si - ≤ 1,00 Al - 3,5 a 4,5 Ti - ≤ 0,75

Defletores de turbina a gás e revestimentos resistentes à corrosão

430 ≤ 0,12 16 - 18 Mn - ≤ 1,00

Si - ≤ 1,00 Uso geral, fácil conformação,

eletrodomésticos, decorações, etc.

443 ≤ 0,20 18 - 23 Cu - 0,9 a 1,25 Si - ≤ 0,75 Ni - ≤ 0,50

Utilizado na industria química possui alta resistência à temperatura e corrosão

446 ≤ 0,20 23 - 27 Mn - ≤ 1,50 Si - ≤ 1,00

Altíssima resistência à temperatura e corrosão suporta até 1150ºC,

utilizado em fornos e queimadores

Page 17: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

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• INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO

Os aços inoxidáveis austeníticos são largamente utilizados na indústria em geral devido

ao conjunto de propriedades que eles reúnem, tais como: boa soldabilidade, boa resistência à

corrosão, boa usinabilidade, etc., nesse tipo de aço o cromo varia entre 16% e 26% e o níquel

varia entre 6% e 22%, os teores relativamente elevados de níquel aumentam a resistência à

corrosão e a resistência à oxidação em altas temperaturas. O efeito estabilizante do níquel

favorece a formação e manutenção de uma estrutura austenítica a temperatura ambiente o que

lhe confere a condição de “não magnético”. Os aços austeníticos quando submetidos ao

trabalho a frio como, por exemplo, a trefilação, encruam produzindo um aumento de resistência

mecânica e tornam-se magnéticos.

Quando permanecem em temperaturas superiores a 450º C por mais de 4 horas, devido

a grande afinidade do Cr com o C, ocorre uma formação de carbonetos de cromo que migram

para os contornos dos grãos, dando origem a um processo de fragilização conhecido como

corrosão intergranular, pois causa o empobrecimento de cromo na matriz austenítica. A adição

de Cb ou Ti na liga pode minimizar este efeito, pois sendo esses elementos mais ávidos de

carbono que o cromo ocorrerá uma reação entre eles protegendo assim o cromo, a tabela a

seguir mostra os tipos mais comuns de aços inoxidáveis austeníticos. Os aços austeníticos são

susceptíveis à corrosão sob tensão e, portanto devem ser aliviados quando o componente for

trabalhar em condições desfavoráveis.

Composição química [%] Tipo

C Cr Ni Outros Aplicações

302 ≤ 0,15 17 - 19 8 - 10 Mn - ≤ 2,00 Si - ≤ 1,00

Possui boa resistência à corrosão, é utilizado na industria alimentícia, de

eletrodomésticos e decoração

304 ≤ 0,08 18 - 20 8 - 10,5 Mn - ≤ 2,00

Si - ≤ 1,00

Possui boa resistência à corrosão, boa soldabilidade, devido ao baixo carbono,

não magnético quando solubilizado, aplicações diversas

304L ≤ 0,03 18 - 20 8 - 10,5 Mn - ≤ 1,00

Si - ≤ 1,00

Possui boa resistência à corrosão, excelente soldabilidade, devido ao extra baixo carbono, não magnético quando

solubilizado, aplicações diversas

309 ≤ 0,20 22 - 24 12 - 15 Mn - ≤ 2,00

Si - ≤ 1,00

Boa resistência à oxidação e resistência mecânica a altas temperaturas, aplicação em fornos e estufas

310 ≤ 0,25 24 - 26 19 - 22 Mn - ≤ 2,00

Si - ≤ 1,00 Excelente resistência à oxidação até

1100ºC, aplicação em fornos e estufas

316 ≤ 0,10 16 - 18 10 - 14 Mo - 2,0 a 3,0

Mn - ≤ 2,00 Si - ≤ 1,00

Utilizado na industria química e fabrica de papel e celulose, possui alta

resistência à corrosão

317 ≤ 0,10 18 - 20 11 - 15 Mo - 3,0 a 4,0

Mn - ≤ 2,00 Si - ≤ 1,00

Utilizado na industria química e fabrica de papel e celulose, possui resistência à

corrosão superior à do AISI 316

Page 18: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

18

• INOXIDÁVEL MARTENSÍTICO

Os aços inoxidáveis martensíticos são em principio ligas ferro + carbono + cromo, onde

os teores de cromo são elevados situando-se entre 11% e 18%. Essas ligas são passíveis de

endurecimento através de tratamentos térmicos, como por exemplo, a têmpera na pratica

podemos dizer que existem três tipos aços inoxidáveis martensíticos:

baixo carbono, utilizadas na fabricação de turbinas hidráulicas,

médio carbono, normalmente utilizadas em cutelaria,

c) ligas de alto carbono, utilizadas para trabalhos em altas temperaturas, até 550ºC.

Nesse tipo de material, a alta resistência e, portanto a dureza, são indispensáveis o que

implica em maiores cuidados com os ciclos e condicionamentos térmicos durante a soldagem,

pois poderão ocorrer fragilizações na ZTA, dessa forma deve-se aplicar o menor aporte térmico

possível, além de se reduzir a velocidade de resfriamento, isso é possível com pré-aquecimento

e manutenção da temperatura de interpasse de forma eficiente.

Composição química [%] Tipo

C Cr Ni Outros Aplicações

403 ≤ 0,15 11,5 - 13,0 - Mn - ≤ 1,00 Si - ≤ 0,50

Tipo turbina, laminas forjadas

410 ≤ 0,15 11,5 - 13,5 - Mn - ≤ 1,00

Si - ≤ 1,00 Aplicação geral: eixos, parafusos, peças de motores, válvulas, etc.

431 ≤ 0,20 15 - 17 1,25 - 2,50 Mn - ≤ 1,00

Si - ≤ 1,00

Tipo turbina com maior resistência à corrosão e melhores propriedades

mecânicas

440C 0,95 - 1,20 16 - 18 - Mn - ≤ 2,00

Si - ≤ 1,00 Mo - ≤ 0,75

É o mais duro dos aços inoxidaveis martensíticos utilizado em pistas de

rolamento, sedes de válvulas, esferas, cutelaria, etc.

• INOXIDÁVEL ENDURECÍVEL POR PRECIPITAÇÃO

São aços que se caracterizam por apresentarem simultaneamente alta resistência à

corrosão e elevada resistência mecânica, sendo em conseqüência empregados onde ambos os

requisitos são indispensáveis como em molas especiais e na indústria aeronáutica, na tabela a

seguir vejam alguns exemplos. Esses materiais devido ao tratamento térmico a que são

submetidos (têmpera), não são indicados para soldagem.

Page 19: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

19

Composição química [%] Propriedades mecânicas Tipo

C Cr Ni Mn Si Ti N Tensile Yield Elongation

Stainless W ≤ 0,12 16 - 18 6 - 8 ≤ 1 ≤ 1 ≤ 1 ≤ 0,2 136 MPa 126 MPa 7 %

17-7 PH ≤ 0,09 16 - 18 6,5 - 7,75 ≤ 1 ≤ 1 - ≤ 0,1 164 MPa 154 MPa 6 %

17-4 PH ≤ 0,07 15 - 17 3 - 5 ≤ 1 ≤ 1 ≤ 0,3 - 140 MPa 124 MPa 12 %

• INOXIDÁVEL DUPLEX

Esses materiais apresentam uma excelente combinação de propriedades mecânicas e

elevada resistência à corrosão. Em geral, os aços inoxidáveis duplex possuem o dobro do limite

de escoamento dos aços inoxidáveis convencionais, conservando os mesmos valores de

tenacidade. Isto significa que as espessuras de projeto podem ser substancialmente reduzidas,

devido essas características esse tipo de material encontra grande aplicação na industria naval.

As ligas duplex apresentam maior resistência à corrosão em relação aos aços inoxidáveis

austeníticos devido à sua composição química e sua microestrutura ferrítica-austenítica. Os

aços

inoxidáveis duplex são constituidos por uma liga de FeCrNiMoN e possuem uma

microestrutura composta basicamente de 50% de ferrita e 50% de austenita, sua soldabilidade

é boa e pode ser comparada à dos aços austeníticos, entretanto deve-se ter cuidado com

precipitações de fase sigma ou nitreto de cromo caso o resfriamento seja rápido entre 1000 ºC

e 550 ºC.

4. MECANISMOS DE FALHAS NOS METAIS

Falhas em componentes estruturais ocorrem através da associação de mecanismos

diversos, por exemplo, é bastante comum encontrarmos falhas por fadiga onde a nucleação

das trincas se deu a partir de regiões corroídas ou desgastadas.

Os processos de trincamento ou de fratura implicam em nível atômico, no rompimento

das ligações entre os elétrons de átomos subseqüentes afetando assim a rede cristalina do

metal e conduzindo à uma grande redução da resistência mecânica. Considera-se como trinca

a separação parcial de um sólido mediante a aplicação ou não de tensões, e considera-se

ruptura ou fratura quando a separação das partes se completa.

Page 20: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

20

Os mecanismos de propagação de uma trinca são bastante diversos entre eles citamos:

fluência, corrosão sob tensão, fadiga e precipitação de fases secundárias. A presença de uma

trinca diminui a resistência mecânica do componente e quando se atinge o limite de resistência,

se inicia a separação das partes. Esta separação se dará de forma dúctil ou frágil, e essa

característica deve ser avaliada.

Consideramos falha de um componente qualquer alteração que venha a impedir o

completo atendimento das solicitações previstas durante o tempo de vida estipulado ou

esperado. Podemos considerar que em condições normais de trabalho, uma ocorrência de

falha terá três etapas de desenvolvimento.

• Nucleação, onde temos o início do processo de dano através da ocorrência de um

fenômeno qualquer a partir de um defeito pré-existente no material ou criado em

função das condições de trabalho.

• Evolução, consiste no crescimento da falha através de um ou mais mecanismos de

desgaste, como por exemplo a propagação da trinca por fadiga, ou a deterioração

das propriedades mecânicas do metal, através da exposição do componente à altas

temperaturas ou em ambientes corrosivos.

• Obstrução, quando o componente deixa de atender satisfatoriamente aos objetivos

propostos em sua concepção.

Em se tratando de fratura, o processo de análise se inicia pela verificação visual das

faces da fratura, esse ensaio por si só, nos mostra aspectos macroscópicos que podem indicar

a natureza da mesma. É muito importante determinar se a fratura é de natureza frágil ou dúctil,

pois enquanto a primeira geralmente implica em alterações metalúrgicas a segunda via de

regra está associada somente às solicitações mecânicas, e dessa forma são passíveis de

correções menos complexas.

4.2 Tipos de ruptura

Ruptura dúctil: É o modo de fratura associado à deformação plástica e se caracteriza

microscopicamente pela presença de alvéolos (dimples), que são microcavidades formadas a

partir de vazios e inclusões ou partículas de segunda fase. A presença de elevadas tensões

internas cisalhantes induz ao surgimento de anomalias microestruturais provocando formação

de microporosidades que passam a atuar como concentradores de tensões.

O acúmulo de tensões nestas regiões causa um acentuado fluxo plástico, aumentando

as dimensões destas microcavidades, formando alvéolos (ou dimples). Com o crescimento

destes ocorre a união das microcavidades adjacentes. Assim, dizemos que o mecanismo

básico de uma ruptura dúctil será o coalescimento dessas microcavidades.

Page 21: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

21

Do ponto de vista macroscópico, uma deformação plástica intensa, uma acentuada

irregularidade ou rugosidade da superfície fraturada e a geração de ressaltos ou dobras, são

sinais da ação generalizada de mecanismos de movimentação de discordância, caracterizando

assim uma ruptura dúctil, já do ponto de vista microscópico, se há predominância de indícios

de deformação plástica “dimples”, como mostra a figura, então a ruptura é considerada dúctil.

Essa foto foi escolhida pois ela possui características ambíguas, ou seja embora

evidencie a presença de dimples, por outro lado nota-se que a ruptura foi intergranular, uma

característica comum na ruptura frágil, porém a que ressaltar as deformações observadas que

nesse caso não deixam dúvidas sobre a natureza dúctil desta ruptura. Essas considerações

são muito importantes e portanto devem ser feitas sempre com muita consistência pois elas

irão orientar as decisões sobre a forma de reparo mais adequada.

Ruptura dúctil - material SAE 1006

Presença de “dimples” - micrografia (200 X)

Ruptura frágil: Ocorre quando uma transformação metalúrgica fragilizou as ligações

intergranulares ou conferiu grande dureza aos grãos e portanto baixa tenacidade podendo estar

ou não associada ao crescimento dos mesmos.

A separação intergranular requer baixa energia pois, neste caso, a trinca segue os

contornos de grãos e ocorre quando estes são mais frágeis que a rede cristalina. Esta

fragilização, ou redução na energia para a fratura, pode ocorrer devido à ação de diversos

agentes como radiação, absorção de Hidrogênio, precipitação de intermetálicos ou fases

frágeis junto aos contornos de grãos, fluência, etc.

Page 22: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

22

Quando se verifica pouca ou nenhuma deformação plástica aparente a ruptura é

classificada como frágil. A formação de superfícies lisas ou regulares de fratura, com aspecto

brilhante, ou ainda a presença de marcas em V denominadas: “chevrons”, caracterizam uma

ruptura frágil, como evidenciado na foto.

Ruptura fragil - Macrografia

4.1 Clivagem

Ocorre por separação direta ao longo de planos cristalográficos específicos. Portanto, a

fratura por clivagem é transgranular, isto é, passa preferencialmente pelo interior dos grãos.

Neste mecanismo nota-se pouca ou nenhuma deformação plástica. A face da fratura tem

aparência lisa e plana, podendo apresentar irregularidade na sua superfície semelhantes a

marcas de rio que surgem devido à movimentação de discordância em hélice, se a superfície

fraturada apresenta predominância de planos de clivagem ou ausência de deformação plástica,

a mesma será classificada como ruptura frágil.

Clivagem

Page 23: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

23

4.2 Micromecanismos de fratura

Os mecanismos de propagação de trinca são bastante diversos: fadiga, fluência,

corrosão sob tensão, e outros, a presença de uma trinca diminui a resistência mecânica do

componente e assim, quando se atinge o limite de resistência, ocorre a separação das partes.

Esta separação ou fratura se dará de forma dúctil, através do micromecanismo de ruptura

dúctil, ou frágil, por separação intergranular ou clivagem.

4.2.1 Ruptura dúctil

É o modo de fratura associado à deformação plástica extensiva e se caracteriza

microscopicamente pela presença de alvéolos (dimples), que são microcavidades formadas a

partir de vazios e inclusões ou partículas de segunda fase.

A presença de elevadas tensões internas cisalhantes induz o surgimento de anomalias

microestruturais provocando formação de microporosidades que passam a atuar como

concentradores de tensões.

O acúmulo de tensões nestas regiões causa um acentuado fluxo plástico, aumentando

as dimensões destas microcavidades, formando alvéolos (ou dimples). Com o crescimento

destes ocorre a união das microcavidades adjacentes. Assim, dizemos que o mecanismo

básico de uma ruptura dúctil será o coalescimento das microcavidades.

4.2.2 Ruptura frágil

Ocorre quando uma transformação metalúrgica fragilizou as ligações intergranulares ou

conferiu grande dureza aos grãos e portanto baixa tenacidade podendo estar ou não associada

ao crescimento dos mesmos.

A separação intergranular requer baixa energia pois, neste caso, a trinca segue os

contornos de grãos e ocorre quando estes são mais frágeis que a rede cristalina. Esta

fragilização, ou redução na energia para a fratura, pode ocorrer devido à ação de diversos

agentes como radiação, absorção de Hidrogênio, precipitação de intermetálicos ou fases

frágeis junto aos contornos de grãos, fluência, etc. Em alguns casos podem ser verificados

sinais de deformação plástica extensiva nas paredes dos grãos. Nestes casos, não é

conveniente a associação deste mecanismo com a fratura frágil.

Page 24: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

24

5. TIPOS DE TRINCAS NA SOLDAGEM

Na soldagem podem ocorrer diversos tipos de trincas. Algumas dependem da natureza

ou dimensões do metal de base, enquanto outras decorrem do processo de soldagem, no que

se refere à determinação dos parâmetros de soldagem ou mesmo os cuidados na seleção dos

materiais de adição. Por vezes elas podem ser influenciadas por condições externas tais como:

o condicionamento térmico da peça a ser soldada ou pela rigidez da estrutura. As trincas mais

freqüentes nas estruturas soldadas são:

• mecânica • solidificação • lamelar • fadiga • corrosão intergranular • fragilização pelo hidrogênio

5.1 Trinca mecânica

A trinca mecânica é um tipo de fratura frágil que ocorre mesmo que ela esteja sendo

submetida a um nível de tensões abaixo do nível correspondente ao escoamento, ou mesmo da

tensão de trabalho. Esse tipo de fratura freqüentemente têm origem em segregações no metal

de base, ou descontinuidades causadas por defeitos na soldagem, pois nestes pontos sempre

haverá tendência a concentração indesejável de tensões e deformações.

Esse tipo de trinca pode ocorrer em serviço quando existirem tensões residuais, e a elas

se somarem outros esforços, a trinca apresentada na figura 22, foi conseqüência da somatória

de esforços da força centrífuga com a dilatação térmica e tensões residuais, que ultrapassaram

a tensão de ruptura do material. No reparo optou-se pela desvinculação da cinta em relação ao

disco no inicio e no final da fratura, isso foi possível por tratar-se de uma tampa de fechamento,

sem uma efetiva responsabilidade estrutural.

Trinca mecânica ocorrida em um rotor de hidrogerador

Page 25: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

25

A trinca mecânica também pode ocorrer durante a soldagem quando os esforços forem

superiores à resistência do metal de base como mostrado na figura, onde a geometria circular

da junta soldada fez com que as tensões de contração fossem máximas.

1200

Trinca mecânica em todo o contorno

5.2 Trinca de solidificação

A granulação grosseira, a orientação da estrutura e a concentração de

segregações, inerentes à própria solidificação exercem uma influência marcante sobre a

susceptibilidade à formação de defeitos no metal de solda, principalmente sobre o mecanismo

de formação da trinca a quente, também conhecida como trinca de solidificação.

Existem cinco tipos diferentes de estrutura de solidificação, que são: a planar, a celular,

a celular dendrítica, a colunar dendrítica e a equiaxial dendrítica. O que determina o tipo de

solidificação que será predominante no metal de solda é o grau de resfriamento no material,

que por sua vez depende da composição química da liga e do gradiente de temperaturas

formado pelo procedimento de soldagem imposto.

As trincas a quente se formam em altas temperaturas no metal de solda (trincas de

solidificação) ou na zona de ligação (trincas de liquação), e resultam das tensões geradas na

contração durante o resfriamento. A presença de um filme líquido de produtos de baixo ponto

de fusão não consegue resistir a tensões trativas e se abre, como um rechupe as trincas de

cratera são uma variante das trincas a quente. Em termos práticos pode-se afirmar que uma

solidificação mais rápida e cordões menores, formados com baixa energia de soldagem, de um

metal de solda mais puro, minimizam os efeitos das segregações reduzindo a susceptibilidade

ao trincamento durante a solidificação.

A trinca a quente ocorre na região central do cordão, figura 24, e será tanto mais

favorecida sua formação quanto maiores forem os níveis de impurezas existentes no metal de

base. As impurezas a que nos referimos são notadamente: os óxidos, sulfetos ou silicatos

eventualmente encontrados dispersos nos aços laminados.

200 Material:

Page 26: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

26

Essas partículas não metálicas, durante o processo de fusão do metal, não se fundem e

permanecem dispersas no banho de metal líquido.

Durante o resfriamento, as dendritas, formações características da zona de fusão, agem

como cunhas segregando essas partículas na linha de centro do cordão, formando assim uma

região fragilizada pela alta concentração de elementos não metálicos.

Nos aços austeníticos a sensibilidade à fissuração a quente se deve à formação de uma

película de silicatos em torno dos grãos da austenita. Pode-se evitar a presença desses

silicatos favorecendo a formação de uma fase susceptível de precipitar entre os grãos, que é a

ferrita δ.

Entretanto um excesso de ferrita pode reduzir a ductilidade característica da austenita. É

importante haver um controle sobre os níveis de silício, os quais não devem ser superiores a

0,6%, sob o risco de aumentar a sensibilidade à fissuração a quente, (Séférian, 1965).

Os esforços resultantes da contração, decorrente do resfriamento, agem sobre o cordão

provocando a trinca, a figura abaixo mostra esquematicamente o corte transversal de um

cordão de solda, ilustrando uma trinca a quente, esse tipo de trinca é assim denominado, pois

ocorre, normalmente, em altas temperaturas, acima de 300° C, quanto maior for a vinculação

das partes que compõem a junta, maior será a probabilidade de ocorrência de fissurações.

Trinca à quente

Page 27: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

27

� Trinca de liquação

A zona de diluição é a região do metal de base que sofreu fusão parcial durante a

soldagem, e sobre a qual se inicia a solidificação do metal de solda. Em muitos materiais esta

região é pequena e somente pode ser observada em nível microscópico, podendo mesmo não

ser identificada, como é o caso dos aços de baixo carbono. Porém existem materiais,

austeníticos, por exemplo, cuja presença desta região parcialmente fundida pode levar à

fissuração por liquação. Algumas ligas metálicas quando em estado líquido, são muito

susceptíveis a precipitações em contornos de grão, principalmente devido à granulação

grosseira e presença de fases eutéticas.

Materiais conformados por forjamento também podem apresentar este tipo de problema,

relacionados à linhas de deformação, fases de diferentes pontos de fusão, etc. Normalmente os

cuidados para minimizar trincas de solidificação não são efetivos para evitar trincas de liquação

sendo importante neste caso minimizar o tensionamento residual da junta soldada através da

utilização de técnicas de amanteigamento.

5.3 Trinca lamelar

A trinca lamelar ocorre em soldagens estruturais de aços, normalmente em altas

espessuras, quando nas soldagens em ângulo, a chapa é carregada no sentido ortogonal à

espessura, também conhecida como direção “Z”. A abaixo mostra uma estrutura soldada, onde

os esforços decorrentes da contração do metal de solda incidem na direção “Z”.

Junta crítica

Nervura

Vaso cilíndrico Disco rígido

Page 28: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

28

As causas desse tipo de trinca são: as segregações e impurezas presentes nas chapas

de aço laminadas, o formato da peça ou da junta o grau de rigidez da estrutura.

As segregações e impurezas diminuem a resistência do material para os esforços na

direção Z, enquanto que o formato e o grau de rigidez atuam como elementos agravantes, a

trinca lamelar situa-se sempre no metal de base e possui o formato de escada.

5.3.1 Determinação do “Fator Z” em chapas de aço carbono

Existem métodos, já desenvolvidos, para prevenção de trinca lamelar. Eles consistem

basicamente em avaliar o nível de extricção requerido para suportar uma determinada condição

de soldagem. O International Institute of Welding - IIW, considera alguns fatores de influencia

tais como: espessura da chapa carregada, dimensão da solda, tipo de chanfro, temperatura de

pré-aquecimento e o grau de rigidez da junta, para a determinação da extricção mínima

necessária.

A partir desses dados consegue-se determinar teoricamente, qual deverá ser a extricção

mínima do material, que será determinada pelo ensaio de tração em um corpo-de-prova

retirado no sentido ortogonal à espessura da chapa, onde será medida a extricção do material.

O método de ensaio consiste em medir, com precisão centesimal, o diâmetro do corpo-de-

prova antes de iniciar o ensaio e após a ruptura do mesmo, o valor de extricção do material

será dado pela seguinte equação:

Inclusões não metálicas em chapa laminada: óxidos, sulfetos e silicatos

Forma característica da trinca lamelar

Page 29: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

29

( )

%100xDi

DfDiminZth

−=

Os valores de extricção adotados pelas usinas siderúrgicas são: 15%, 25% e 35%,

dessa forma após o ensaio de extricção, o valor obtido será confrontado com a tabela abaixo

para se determinar o fator Z (comercial) da chapa de teste.

Zth Requerido

“ Z ” Valores de mercado

Até 10 5

11 a 20 15

21 a 30 25

> 30 35 Fatores de influência:

A – Espessura da solda

B – Configuração da Junta

C – Espessura da chapa submetida à tração

D – Grau de rigidez

E – Temperatura de pré-aquecimento

Page 30: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

30

FATORES DE INFLUÊNCIA

a ≤ 10 3 10 < a ≤ 20 6 20 < a ≤ 30 9 30 < a ≤ 40 12 40 < a ≤ 50 15

ZthA

ESPESSURA

DA

SOLDA a > 50 18

-25

- 5

0

S Sx

S

3

S S S

5

ZthB

FORMATO

DA

JUNTA

S S

8

ZthC

ESPESSURA

DA CHAPA

CARREGADA

s ≤ 10 mm 10< s ≤ 20 mm 20< s ≤ 30 mm 30< s ≤ 40 mm 40< s ≤ 50 mm 50< s ≤ 60 mm 60< s ≤ 70 mm s > 70 mm

2 4 6 8 10 12 14 16

ZthD RIGIDEZ Pouco rígido

Rígido Muito Rígido

0 3 5

ZthE TEMPERATURA Com pré-aquecimento Sem pré-aquecimento

-8 0

0,7. S

S

S

0,5. S

S S

Page 31: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

31

A redução de área no sentido transversal curto, mínima aceitável de uma determinada

chapa é de 5%, independente do valor de Zth teórico requerido para a junta, já que o mesmo

poderá se negativo, conforme pode ser visto na tabela acima.

Os valores de extricção adotados pelas usinas siderúrgicas são: 15%, 25% e 35%,

dessa forma após o ensaio de extricção, o valor obtido será confrontado com a tabela abaixo

para se determinar o fator Z da chapa de teste.

Com o auxilio da tabela acima podemos determinar a redução de área mínima no

sentido transversal curto Fator Z, em função do valor de Zth obtido pela soma dos diversos

fatores de influência:

Zth = ZthA + ZthB ................+ ZthE

Exemplo de cálculo

Verificar os fatores de influência para junta abaixo, (sem pré-aquecimento) e determinar

qual deverá ser a qualidade da chapa posição 1 no tocante a extricção na direção Z a ser

especificada.

A B C D E

9 8 8 5 0

ΣΣΣΣ = 30

Portanto... Z = 25%

22

37.5

1

Page 32: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

32

Exemplos de ruptura lamelar

Page 33: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

33

5.4 Trinca por fadiga

A trinca por fadiga ocorre em elementos ou componentes mecânicos sujeitos a esforços

cíclicos em elevada faixa de tensões. O termo fadiga se aplica às alterações sofridas pelo

material quando submetido a tais solicitações que podem ser simples tração, compressão,

flexão, torção ou a combinação das mesmas. A vida do material ou junta soldada depende do

número de ciclos ao qual ele é submetido, sendo função da amplitude da tensão aplicada.

Muitas vezes o metal se rompe, quando solicitado a repetidos carregamentos, com níveis

de tensão inferiores aos valores admissíveis, estaticamente. O limite de fadiga de um material,

ou de uma junta soldada é estimado através da solicitação do mesmo a carregamentos cíclicos

padronizados.

As curvas representativas do comportamento do material em relação à fadiga podem ser

apresentadas em gráficos, com escalas logarítmicas ou semi-logaritimicas, considerando-se o

nível de tensões (S) como ordenadas e o numero de ciclos (N), até a falha do material, como

abscissas. Os defeitos de soldagem de uma forma ou de outra favorecem a ocorrência de

concentração de tensões provocando a redução da resistência à fadiga das juntas soldadas. As

micro-trincas e ou mordeduras perpendiculares à direção da atuação das tensões, são as que

causam as maiores concentrações de tensão. (Taniguchi, 1982).

Aspectos como deformação plástica intensa junto à superfície da peça, acentuada

irregularidade e rugosidade da superfície de fratura e a geração de ressaltos ou dobras são

sinais da ação generalizada de mecanismos de movimentação de discordância, caracterizando

fraturas dúcteis do ponto de vista macroscópico. As condições mínimas para a propagação de

trincas por fadiga são:

� A presença de tensões de tração (com intensidade suficiente para a propagação) na

superfície da peça e ou junto a defeitos internos;

� Flutuação na amplitude do carregamento externo aplicado;

� Um número de ciclos de variação de carga suficiente para a propagação da trinca.

Embora uma trinca por fadiga possa ter início numa região fragilizada do material

crescendo a partir de uma micro trinca em contorno de grão, os processos de nucleação e

propagação de trincas na fadiga se caracterizam pela movimentação de discordâncias através

da aplicação de tensões de cisalhamento e, portanto, são de natureza dúctil. O processo de

trinca por fadiga envolve três estágios de desenvolvimento, a saber:

Page 34: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

34

Estágio I - Nucleação

A nucleação ou inicio de uma trinca por fadiga em um conjunto soldado pode ter

diversas origens entre as quais destacamos:

a) Alteração da microestrutura ( crescimento de grão )

b) Presença de tensões de tração elevadas na superfície

c) Acabamento superficial: Entalhes, rugosidade, mordeduras, etc.

d) Pontos de corrosão

e) Coalecimento de micro trincas remanescente do processo de soldagem

Estágio II – Crescimento e propagação da trinca

Sob elevadas tensões cíclicas tem inicio o crescimento e a propagação cadenciada da

trinca na direção normal à máxima tensão de tração.

Estágio III - Fratura

Ocorre quando a trinca atinge, uma dimensão em que a área da seção resistente não é

suficiente para suportar o carregamento aplicado, provocando assim a fratura.

Trinca de fadiga com origem em uma dobra de forjamento

A fratura do parafuso classe 10.8 ocorreu por um mecanismo de fadiga a partir de

defeitos de forjamento verificados na região de concordância entre o corpo e a cabeça, que

nesse caso é sextavada e forjada. A presença de descarbonetação nessa região pode ter

facilitado o início da propagação da trinca. Na foto da esquerda acima podemos verificar as

marcas de catraca típicas de trinca de fadiga com múltiplos inícios.

Page 35: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

35

As micrografias mostram dobras de forjamento e descarbonetação

superficial com diversos inícios de trincas secundárias

Trinca de fadiga originada em uma mordedura de soldagem

1

A2

3 4

Page 36: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

36

5.5 Trinca por corrosão

Existem duas categorias de corrosão que podem levar uma junta soldada à ruptura, a corrosão sob tensão que pode ser intergranular, transgranular ou mista, e que se caracteriza por ser um fenômeno eletroquímico onde o metal tende a se ionizar na presença de um eletrólito, ou pela ação galvânica entre metais de diferentes potenciais elétricos, o processo corrosivo pode ser agravado nas juntas soldadas pela presença de mordeduras ou sobreposições “over lap”.

A segunda maneira é a chamada sensitização, que ocorre mais notadamente nos aços

inoxidáveis austeníticos, particularmente quando os mesmos são expostos a temperaturas elevadas, acima de 500° C, nessas condições poderão ocorrer, precipitações de carbetos de cromo nos contornos de grãos, fragilizando a estrutura e ao mesmo tempo empobrecendo a região vizinha aos mesmos, pela diminuição do elemento cromo (Séférian, 1965). Esses grãos assim afetados darão inicio ao um processo corrosivo e a partir daí poderão surgir microfissuras, que em função dos esforços atuantes sobre o componente poderão se transformar em trincas.

Trinca por corrosão intergranular - aço inoxidável tp 409

Durante o projeto é fundamental uma análise sobre as condições de operação do equipamento, particularmente quando o mesmo for submetido a altas temperaturas, pois uma precipitação de fases secundárias poderá ocorrer e degradar completamente a estrutura, como ocorreu nos defletores dessa chaminé de exaustão de gases aquecidos a 550ºC, fotos abaixo.

Page 37: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

37

5.6 Trinca por hidrogênio

A trinca de hidrogênio também conhecida como “a frio” ou “sob cordão” é provavelmente

a de maior incidência na soldagem dos aços estruturais, ela está intimamente ligada aos

parâmetros adotados na soldagem, como também às condições de trabalho no que se refere à

limpeza e condicionamento dos materiais de soldagem. Seu mecanismo de formação baseia-se

na combinação de três fatores:

A ausência ou a sensível diminuição de um desses fatores pode impedir a ocorrência

desse tipo de trinca, para tanto algumas ações preventivas se fazem necessárias. Tais ações

abrangem a engenharia e a fabricação como demonstrado a seguir.

Projeto

O projetista pode estudar disposições ou formas geométricas que minimizem as tensões

residuais, evitando tanto quanto possível a hiper vinculação das partes ou a concentração de

tensões em regiões críticas, e no momento da definição dos materiais, buscar aqueles que

atendam as necessidades mecânicas e físicas, mas que também possuam um baixo valor de

carbono equivalente.

Procedimentos

Procedimentos que podem minimizar o aporte de H2 na poça de fusão:

- A escolha de um processo de “extra baixo” hidrogênio como, por exemplo, o processo MIG/MAG, ou a utilização de eletrodos básicos.

- O condicionamento adequado dos eletrodos em ambiente seco com temperatura

- (25ºC) e umidade relativa do ar controlada (· 50 %) seguidos de ressecagem dos eletrodos antes do uso.

- A manutenção dos eletrodos básicos em estufas apropriadas com temperaturas entre 105º e 115º C, e a utilização de estufas portáteis quando em canteiro.

- Um pós-aquecimento eficiente também irá colaborar na difusão do hidrogênio remanescente.

- Fluxos básicos para o processo arco submerso (SAW) e arames tubulares básicos também devem ser mantidos em ambientes secos.

Trinca de H2 = Tensão + Martensita + Hidrogênio

Page 38: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

38

5.6.1 Fatores de influência na formação da trinca de H2

Conforme Million (1971) as influências do hidrogênio sobre as propriedades dos aços são

descritas como sendo extremamente variadas e tem sido objeto de muitos estudos até o momento. Porém a mais freqüente das afirmações é a redução da ductilidade e da tenacidade

dos aços sob influência de pequenas quantidades de hidrogênio. Isso equivale a dizer que, nessas condições, irá ocorrer uma diminuição das propriedades plásticas e da resistência a ruptura. A grande interação existente entre os átomos de hidrogênio e os de carbono, resulta

que o hidrogênio dificulta a saída do carbono da solução sólida agindo, portanto como um estabilizador da martensita, o hidrogênio dissolvido na estrutura cristalina do aço também provoca um crescimento de dureza.

O mecanismo de fissuração devido ao hidrogênio tem por principio as pressões internas,

geradas pelo aumento de volume, que acontece quando o hidrogênio, que após ter sido

introduzido na estrutura do aço em sua forma atômica H+, passa a se agrupar, atraído pelas tensões internas, e se transforma em hidrogênio molecular H2, com um grande aumento de volume. Isso ocorre em temperaturas baixas, menores que 150º C.

A pressão gerada pode facilmente ultrapassar o limite de escoamento, e associada à

fragilidade causada pela formação da martensita, na zona termicamente afetada (ZTA), introduz

deformações plásticas que dão origem as microfissuras intergranulares e transgranulares. As integrações dessas microfissuras darão origem a trinca conhecida como, trinca de fragilização pelo hidrogênio, esse tipo de trinca ocorre mais freqüentemente nos processos de soldagem

tradicionais onde normalmente a presença de água proveniente da umidade nos eletrodos ou fluxos eletro-condutores, favorecem a introdução do hidrogênio na poça de fusão, uma vez que a molécula da água se decompõe no arco elétrico liberando o hidrogênio, seu mecanismo de

formação baseia-se na combinação de três fatores: A figura abaixo mostra uma trinca de hidrogênio, ocorrida em uma junta circunferencial, o

conjunto foi construído em chapa extra grossa de aço laminado S 355 J2, o processo utilizado foi o FCAW, com pré aquecimento de 120º C. Nesse caso foi executado um pós aquecimento a 150º C por 30 minutos para difundir o hidrogênio remanescente, o pré aquecimento estava

coerente com o carbono equivalente do metal de base, e apesar disso a trinca ocorreu, devido à hiper vinculação decorrente da junta circular.

Trinca de H2 em cubo de rotor

Page 39: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

39

6. METODOLOGIA DE INVESTIGAÇÃO DE FALHA

A investigação de uma falha deve se iniciar pelo levantamento das condições do

componente durante a ocorrência do dano, através das plantas de montagem, relatórios de

manutenção, tempo de funcionamento, memoriais de cálculo, desenhos, cargas aplicadas

conhecidas, ferramental utilizado para manutenção e montagem, descrição dos processos

empregados na fabricação, condições ambientais tais como temperatura, pressão, pH, umidade

e outros como, por exemplo, certificados das matérias-primas ou de componentes, informações

de testemunhas, de operadores, fotos do acidente, etc.

Obviamente, em apenas alguns casos será possível obter informações tão completas

para a construção do cenário da falha, mas qualquer informação neste sentido pode ser da

máxima importância em casos onde, por exemplo, a peça fraturada é perdida em decorrência

do dano. Mapas de manutenção podem indicar falta de lubrificação, erros no procedimento de

montagem, troca tardia ou precoce de componentes que possam ter sido agentes causadores

da falha.

Dados sobre conseqüências do dano, como incêndios, explosões, quedas e impactos

subseqüentes são de grande valia na eliminação ou mesmo na geração de hipóteses. O

ferramental envolvido na manutenção ou na montagem, se mal escolhido ou mal utilizado, pode

modificar as condições ideais de serviço.

Um exemplo bastante comum é o emprego de torquímetros ajustados inadequadamente

para valores acima ou abaixo do especificado em projeto. Um pré-torque subdimensionado

pode levar à falha por fadiga em baixo ciclo, por exemplo, enquanto que um pré-torque

exagerado pode deformar plasticamente a rosca e criar concentradores adicionais de tensão,

antecipando a falha por fadiga. Assim, informações para a construção do cenário do dano são

muito úteis na investigação do mecanismo de falha.

Em determinadas situações, quando o equipamento sinistrado pertence à chamada

linha crítica, ou gargalo de produção, não há tempo suficiente para uma análise laboratorial da

peça fraturada para determinação da composição química, podendo sobrepor-se a isso a falta

de documentação indicativa dos materiais utilizados, nesses casos devemos adotar reparos

emergenciais com base em avaliações visuais da fratura, existem algumas diretrizes que

podem orientar a identificação do metal fraturado as quais relatamos a seguir.

Page 40: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

40

6.1 Tipos de falhas mais comuns Encruamento por trabalho mecânico Deformação elástica Deformação plástica Trincas de origem mecânica Trincas de origem metalúrgica Relaxação térmica Fragilização pelo hidrogênio Fragilização por radiação

Fratura dúctil Fratura frágil Oxidação Corrosão Flambagem Desgaste Erosão Cavitação

6.2 Identificação visual alguns metais

Características

Materiais Fratura Superfície em bruto Usinagem recente

Aço baixo carbono e aço fundido Cinza brilhante

Cinza escuro, eventualmente marcas de fundição ou forjamento

Muito lisa, cinza brilhante

Aços alto carbono Cinza muito claro Cinza escuro, riscos de laminação ou marcas de forjamento

Muito lisa, cinza brilhante

Aços ligados Cinza médio Cinza escuro, relativamente rugosa, eventualmente riscos de laminação ou forjamento

Muito lisa, cinza brilhante

Cobre Avermelhada Superfície lisa com graduação de marrom avermelhado para verde, devido à oxidação

Vermelho brilhante tornando-se fosco com o tempo, muito lisa

Latão e bronze Amarelo avermelhado

Superfície lisa com várias tonalidades de marrom, verde ou amarelo devido à oxidação

Aparência vermelho amarelada, muito lisa

Alumínio e ligas Branca Evidencias do molde ou da laminação, cinza muito claro Lisa, muito branca

Monel Cinza claro Lisa, cinza escuro Muito lisa e branca

Níquel Quase branca Lisa, cinza escuro Muito lisa e branca

Chumbo Branca cristalina Branca a cinza, lisa aveludada Muito lisa e branca

Ferro fundido branco Formação cristalina sedosa, muito fina e branco-prateada

Evidência de molde de areia, cinza fosco Raramente usinada

Ferro fundido cinzento Cinza escuro Evidência de molde de areia, cinza muito fosco

Moderadamente lisa, cinza claro

Ferro fundido maleável Cinza escuro Evidência de molde de areia, cinza fosco

Superfície lisa, cinza claro

Ferro batido Cinza brilhante Cinza claro, lisa Superfície lisa, cinza claro

Page 41: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

41

6.3 Exame da superfície de fratura e da peça fraturada

6.3.1 Inspeção visual

A inspeção visual, por vezes, é a etapa da investigação que fornece as informações mais

importantes para a análise do mecanismo de falha. Algumas vezes, a inspeção visual indica o

modo de fratura e a causa provável em poucos segundos, sendo que as outras técnicas são

empregadas, nestes casos, apenas para confirmar a hipótese levantada nesta etapa. A inspeção

a olho nu permite, certamente, levantar as hipóteses mais prováveis sobre o mecanismo de falha,

direcionando a investigação quanto a seqüência de emprego das técnicas de análise e a

interpretação dos dados por estas obtidos.

A análise de uma fratura deve ter sempre como referência o aspecto global da superfície.

Os processos de fratura deixam marcas significativas nas superfícies fraturadas que permitem,

muitas vezes, a identificação das regiões de nucleação, propagação de trincas e fratura final. Tais

informações indicam, qualitativamente, os níveis de tensão aplicados e o modo de carregamento.

LIPSON e JACOBY esquematizaram esta relação entre o aspecto da fratura e o tipo e

intensidade do carregamento, em mapas que mostram a distribuição das diferentes regiões

formadas pelo processo de fratura. A figura abaixo elaborada por Lipson e Jacoby, é empregada

para peças com seção transversal circular, como eixos e pinos, e considera a presença de

concentradores de tensões. É importante observar que não foi considerada a possibilidade de

nucleação a partir de falhas internas.

Tensão Nominal Elevada Tensão Nominal Baixa

45o

Forma helicoidal

Tração-Tração ou Tração-Compressão

Flexão Unidirecional

Flexão Alternada

Flexão Rotativa

Torção

sem concentrador de tensões

moderadoconcentrador

de tensões

severoconcentradorde tensões

severoconcentradorde tensões

moderadoconcentrador

de tensões

sem concentrador de tensões

Nucleaçãoe Propagação

Ruptura Final

Representações esquemáticas de superfícies de fratura em eixos cilíndricos de acordo com a intensidade e tipo de carregamento

Page 42: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

42

Além da superfície de fratura, o aspecto macroscópico das superfícies laterais à região

fraturada também indica o tipo de esforço mecânico causador da falha através do conceito de

que a fratura dúctil ocorre paralelamente às máximas tensões de cisalhamento envolvidas,

enquanto que a fratura macroscopicamente frágil se dá ao longo de um plano disposto

perpendicularmente às tensões normais mais intensas, a figura acima resume este conceito.

6.3.2 Inspeção com Lupa

Em muitos casos, uma pequena lupa é muito mais útil do que um potente microscópio

eletrônico na análise de falhas. Com um pequeno aumento, além de se observar toda a superfície

da falha de forma global, pode-se analisar com rapidez e em detalhe, riscos, ranhuras, marcas de

usinagem ou sinais de deformação nas faces não fraturadas, estimando-se a influência destes

dados na ocorrência do dano com maior precisão que numa imagem muito ampliada, pois um

aumento maior torna difícil a comparação entre a profundidade de uma marca e o tamanho da

peça. A figura abaixo mostra a representação esquemática dos aspectos das superfícies de

fraturas macroscopicamente frágeis ou dúcteis em relação ao carregamento.

Tensões Nominais Elevadas Tensões Nominais Baixas

sem concentradorde tensões

concentrador detensões suave

concentrador detensões severo

sem concentradorde tensões

concentrador detensões suave

concentrador detensões severo

Tração-Tração ou Tração-Compressão

Flexão Unidirecional

Flexão Reversa

Nucleaçãoe Propagação

Ruptura Final

Aspectos de Fratura por fadiga em peças de seção retangular

Ainda, em casos ocorridos no campo, onde a superfície fraturada não pode ser removida

devido às dimensões do componente e/ou à necessidade de se reparar rapidamente o dano, a

inspeção com lupa é a única alternativa viável (como no caso da fratura de tubos em instalações

de indústria química, que são reparados por soldagem).

Page 43: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

43

6.3.3 Observação em microscópio óptico

Um dos mandamentos da Análise de Fratura é jamais remontar a peça fraturada antes de

se completar a investigação, pois podem ser produzidos pequenos danos ao se unir superfícies

fraturadas, reduzindo-se a área útil para obtenção de informações.

Outro cuidado consiste em proteger as superfícies fraturadas contra a corrosão, limpando-

as e cobrindo-as com verniz acrílico ou óleo neutro, que podem ser removidos posteriormente por

solventes orgânicos. Nunca se deve tocar a superfície de fratura com os dedos, pelo mesmo

motivo. A observação das superfícies adjacentes à de fratura fornece informações quanto a

possíveis concentradores de tensão, como fissuras, porosidades, etc.

O microscópio estereoscópico óptico permite a observação com sensação de

profundidade, isto é, permite visualizar relevos não-planos através da fusão de duas imagens

tomadas com ângulos diferentes, mas a uma mesma distância, de uma mesma região do objeto

observado. A fusão destas imagens se dá por meio de jogos de lentes e/ou espelhos construídos

de forma a se obter uma única imagem, que será projetada em uma tela ou observada através de

duas oculares, tendo ampliadas as protuberâncias ou reentrâncias verticais do objeto observado

em relação ao aumento lateral da imagem.

Entretanto, há uma certa limitação em grandes ampliações, com um aumento na distorção

de formas e redução do foco, exigindo o uso de lentes cada vez mais o que restringe seu uso ao

limite de até 80X. Cabe lembrar que a obtenção de fractografias nestes equipamentos exige

atenção especial com as condições de iluminação sobre a amostra.

Zona fundida + metal de adição / dendritas - 200 X

Page 44: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

44

7. RECURSOS COMPLEMENTARES 7.1 Endireitamento de eixos empenados

Os motivos de um empenamento de eixo, podem ser de naturezas diversas, como por

exemplo: roçamento unilateral; resfriamento ou dilatação desigual do eixo; danos de transporte;

tensões internas remanescentes no material; esforços externos indevidos no eixo; etc. Eixos

empenados podem ser endireitados, por aquecimento com um maçarico próprio para

aquecimento, aplicado do lado curvo (convexo). Antes de fazer isto, deve ser verificado o tipo de

material e o seu comportamento sob calor, e ser fixada a temperatura máxima compatível com o

material, a qual de forma alguma poderá ser ultrapassada.

Fundamentalmente os eixos somente podem ser endireitados após consulta ao

Departamento de Projetos competente e a obtenção do seu parecer favorável. O Departamento

de Projetos fixa também os limites de temperatura requeridos, para os trabalhos de

endireitamento. Inicialmente, deve ser verificado exatamente o ponto de empenamento do eixo.

Para essa finalidade, o eixo é colocado em um torno, sustentado pelas lunetas, nas linhas de

centro dos mancais, de ambos os lados e o acionamento deve ser feito de forma flexível pela

placa do torno, com o auxílio de eixo cardan.

Com isto, a posição do empenamento é identificada de forma exata, podendo ser

constatado se o empenamento se encontra em um ou em vários planos (como regra, encontra-se

quase sempre, o encurvamento em um plano). O empenamento é desenhado

esquematicamente. Encontrando-se nas imediações do lugar a ser tratado, discos ou cilindros,

estes devem ser aquecidos de leve, para evitar-se grandes diferenças de temperatura. Após o

esfriamento, o empenamento deverá ter diminuído um pouco, uma vez que as tensões locais

devem ter-se tornado menores.

Também pode acontecer que o empenamento inicial tenha-se deslocado um pouco de

lugar. Por isso após este processo de aquecimento, a localização dos pontos mais salientes deve

ser controlada mais uma vez (fazer novo gráfico).

Para o endireitamento do eixo, o ponto de maior deformação a ser aquecido é cercado

com isolante térmico, para conter a irradiação da chama. O comprimento da janela cercada de

amianto (superfície de aquecimento axial), deve ser aproximadamente 2/5 do diâmetro do eixo

(no máximo 300 mm) e a largura aprox. 1/10 (no máximo 150 mm) da circunferência do eixo. Esta

região se encontra do lado convexo do empenamento, anteriormente identificada com giz. A

superfície cercada é aquecida rapidamente, em eixos menores, com um ou, em eixos maiores,

com dois maçaricos, até alcançar a cor de revenimento.

Page 45: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

45

A temperatura deve, sempre que possível, ser verificada com um instrumento de rápida

indicação. Um meio simples para o controle da temperatura, normalmente existente nos locais de

instalações é o dos lápis de cor de medição de temperatura, (Thermochrom, Thermocolore), a

temperatura máxima admissível não pode ser ultrapassada. Um aquecimento em profundidade

do eixo deve ser evitado absolutamente, uma vez que com isto a estrutura do material pode ser

alterada de forma prejudicial.

O aquecimento deve abranger apenas a camada superior e não deve progredir em

profundidade. Como norma, pode ser admitido um aumento da curvatura, da ordem de 3 - 4

vezes a curvatura inicial. Para resfriar o eixo mais rapidamente após o aquecimento, retira-se a

isolação térmica e o eixo é girado, se possível, e resfriado com ar comprimido (não usar água).

Na medida em que o empenamento ainda não tenha desaparecido totalmente ou

suficientemente, deve ser repetida a mesma operação de aquecimento, de forma exatamente

igual, mas em função da indicação do relógio comparador, o eixo deve ser aquecido menos ou

mais tempo, (baseia-se no tempo e no ajuste da chama durante o primeiro aquecimento).

Como a flexão do eixo apresenta durante o aquecimento uma boa amplitude, em função

do tempo de duração e da intensidade de aquecimento, usa-se um relógio comparador, que é

aplicado e cuidadosamente observado durante a operação de aquecimento, do lado oposto ao

lugar a ser aquecido. Antes de cada operação de aquecimento, deve ser controlada a

temperatura do eixo, a qual deve ser igual à temperatura do ambiente.

Nas rotações de 1500 até 6000 rpm, é suficiente, em regra, o endireitamento até os

valores de 0,04 até 0,02 mm. Para eixos com rotações abaixo de 1500 rpm, são suficientes

valores de aproximadamente 0,05 mm. O empenamento admissível, depende muito do lugar do

empenamento, distância entre mancais e comprimento de todo o eixo e, deve-se consultar a

Norma NEMA.

Os eixos endireitados devem, em todo caso, ser controlados com relação ao seu

balanceamento e, quando necessário, devem ser balanceados. Após o endireitamento, deve ser

realizado um controle de fissura. O mesmo deve ser realizado por Líquido Penetrante ou por

Ultra-som.

ATENÇÃO

NÃO AQUECER O MESMO LUGAR

MAIS DO QUE DUAS VEZES.

Page 46: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

46

7.2 Dobramento de chapas

A linha de dobra deve sempre que possível estar ortogonal ao sentido de laminação da

chapa, para evitar trincas no lado externo do raio de dobra. Para evitar esmagamento na região

do raio a força de dobra não pode ser muito maior do que o valor calculado pela fórmula abaixo.

Como não se tem o controle total das propriedades mecânicas, o valor calculado é o

mínimo necessário e serve como ponto de partida para o início das operações. O comprimento

de dobra depende da potência hidráulica da prensa.

O material a ser deformado é anisotrópico, ou seja, as propriedades mecânicas do

material variam de direção para direção quando testados em tração. Esta propriedade causa

defeitos nas peças deformadas e ao mesmo tempo facilita as operações de dobra desde que se

tenha um controle dos parâmetros de anisotropia em cada direção.

Como no processo de produção, um controle desta natureza não é viável, alguns

cuidados devem ser tomados a fim de se obter uma peça dentro do especificado. A dobra deve

sempre que possível ser executada na direção perpendicular à direção de laminação, observando

as dimensões apresentadas na tabela a seguir.

Recuperação Elástica

A recuperação elástica é a capacidade que o material tem de recuperar as pequenas

deformações elásticas causadas no processo de conformação. O cálculo da recuperação elástica

é possível de ser feito, porém para cada geometria de dobra e de material, a matriz e o punção

terão de ser modificados (ajustados) para cada caso.

Este procedimento é viável desde que se tenha um volume grande de peças iguais a

serem dobradas, compensando os investimentos aplicados nas modificações e fabricação de

matrizes e punções.

Conseqüentemente haverá um menor tempo de retrabalho para acertar as peças após a

conformação. Para pequenos lotes de peças onde o investimento em ferramentas torna o

processo inviável, a solução é utilizar o ferramental existente, fazendo as alterações possíveis

para o processo a ser executado.

Page 47: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

47

7.2.1 Cálculo de dobra

A força necessária, em toneladas, para efetuar uma dobra a 90º, para aço ao carbono do

tipo ASTM A36 pode ser calculada pela expressão:

1000

7,1

⋅⋅⋅=

B

TbsF

Onde:

F = Força de dobramento em TON s = Espessura da chapa em mm b = Comprimento de dobra em mm T = Tensão de escoamento em kgf/mm2 B = Boca do prisma em mm

Espessura da chapa

“s” 1.5 2 3 4 5 6 8 10 12 15 20 25 30 35 40

Min. raio de dobra “R”

2.5 3,5 5 7 8 10 16 20 24 30 40 50 60 80 90

Min. largura de dobra “L”

10 12 12 24 32 40 65 80 100 120 160 200 240 280 320

Min. boca do prisma “B”

15 15 25 40 50 70 110 120 160 190 250 320 380 450 510

Page 48: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

48

7.3 Montagem de peças com interferência

7.3.1 Montagem a quente

Aplicável nos casos onde se pretende a união de eixo e bucha sem a utilização de

chavetas, nesse caso o torque será transmitido pela interferência entre as partes, é mais

recomendado quando a bucha e o eixo são feitos de materiais similares,

Aquecimento Vantagens Desvantagens Aplicações

Forno

� Aquecimento uniforme

� Bom controle da

temperatura

� Limitação pela

capacidade do forno � Uso geral

Óleo quente

� Aquecimento uniforme

� Limite de dimensões

� Limite de temperatura

220°C

� Rolamentos,

buchas de

bronze, etc.

Forja

� Facilidade de uso

� Dilatação desuniforme e

oxidação da peça � Uso geral

Maçarico

� Facilidade de uso

� Aquecimento

desuniforme � Uso geral

7.3.2 Cálculo da Temperatura de Aquecimento

Fórmula prática de uso geral

Coeficiente de Dilatação - α = 1mm/m/°C, o que conduz a uma temperatura:

t = dL x 10

D

Onde: t= temperatura de aquecimento (°C)

dL= dilatação térmica (mm)

D= diâmetro do furo (mm)

Fórmula Teórica

T= dL . αD

Page 49: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

49

Onde: t = temperatura de aquecimento (°C)

dL= dilatação térmica (mm)

D = diâmetro do furo (mm)

α = coeficiente de dilatação (mm/mm/°C)

Valores do coeficiente de dilatação para os principais materiais [mm/mm/°C]

Aço α = 12,0 E-6.

Bronze α = 17,5 E-6.

Cobre α = 16,5 E-6.

Alumínio α = 23,8 E-6.

Estanho α = 23,0 E-6.

Zinco α = 30,0 E-6.

Latão α = 19,0 E-6.

Inox α = 17,0 E-6.

7.3.3 Montagem a frio

É o método utilizado quando não se permite o aquecimento da bucha (exemplo: peças

com tratamento térmico), ou quando se tratar de peças com espessuras pequenas ou frágeis

(exemplo: camisas do pistão de motores).

Neste caso, a montagem está baseada na contração que é menor que o coeficiente de

dilatação, mas pode-se utilizar com boa aproximação α = 1mm/mm/100°C.

Aquecimento Vantagens Desvantagens Aplicações

� Nitrogênio

Líquido

� Ebulição: 195°C

� Montagem de

peças finas ou

frágeis

� O material fica

frágil

� Camisas,

casquilhos

buchas etc.

� Gelo Seco

� Líquido: 78°C

� Ebulição: 56°C

� Custo baixo � Não permite

fortes apertos

� Montagem de

buchas de

bronze com

aperto normal

� Gelo fundente � Custo muito baixo � Limitação da

temperatura

� Peças tratadas

combinadas

com

aquecimento da

bucha

Page 50: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

50

7.4 Desidrogenação dos aços ao carbono

Aplica-se a todos os componentes fabricados em aços ao carbono, soldados ou não, onde

níveis elevados de h2 sejam indesejáveis, tais como em mancais hidrostáticos com deposição de

metal-patente. A curva abaixo mostra o tratamento térmico de desidrogenação.

t = Tempo de Patamar

Tp = Temperatura de Patamar

1 - 2 Aquecimento sem velocidade controlada

Nessa faixa de temperatura não é necessário controle de velocidade pois não ocorrem

transformações metalúrgicas nessas temperaturas.

2 - 3 Velocidade de aquecimento controlada

Cálculo da velocidade de aquecimento: )/(5000

hCe

Va °=

Onde: h = horas

e = máxima espessura do componente em mm.

Válida para e ≤ 125 mm. Para e > 125 mm, Va ≤ 40°C/h.

3 - 4 Estabilização da temperatura

Temperatura de patamar (Tp): 620 ± 25°C

Page 51: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

51

Tempo de patamar (t): Consultar gráficos 1 ou 2, de acordo com a temperatura de

patamar (Tp) utilizada. O tempo de patamar do tratamento de desidrogenação é função dos

parâmetros mencionados abaixo:

Co = Concentração inicial de hidrogênio no centro da espessura da chapa;

C = Concentração final de hidrogênio no centro da espessura da chapa após

tratamento térmico. Especificação: Máximo = 1,2 cm³/ 100 g

= Distância da superfície até o centro da espessura da chapa.

Para a determinação do tempo de patamar (t), deve-se determinar inicialmente o valor de

Co da chapa, calculando-se a seguir o valor da relação C/Co (adotar C=1,1 cm³/100 g), que deve

ser inserido no gráfico, juntamente com o valor de , obtendo-se, na interseção destas

coordenadas, o tempo de patamar (t).

4 - 5 Velocidade de resfriamento controlada

Cálculo da velocidade de resfriamento )h/C(e

6500Vr °=

Onde: h = horas

e = máxima espessura do componente em mm

Válida para e ≤ 125 mm. Para e > 125 mm, Vr ≤ 40°C/h.

5 - 6 Velocidade de resfriamento não controlada

Velocidade de resfriamento não controlada (forno aberto), evitando-se correntezas de ar

e/ou umidade. O tratamento térmico de desidrogenação não necessita ser realizado

obrigatoriamente de forma contínua, podendo ser cumulativo, desde que seja cumprido o

número total de horas de patamar preestabelecido.

Durante o período de estabilização da temperatura, não devem ocorrer diferenças de

temperatura superiores a 65°C ao longo do comprimento da peça. Durante o período de

aquecimento, não devem ocorrer variações de temperaturas superiores a 120°C em qualquer

intervalo de comprimento igual a 4500 mm.

A atmosfera do forno, durante o período de aquecimento e da estabilização da

temperatura, não deve provocar excessiva oxidação das superfícies dos componentes.

Page 52: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

52

Gráfico para determinação do tempo de patamar

Dis

tânc

ia d

a su

perf

ície

até

o c

entr

o da

esp

essu

ra d

a ch

apa

(mm

)

Page 53: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

53

7.5 Alivio de tensões em estruturas soldada

Neste capítulo apresentaremos as recomendações para tratamento térmico de alivio de

tensões de conjuntos soldados em aços ao carbono e baixa liga, conforme ASME Seção VIII

Divisão 1, em suas partes UW e UCS, originalmente desenvolvidas para vasos de pressão e aqui

adaptadas para estruturas soldadas de maneira geral.

Em alguns casos essas curvas de tratamento térmico poderão ser utilizadas para

minimizar tensões durante ou depois de determinados processos de conformação, como por

exemplo, no rebordeamento de tampos torisféricos, elípticos e semi-elípticos.

7.5.1 Espessura nominal de alivio

a) Nas juntas soldadas pertencentes a dois diferentes números “P” o tratamento

térmico após a soldagem deve ser o especificado para o material que requerer a

maior temperatura de tratamento térmico após soldagem.

b) A espessura nominal a ser considerada no cálculo da curva de tratamento é a

espessura da junta soldada como definido a seguir:

1. Para estruturas soldadas complexas, com múltiplas juntas, a espessura nominal é

a maior espessura de solda que não tenha sido previamente tratada.

2. Quando a junta soldada liga partes de mesma espessura, por meio de uma junta

de topo com penetração total, a espessura nominal é a profundidade total da

solda, desconsiderado o reforço de solda, ou seja, é a espessura da chapa.

3. Para as soldas em ângulo com chanfro, a espessura nominal é a profundidade do

chanfro, ou a soma das profundidades quando o chanfro for duplo.

4. Para as soldas de filete, a espessura nominal é a dimensão da garganta da solda.

5. Se uma solda de filete for utilizada em conjunção com uma solda em chanfro, a

espessura nominal é a profundidade da solda em chanfro mais a dimensão da

garganta da solda do filete.

6. Quando uma junta de topo liga partes de espessuras diferentes, a espessura

nominal é

7. A menor espessura entre as duas partes adjacentes à soldagem.

Page 54: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

54

8. A espessura do casco ou da garganta da solda de filete, optando-se para a que for

maior, nas ligações de tampos intermediários do tipo ilustrado na figura A.

9. A espessura do casco nas ligações com espelhos, tampos planos, flanges ou

peças similares.

10. A espessura da solda através do pescoço do bocal, ou casco, ou tampo, ou chapa

de reforço, ou da solda de filete de ligação, ou seja, a que for maior (refere-se às

figuras UW 16.1 e UW 16.2 do Código ASME, Seção VIII, Div. 1).

11. A espessura do pescoço do bocal, medida na junta de ligação entre o pescoço e o

flange do bocal.

12. A espessura da solda, medida no ponto de ligação, quando uma parte não sujeita

à pressão é soldada a uma parte sujeita à pressão.

13. A espessura da solda nas ligações tubo/ espelho.

14. No caso de reparos, é a profundidade da solda de reparo.

7.5.2 Tratamento em duas etapas

Quando o tratamento térmico não pode ser feito em uma só etapa (quando o comprimento

do equipamento é maior que o comprimento do forno), o tratamento térmico após soldagem pode

ser conduzido em duas etapas (técnica da parede) desde que a sobre-posição das partes

aquecidas seja igual ou maior que 1,5 m. 7.5.3 Precauções

Durante os períodos de aquecimento e de retenção da temperatura de tratamento, nos

fornos a gás ou óleo, evita-se a incidência direta da chama sobre as superfícies, se necessário,

através da colocação / montagem de defletores.

t1 pode ser diferente de t2

Fig. A

Page 55: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

55

Devem ser tomadas precauções para evitar a expansão do ar retido nas soldas

parcialmente penetradas deixando um dos topos aberto para a saída dos gases, essa precaução

tem por objetivo evitar trincas de origem mecânica que poderão ocorrer nessas condições. 7.5.4 Carregamento do Forno

Durante o carregamento, são tomados cuidados, a fim de evitar deformações. A

temperatura do forno durante o carregamento não deve exceder 427°C (800°F), sendo que até

essa temperatura o forno pode ser aquecido sem que qualquer controle ou registro da

temperatura. As peças devem ser colocadas sobre calços para permitir a circulação do ar quente

para que todas as superfícies sejam aquecidas uniformemente.

7.5.5 Termopares

Onde um ou mais vasos de pressão são tratados em uma carga de forno, termopares

deverão ser colocados em diversas posições da carga onde possa ocorrer variações de

temperatura, de maneira que a temperatura real seja indicada. Para tanto se recomenda um

mínimo de 4 termopares, independente do peso ou dimensão da carga, sendo que em cargas

onde existe grande variação de espessuras e eventuais zonas mais aquecidas, se recomenda

utilizar seis termopares, todos acoplados a um registrador gráfico e com controle de potência

automático.

Os termopares devem ser fixados na espessura mais fina e na mais grossa, no topo e na

base da carga, e se possível, o mais próximo e o mais longe da porta do forno. A distância entre

termopares, em qualquer direção, não deve exceder a 4,5 m. A fixação dos termopares nunca

deve ser feita sobre um cordão de solda do equipamento a ser aliviado.

Os termopares devem ser fixados através de porcas ranhuradas ponteadas no

equipamento com dois pontos de solda, utilizar eletrodo AWS E 309 16. Os termopares, uma vez

alojados nas ranhuras, devem ser levemente pressionados contra a peça com um parafuso, vide

figura B.

TermoparPorca ranhurada

Fig. B

Termopar

Parafuso

Page 56: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

56

7.5.6 Procedimento

7.5.7 Taxa de Aquecimento

Acima de 427°C (800°F), a taxa de aquecimento não deve ser maior que 222°C/h

(400°F/h) dividido pela máxima espessura de solda das peças, em polegadas; em nenhum caso

a taxa de aquecimento deve ser maior que 222°C/h (400°F/h), vide tabela C. A taxa de

aquecimento não precisa ser, em nenhum caso, menor que 37°C/h (100°F). Durante o período de

aquecimento, as temperaturas registradas não devem ter variação maior que 139°C (250°F). 7.5.8 Tempo de patamar

O componente ou equipamento deve ser aquecido até a temperatura especificada, pelo

período de tempo indicado na Tabela A. Durante o patamar, a maior diferença entre o ponto mais

frio e o ponto mais quente, não deve ser maior que 83°C (150°F), exceto onde os limites

suplementares de variação são especificados.

Tempo mínimo de permanência (t) para cada

espessura (e) para Tratamento Térmico Número P

Número do Grupo

Temperatura de Tratamento Térmico

(°C) e ≤≤≤≤ 2” 2” < e ≤≤≤≤ 5” e > 5”

1 1, 2 e 3

3 1, 2 e 3

593 - 625 (1100°F - 1157°F)

t = 1h para cada polegada de espessura.

Mínimo de 15 minutos.

t = 2h mais 15 minutos para cada

polegada acima de 2”.

t = 2h mais 15 minutos para

cada polegada acima de 2”.

4 1 e 2 593 - 625

(1100°F - 1157°F)

5 1 e 2 680 - 700

(1256°F - 1292°F) 9A 9B

10A 10B

1 1 1 1

593 - 625 (1100°F - 1157°F)

10C 1 593 - 625

(1100°F - 1157°F)

10F 1 593 - 625

(1100°F - 1157°F)

t = 1h para cada

polegada de espessura.

Mínimo de 15 minutos.

t = 1h para cada

polegada de espessura.

t = 5h mais 15 minutos

para cada polegada acima

de 5”.

Tabela A

Tem

pera

tura

[ºC

]

Tempo

1

2

3

4

5

1) Temperatura de inicial do tratamento 427 °C

2) Taxa de aquecimento

3) Temperatura de patamar

4) Taxa de resfriamento

5) Temperatura final do tratamento

Page 57: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

57

7.5.9 Taxa de Resfriamento

Acima de 427°C (800°F), o resfriamento é feito no forno fechado, abaixo de 427°C

(800°F), pode ser resfriado fora do forno, desde que não haja a presença de ventos. Acima de

427°C (800°F), a taxa de resfriamento não deve ser maior que 222°C/h (400°F/h) dividido pela

maior espessura de solda, em polegadas; em nenhum caso, a taxa de resfriamento é maior que

222°C/h (400°F/h), vide tabela C. A taxa de resfriamento não precisa ser menor que 37°C/h

(100°F/h). Durante o resfriamento, as temperaturas registradas não devem ter uma variação

maior que 139°C (250°F).

7.5.10 Redução da temperatura de patamar

A redução de temperatura de patamar do tratamento térmico com o conseqüente aumento

do tempo de permanência pode ser aplicado, desde que permitido pelas notas da tabela UCS-56

do Código ASME, Seção VIII, Divisão I, para cada material. Quando esta solução é aplicada, a

redução de temperatura com o conseqüente aumento do tempo, deve ser de acordo com a tabela

B.

Redução da Temperatura de Tratamento Térmico

Tempo Mínimo de Permanência (horas / polegada)

28°C - 50°F 2

56°C - 100°F 4

83°C - 150°F 10

111°C - 200°F 20

Tabela B 7.5.11 Taxa máxima de aquecimento e resfriamento por espessura

Espessura (polegada)

Taxa Máxima de Aquecimento e Resfriamento

t ≤ 1 222°C/h - 400°F/h 1 < t ≤ 1.1/4 160°C/h - 320°F/h

1.1/4 < t ≤ 1.1/2 130°C/h - 266°F/h 1.1/2 < t ≤ 1.3/4 110°C/h - 230°F/h

1.3/4 < t ≤ 2 100°C/h - 212°F/h 2 < t ≤ 2.1/2 80°C/h - 176°F/h 2.1/2 < t ≤ 3 65°C/h - 149°F/h 3 < t ≤ 3.1/2 55°C/h - 131°F/h 3.1/2 < t ≤ 4 50°C/h - 122°F/h

4 < t ≤ 5 40°C/h - 104°F/h 5 < t ≤ 6 6 < t ≤ 7 7 < t ≤ 8 8 < t ≤ 9 9 < t ≤ 10

37°C/h - 100°F/h

Tabela C

Page 58: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

58

7.6 Temperatura de pré-aquecimento em função do Carbono Equivalente

C E

Espessura 0,41 0,43 0,45 0,47 0,49 0,51 0,53 0,55

> 16 ≤ 20 - - - - 70 80 90 100

> 20 ≤ 25 - - - 90 100 120 130 150

> 25 ≤ 36 - - 80 100 120 140 150 150

> 36 ≤ 50 - 80 110 130 150 160 175 180

> 50 ≤ 100 80 100 120 140 160 170 190 200

> 100 ≤ 150 120 120 130 150 170 190 200 200

Acima de 150 mm de espessura é necessário a análise e classificação da junta em função

de sua rigidez conforme o seguinte critério: baixa restrição, média restrição e alta restrição.

Para baixa restrição utilizar os valores indicados para a faixa de 100 a 150 mm, para média

restrição, acrescentar 10% nesses valores, e para alta restrição acrescentar 25%.

Para materiais com carbono equivalente superiores a 0,55 a soldabilidade fica bastante

prejudicada, pois a susceptibilidade de formação de fase martensítica é muito grande, o que

aumenta em muito a fragilidade do material, nesse caso recomenda-se o pré-aquecimento

ligeiramente acima da temperatura de inicio de formação da martensita (ms), o que certamente

será bastante desconfortável para o soldador, porém trará uma maior garantia.

7.7 Eletrodeposição

A tabela a seguir indica as espessuras de camadas normalmente utilizadas para os

revestimentos por eletrodeposição sobre metais. As tolerâncias a obedecer são dadas pelos

valores limites. As tolerâncias admissíveis são de ±1/3 da camada média exata.

Para casos particulares, poderão ser utilizadas tolerâncias mais finas. Também existe

caso contrário; por exemplo: perfis profundos, onde se encontra às vezes maiores diferenças de

espessuras de camadas do revestimento.

Quando uma camada de níquel é depositada sobre uma camada intermediária de cobre,

a camada total do revestimento deve atingir só o valor indicado e camada de cobre não deve

ultrapassar a metade da camada total, essa regra se aplica também para revestimentos

compostos de mais de duas espessuras de camadas.

Page 59: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

59

Espessura da camada Valores em µµµµm (0,001 mm) Metal de

revestimento Metal de

base

Exigência de trabalho para a

superfície Valores limites Valores médios

Fraca 5...10 Zn 8

Média 10...20 Zn 15 Zinco Aço

Forte 25...50 Zn 40

Aço Fraca Ni 5...10 + Cr 0,2...0,4 Ni 8 3) + Cr 0,3

Média Ni 10...20 + Cr 0,2...0,4 Ni 15 + Cr 0,3

Forte Ni 25...50 + Cr 0,2...0,4 Ni 40 + Cr 0,3 Aço / Zinco

Muito forte Ni 50...100 + Cr 0,2...0,4 Ni 75 + Cr 0,3

Fraca Ni 3...6 + Cr 0,2...0,4 Ni 5 + Cr 0,3

Média Ni 5...10 + Cr 0,2...0,4 Ni 8 + Cr 0,3

Forte Ni 10...20 + Cr 0,2...0,4 Ni 15 + Cr 0,3

Cromo

Cobre

Muito forte Ni 25...50 + Cr 0,2...0,4 Ni 40 + Cr 0,3

Fraca 5...10 Cd 8

Média 10...20 Cd 15 Cádmio Aço

Forte 25...50 Cd 40

Aço Fraca 5...10 Ni 8

Média 10...20 Ni 15

Forte 25...50 Ni 40 Aço / Zinco

Muito forte 50...100 Ni 75

Fraca 3...6 Ni 5

Média 5...10 Ni 8

Forte 10...20 Ni 15

Níquel

Cobre

Muito forte 25...50 Ni 40

Fraca 5...10 Sn 8

Média 10...20 Sn 15

Aço Forte 25...50 Sn 40

Fraca 3...6 Sn 5

Média 5...10 Sn 8

Estanho

Cobre

Forte 10...20 Sn 15

Fraca 5...10 Pb 8

Média 10...20 Pb 15 Chumbo Aço

Forte 25...50 Pb 40

Fraca 5...10 Cu 8 Aço

Média 10...20 Cu 15 Cobre

Zinco Forte 25...50 Cu 40

Fraca 3...6 Ag 5

Média 10...20 Ag 15

Forte 25...50 Ag 40 Prata Cobre

Muito forte 50...100 Ag 75

Nota: Como metais de base, entende-se para “Zinco” o zinco e suas ligas e para “Cobre” o cobre suas ligas.

Page 60: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

60

8. APRESENTAÇÃO DE CASOS

8.1 Reparos em peças de aço fundido

O código ASME estabelece limites para reparos em aços fundidos através da

classificação em defeitos maiores e menores.

São considerados defeitos maiores as escavações cuja profundidade seja maior do que

25 mm ou 20% da espessura, o que for menor, ou cuja área for maior do que 64 cm2, reparos

acima dessas dimensões são considerados especiais e necessitam de uma análise cuidadosa,

pois nessas condições a integridade e ou aplicabilidade do reparo estarão comprometidas. Para

defeitos maiores, deverão ser mapeadas as escavações com suas localizações, áreas e

profundidades antes do início da soldagem.

São considerados defeitos menores todos aqueles cujas escavações tenham dimensões

iguais ou menores àquelas acima descritas.

Em ambos os casos se deve ter em conta os seguintes cuidados:

(a) Executar ensaio com líquido penetrante nas escavações. O critério de aceitação deve

ser aquele especificado originalmente, caso essa informação não esteja disponível

utilizar a norma ASTM E165.

(b) Após a soldagem e o resfriamento, executar ensaio visual, liquido penetrante e ultra-

som. Trinca e falta de fusão não são aceitáveis qualquer que seja sua dimensão.

(c) Peças fundidas submetidas a reparos por solda devem ser tratadas termicamente

conforme indicado na norma do metal de base, quando a norma do material não

indicar tratamento, será utilizado o seguinte critério:

- Para aços de limite de resistência superior a 600 MPa, e após um reparo maior,

deverá ser realizada uma normalização + revenimento,

- Para aços de limite de resistência menor ou igual a 600 MPa, e após um reparo

maior, a peça deverá ser submetida a um alívio de tensões;

- Para aços temperados e revenidos e após a execução de um reparo maior, um

novo procedimento de tempera e revenimento deverão ser realizados.

Page 61: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

61

8.2 Soldagem do ferro fundido

A soldagem dos ferros fundidos cinzentos, também chamados de maleáveis, é possível

desde que não seja exigida resistência mecânica compatível com o material em seu estado

natural, ou seja, não é possível executar uma soldagem estrutural nem é possível qualificar o

procedimento de soldagem conforme norma.

♦ Eletrodos recomendáveis

Níquel puro ou liga ferro níquel devido sua maior ductilidade e conseqüente alto valor de

alongamento. A soldagem com maçarico utilizando metal similar ao ferro fundido é de qualidade

precária, pois depende excessivamente da perícia do executante além de exigir altas

temperaturas de pré aquecimento.

♦ Cuidados e técnicas de deposição recomendadas

1. Desengraxar utilizando solventes ou detergentes industriais com água aquecida.

2. Pré-aquecer localmente com maçarico entre 150ºC e 200ºC

3. Soldar com arco curto e o eletrodo totalmente vertical em relação à poça de fusão

4. O comprimento dos cordões deve ser da ordem de 5 cm

5. Martelar manual e cuidadosamente após cada cordão depositado

6. Inverter a direção de soldagem a cada cordão depositado

7. Deixar resfriar lentamente sob manta de material isolante térmico

8. Após atingir a temperatura ambiente executar controle com Líquido Penetrante

8.3 Reconstrução de peças por soldagem

A reconstrução de peças e ou componentes por soldagem é uma situação geralmente

complexa, tal necessidade surge quando as condições operacionais do equipamento sinistrado

não permitem um simples reparo, ou quando o equipamento não aceita alterações de sua

condição original.

Nessas condições a recuperação deve ser conduzida de maneira cuidadosa e os

seguintes pontos devem ser observados:

Page 62: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

62

1. Os metais de adição deverão ter composição química e propriedades mecânicas

idênticas ou pelo menos muito semelhantes às do metal de base.

2. Não deve ser incluída, ou pelo menos deve ser evitada a inclusão de segmentos de

metal-base (bacalhau).

3. Os tratamentos térmicos para reconstituição da estrutura cristalina, e ou alivio de

tensões devem ser executados após a soldagem.

4. Ensaios não destrutivos internos e externos tais como: ultra-som, partículas

magnéticas, e líquido penetrante, são obrigatórios nessas condições.

5. O aspecto final incluindo forma e acabamento de superfície, devem ser observado.

8.3.1 Reconstrução por soldagem do braço de um rotor

A flecha está indicando

a fratura e a linha

tracejada mostra a

localização da solda

original. A fratura

ocorreu fora da solda.

O segmento foi cortado

acima e abaixo da fratura

com serra manual e a junta

foi preparada para

soldagem. Os espécimes

retirados forma enviados

para análise da fratura.

Page 63: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

63

Foram adicionados

apêndices para entrada

e saída de solda. O

chanfro no lado inferior

da junta foi executado

com filetes de solda,

formando assim um

chanfro duplo V.

Foi utilizada técnica de

blocos nos três primeiros

passes de soldagem da

junta e os demais filetes

foram martelados para

aliviar tensões. Eletrodos

utilizados: AWS E 7018-G

Foi executado alivio de

tensões localizado por

resistências elétricas de

contato, conforme Código

ASME VIII - Divisão 1 UCS 56.

Page 64: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

64

Foi executado ensaio

por ultra-som em 100%

da área do reparo com

critério de aceitação

conforme ASME VIII

Divisão 1 - Ap 12.

Foi executado líquido

penetrante em 100%

da área do reparo com

critério de aceitação

conforme ASME VIII

Div. 1 e proteção de

superfície conforme

pintura original do

equipamento.

As curvas de aquecimento

e resfriamento do alivio de

tensões foram controladas

por painel de comando

com 4 quatro canais de

pirometria.

Page 65: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

65

8.3.2 Reparo de um conjunto suporte de mancais

O componente abaixo, após a usinagem, ficou com o diâmetro externo menor que do que

o especificado. Estando o conjunto totalmente usinado, foi necessária a recuperação por

soldagem com depósito em todo o contorno, com uma cuidadosa técnica de maneira a evitar

ovalização ou empenamento.

Nesse caso foram utilizados diversos soldadores depositando simultaneamente de

maneira a equilibrar as forças de contração sendo também aplicada a técnica de martelamento a

cada filete depositado para minimizar tensões residuais, o pré-aquecimento foi feito com

serpentinas de gás GLP com a peça girando sobre um torno vertical,pois diferenças de

temperatura também podem provocar distorções no componente.

Page 66: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

66

8.3.3 Soldagem de um trilho ferroviário por aluminotermia

Preparação do cadinho e

da conquilha de grafite

envolvendo o trilho

Momento em que o aço fundido

vasa em direção ao molde

Vista da junta soldada

após a remoção da conquilha

Page 67: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

67

8.3.4 Recuperação de caixa de engrenagens de FºFº

A reconstrução de peças por soldagem pode ser ainda mais complexa quando

movimentações provenientes de dilatações e contrações podem comprometer o sucesso da

operação levando a adotar um processo de soldagem misto como é apresentado nesse caso.

Trata-se da caixa de engrenagens do comando do carro transversal de um torno universal

paralelo, que fraturou de forma extensiva. Sua reconstrução deve ter por principio a resistência

mecânica do conjunto soldado aliado a uma grande precisão dimensional que possa garantir as

distancias e posições dos furos dos diversos eixos, isso é fundamental para garantir um perfeito

funcionamento das engrenagens do sistema.

A melhor solução nesse caso foi a utilização de prisioneiros roscados em um dos lados da

junta e ponteado no lado oposto, de maneira a conseguir um bom posicionamento e uma maior

garantia de que as partes não se movimentarão durante a soldagem. Para permitir uma boa

conformação do chanfro deve-se fazer, com o auxilio de uma lixadeira angular, alguns entalhes no

lado onde os prisioneiros serão ponteados, conforme pode ser visto na foto a seguir.

Page 68: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

68

A prepararação caixa de engrenagens para a soldagem, foi cercada de alguns cuidados

como por exemplo: para se obter um melhor posicionamento das partes foi deixada a fratura

original em aproximadamente um terço da espessura durante a execução dos chanfros por

esmerilhamento.

Se durante o ponteamento dos parafusos prisioneiros, ocorrer uma ligação entre bordas

do encaixe do mesmo e o conjunto estiver totalmente frio então ocorre uma trinca na zona de

ligação entre os metais de adição e de base, vide foto A. A solução nesse caso é pré-aquecer o

conjunto, com maçarico ou resistência elétrica, a uma temperatura de 60 ºC e soldar apenas um

lado do parafuso prisioneiro e permitindo assim que o metal depositado possa contrair livremente

sem trincar, vide foto B.

A B

A partir dessa preparação a soldagem pôde ser executada seguindo os cuidados e as

técnicas descritas em 8.2, uma soldagem com MAG utilizando aço carbono de baixos teores é

possível porém implicaria em pré aquecer o conjunto a temperaturas altíssimas.

Page 69: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

69

8.3.5 Recuperação de trinca por fadiga em ventilador radial

Conjunto ventilador composto de 18 bandejas dobradas em U, com dois reforços no lado

superior sendo um tubo ponteado na extremidade mais interna do disco e um perfil tipo calha, de

chapa dobrada ponteado na extremidade mais externa, vide fotos. Os materiais das bandejas

eram desconhecidos, porém um teste com esmerilhadeira indicou ser, possivelmente um aço

baixo carbono. Na foto pode ser observada uma deformação angular das abas da bandeja a qual

deve ter sido causada pela não colocação de espaçadores, isso pode ter sido um agravante das

altas tensões nesta região.

Verificou-se que 50% das bandejas estavam com trincas e as mesmas apresentavam

morfologia e orientações semelhantes, ou seja, radialmente de dentro para fora em relação ao

rotor e mudando eventualmente de direção provavelmente em busca da região mais tensionada.

O aspecto da ruptura era rugoso e opaco, característico de ruptura frágil, não apresentando

sinais de coalecimento do metal, o que pode significar uma diminuição importante a elasticidade

do mesmo.

Nervura de sustentação

Furação existente

Furação nova feita no local

Page 70: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

70

8.4 Qualificação de Procedimentos de Soldagem e de Soldadores

A Norma NBR ISO 9001-2000 define que para a validação de um processo de produção

deve-se ter em conta o seguinte principio:

A soldagem assim como a brasagem enquadram-se perfeitamente nessa definição uma

vez que, após a execução dos mesmos não é possível comprovar através de ensaios não

destrutivos a sanidade da junta, entenda-se que os ensaios para detecção de defeitos internos ou

externos normalmente praticados não conseguem determinar alterações de natureza metalúrgica

que possam estar presente e eventualmente comprometer as propriedades físicas ou químicas

da junta.

Em conseqüência disso é exigida monitoração continua e/ou conformidade com

procedimentos documentados para assegurar que os requisitos especificados sejam atendidos,

portanto os procedimentos de soldagem e brasagem bem como os soldadores, brasadores e

operadores de solda devem ser qualificados, e os registros mantidos em arquivo apropriado.

Existem diversas normas que tratam desse assunto, sendo que, o código ASME para

caldeiras e vasos de pressão é um dos mais difundidos e aceitos no mundo, inclusive para a

construção de componentes estruturais. O mesmo foi desenvolvido de forma a abranger uma

ampla gama de tipos de junta, e no código ASME Seção VIII divisão 1 são considerados os

cálculos da eficiência da junta em função do nível de controle.

Os materiais de base previstos nesse código são conforme norma ASTM tendo sido

agrupados conforme sua natureza metalúrgica visando reduzir a quantidade de qualificações

necessárias, e os materiais de adição são classificados rigorosamente conforme AWS.

A seguir apresentamos um exemplo de uma “EPS” Especificação de Procedimento de

Soldagem, elaborada a partir das diretrizes do código ASME Seção IX - artigo 4 e código ASME

Seção II Parte C, além de uma coletânea de trechos desses códigos, onde são definidas as

Variáveis Essenciais para a Qualificação de Procedimentos, Qualificação de Soldadores e de

Operadores de Soldagem, buscando exemplificar a linha de raciocínio necessária para tais

especificações.

Page 71: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

71

Page 72: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

72

20307

SMAW Any E-7018-1 1/8” 100 - 130 CC + 20 - 24 N.U.

SMAW Any E-7018-1 5/32” 140 - 180 CC + 21 - 25 N.U.

SAW Any EM12K 1/8” 380 - 450 CC + 28 - 30 N.U.

SAW Any EM12K 5/32” 490 - 560 CC + 28 - 30 N.U.

Velocidade de AvançoTravel Speed Range

ProcessoProcess

N.U.N.U.N.U.

N.U.N.U.N.U.

Mistura (%)Mixture (%)

Vazão (L/min)Flow Rate (L/min)

Página : 2/2 EPS NºBack Page : Nr WPS

N.U.

1148º ± 45º F / 620º± 25ºC

Tempo de PermanênciaMaintenance Time

TRATAMENTO TÉRMICO PÓS-SOLDAPOSTWELD HEATTREATMENT

(QW 407)

Faixa de TemperaturaTemperature Range

(QW 408)GÁSGAS

ProteçãoShielding

Gás (es)Gas (es)

RaizBacking

CARACTERÍSTICAS ELÉTRICASELECTRICALCHARACTERISTICS

(QW 409)

Tipo e Ø Eletrodo de TungstênioTungsten Electrode Type and Size N.U.

Faixa de Velocidade do ArameElectrode Wire Feed Speed Range

( + )

Transferência de Metal por “GMAW”Mode of Metal Transfer for GMAW

Corrente CA ou CCCurrent AC or DC

PolaridadePolarity

20 - 2528 - 30

N.U.

N.U.

Faixa de VoltagemVolt Range

100 - 180 380 - 560

Faixa de AmperagemAmps ( Range )

CamadasLayers

Classe AWSLayers

DiâmetroLayers

Metal de Adição /Filler Metal

Faixa de CorrenteAmp. Range

Corrente /Current

Tipo/PolaridadeType/Polarity

Faixa de VoltagemVolt Range

TÉCNICATECHNIQUE

(QW 410)

Filetado ou TrançadoString or Weave Bead Filetado / StringDimensão do Orificio ou Bocal do GásOrifice or Gas Cup Size

Limpeza Inicial e EntrepassesInitial and Interpass Cleaning

Método de GoivagemMethod of Back Gouging

Oscilaçãooscilation

OutrosOthers

Distância Tubo de Contato x PeçaStickout

Único ou Múltiplos PassesMultiple or Single Pass

Eletrodos Simples ou MúltiplosMultiple or Single Electrode

PREPARADO POR :PREPARED BY :

DATADATE

REVISADO POR :REVIEWED BY :

APROVADO POR :APPROVED BY :

DATADATE

DATADATE22.09.04

N.U.

Esmerilhar e Escovar / Grinding and Brushing

Grafite / Arc Air

N.U.

N.U.

Multiplos / Multiple

Simples / Single

N.U.

CC / DC

Page 73: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

73

8.5 Brasagem

Definição, classificação e variantes do processo

Brasagem é um processo térmico para união e revestimento de materiais metálicos mediante a aplicação de um metal de adição fundido, sendo que na maioria dos casos se faz

necessário o emprego de um meio fluxante. Na brasagem o metal de adição apresenta uma temperatura de fusão acima de 450º C, porém inferior a temperatura de fusão do metal de base, nos casos onde a temperatura de fusão do metal de adição é inferior à 450º o processo é

denominado brasagem branda, como por exemplo, na estanhagem. Os principais fenômenos físicos associados a brasagem são a capilaridade e a molhagem,

entende-se por capilaridade ou ação capilar, a capacidade que um metal em estado líquido possui de preencher os espaços vazios entre duas ou mais superfícies metálicas, em nível intergranular molhagem é a propriedade que o metal líquido possui de se espalhar sobre o metal

sólido, é importante que haja alguma afinidade entre os dois materiais, e que as superfícies a serem unidas estejam perfeitamente isentas de óleos, graxas e óxidos, a limpeza pode ser feita por decapagem química ou mecânica.

O procedimento de brasagem se inicia pela limpeza prévia das superfícies, visando à

remoção de óxidos e contaminantes, e pela aplicação de um fluxo capaz de dissolver os óxidos

sólidos que ainda estiverem presentes, assim como prevenir nova oxidação. Isso feito deve-se

aquecer a área a ser brasada até que o fluxo e o metal de adição atinjam a temperatura de fusão.

Como a fluidez do metal de adição é muito maior que a do fluxo, o metal irá deslocar o

mesmo e substituí-lo na junta, durante o resfriamento o fluxo remanescente permanece em torno

da junta servindo ainda de proteção, porém após o resfriamento o mesmo deve ser removido com

água e escova, pois ele é quimicamente agressivo podendo em função da natureza do metal base

causar corrosão. Podemos classificar a brasagem em função da fonte de calor como segue:

maçarico, indução, resistência elétrica.

8.5.2 Brasagem por maçarico

A brasagem ao maçarico deve ser entendida como um processo manual onde se utiliza

uma tocha como fonte de calor. A tocha pode ser um maçarico a gás combustível tal como:

acetileno, GLP, oxi hidrogênio, ou podemos utilizar uma tocha ao arco elétrico TIG ou Plasma. A

temperatura de brasagem é função do metal de adição o qual poderá se apresentar nos mais

variados formatos tais como: vareta, anel, fita, pasta, etc. A faixa de temperatura prevista para as

diversas ligas é apresentada no código “ASME Section II - Part C - SFA 5.8”. O metal de adição é

considerado uma variável essencial do procedimento.

Page 74: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

74

O metal de adição pode ser posicionado na junta antes do inicio da brasagem ou durante

o processo, e até mesmo em ambas as situações simultâneas. Na figura 1 é mostrada a brasagem

de uma barra de cobre em uma junta tipo bujão, onde é necessária uma grande fluidez da liga de

prata, para tanto emprega-se uma liga com maior teor de prata como, por exemplo, o BAg 2 que

possui: 35% Ag + 26% Cu + 21% Zn + 18% Cd, o maçarico nesse caso está utilizando a mistura

oxigênio + acetileno.

Fig. 1

8.5.3 Brasagem por indução

O processo de brasagem por indução é obtido pela passagem de uma corrente elétrica

através de uma espira com alta intensidade de corrente podendo ser em média ou em alta

freqüência, essas espiras podem ter os mais diferentes formatos, de acordo com a geometria da

peça e normalmente são refrigeradas a água. É um processo bastante produtivo onde os

parâmetros podem ser controlados com grande precisão. Devido essas características,

normalmente esse processo pode ser automatizado como o exemplo mostrado nas figuras 2 e 3

onde estão sendo brasadas as bobinas polares de um gerador.

Fig. 2 Fig. 3

Page 75: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

75

8.5.4 Brasagem por resistência elétrica

O calor necessário para a brasagem por resistência elétrica provém da circulação de uma

corrente elevada através de eletrodos e da peça a ser brasada, os eletrodos podem ser metálicos

ou de grafite e o metal de adição é colocado normalmente antes de iniciar o processo, mas

também pode ser adicionado como complemento. A brasagem por esse processo apresenta um

controle de parâmetros bastante fino e agrega uma outra vantagem que é a fácil utilização em

canteiro de obra devido à portabilidade do equipamento.

O equipamento consiste de um alicate de pressão de grandes dimensões onde duas

garras feitas em cobre sustentam um bloco de grafite cada, as partes a serem brasadas são

posicionadas conforme mostra a figura 5 e a seguir são ligadas a corrente elétrica e a água de

refrigeração, sendo que essa última circula internamente às garras para evitar superaquecimento.

A corrente elétrica é controlada por pulsos mediante um pedal que fica disponível para o

brasador, normalmente nesse processo utilizam-se laminas de liga de prata e também varetas

são necessárias para o acabamento, vide figura 6.

Fig. 5 Fig. 6

8.5.5 Brasagem branda (fraca)

Devido à baixa temperatura “liquidus” da brasagem branda (abaixo de 450 °C) as zonas

de difusão entre o metal de adição, normalmente ligas de estanho, e o metal de base, não são

tão resistentes. O resultado obtido, dessa forma, é bem menor em relação a brasagem forte. A

brasagem branda é utilizada predominantemente para produzir estanqueidade ou para melhoria

de contato elétrico. O uso de lixas ou jato de areia não são recomendáveis, pois deixam resíduos

de elementos refratários que irão prejudicar a molhabilidade da liga. Após limpeza, a superfície

deverá estar totalmente livre de carepas, oxidações, óleos, graxas ou quaisquer outros tipos de

resíduos. Nessas condições aplique na superfície a ser brasada um fluxo ativo à base de cloreto

de zinco e controle a temperatura em no máximo 300°C, pois poderá ocorrer a carbonização do

fluxo tendo como conseqüência a falta de aderência da liga Sn/Ag e possíveis porosidades.

Page 76: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

76

A chama não deve atingir o fluxo, após a fusão do mesmo se deve continuar aquecendo

até atingir o intervalo de fusão da liga que vai de 220°C até 240°C, dentro dessa faixa de

temperatura aplica-se o barrete ou fio de metal de adição sobre a superfície fluxada até seu total

recobrimento, imediatamente após a deposição aplicar uma espátula para retirar o excesso de

estanho e uniformizar a superfície, essa espátula deve ser de material não metálico resistente à

temperatura.

A regularidade da superfície após o recobrimento dependerá da habilidade do operador.

Lavar com água morna para eliminar os resíduos de fluxo é recomendável, pois geralmente os

fluxos são corrosivos, durante essa operação deve-se proteger regiões que contenham isolação

elétrica.

8.5.6 Características do processo

Molhabilidade

O metal de adição ou o metal de base podem formar soluções sólidas de compostos

intermediários que poderão influenciar a temperatura da área de união, que irão dificultar a

molhagem do metal de base pelo metal de adição. Considera-se molhagem o espalhamento

regular do metal liquido sobre o metal sólido. Nessas condições podem se formar bolhas na

região da junção. A molhabilidade também pode ser afetada pelas impurezas das partes a serem

brasadas, portanto é fundamental que as superfícies estejam limpas e isentas de óxido. Essa

limpeza pode ser química ou mecânica.

Meio fluxante

O objetivo do meio fluxante é a redução, dissolução e retirada dos óxidos que se formam

durante o processo de brasagem são os chamados fluxos decapantes. A temperatura efetiva do

meio fluxante ou fluxo decapante deve ser inferior a temperatura de fusão do metal de adição.

Existem diversos produtos atualmente industrializados que cumprem com sucesso essa função

decapante e eles devem ser escolhidos em função dos metais que estão sendo brasados.

O meio fluxante mais utilizado para o cobre é uma pasta a base de “bórax”. Existem

também varetas ou fitas de ligas prata ou de cobre que dispensam o uso de meios fluxantes

químicos, pois possuem altas taxas de fósforo em suas composições, sendo que o elemento

fósforo atua como fluxante e decapante durante a fusão do metal de adição na junta.

8.5.7 Cuidados na preparação e execução

A preparação das partes a serem brasadas requer cuidados especiais conforme segue:

Page 77: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

77

Limpeza mecânica

As contaminações grosseiras tais como: terra, poeira, resíduo de tintas ou vernizes e

outros, devem ser removidos por meio de escovas ou raspadores mecânicos.

Desengraxamento Se houver contaminantes graxos as partes a serem brasadas deverão ser desengraxadas

com diluente “Isolasil - ISO S 104” através de “spray”, imersão, pincelamento ou com um pano

embebido no diluente. Qualquer que seja o método, a peça deverá receber uma última limpeza

com solvente limpo e que não tenha sido previamente utilizado. Em seguida a peça deverá ser

secada com ar comprimido.

Desoxidação

Se ocorrer oxidações do cobre o mesmo deverá ser desoxidado utilizando uma solução

com ácido clorídrico 50% em volume e água potável 50% em volume. Aplicar na superfície da

peça a solução de desoxidação por meio de imersão, pincelamento ou com um pano embebido

na solução (Não deve ser usado spray) A aplicação deverá ser feita até a remoção das manchas

de óxido da superfície, sendo que em nenhum caso, o contato contínuo da solução com a

superfície da peça poderá ser superior a 2 minutos. Se necessário, a peça poderá ser lavada com

água potável e a operação repetida. Após a desoxidação, lavar a peça com bastante água

potável.

Limpeza Química Aplicar na superfície da peça a solução de limpeza química conforme segue:

Ácido crômico 100 gramas por Litro Ácido sulfúrico 10 gramas por litro

Ácido nítrico 5 gramas por litro

A aplicação deverá ser feita por meio de imersão, pincelamento ou com um pano

embebido na solução. O contato da peça com a solução deverá ser entre 0,5 e 2 minutos. A

aplicação deverá ser uniforme e não deve ser permitido que a solução seque na superfície.

Imediatamente após a aplicação a peça deverá ser lavada com água potável em abundância e

seca com ar comprimido.

A escolha do processo de aplicação das soluções deverá ser feita em função do tamanho,

forma e peso das peças, bem como das facilidades disponíveis. Sempre que possível, o

tratamento deverá ser feito por imersão, mantendo-se a solução constantemente agitada. O

Page 78: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

78

recipiente para imersão deverá ser em material inerte (PVC ou polietileno). O tempo de imersão

deverá ser definido levando-se em conta o estado da superfície e a área a ser limpa.

As peças limpas deverão ser manuseadas com o uso de luvas, evitando-se o contato

direto com as mãos. O armazenamento deverá ser feito em local limpo e seco. Para

armazenamento prolongado, recomenda-se utilizar embalagem em material plástico. Por se

tratarem de substâncias tóxicas e inflamáveis, devem ser seguidas as regras básicas de

segurança e higiene, tais como:

- Trabalhar em local com boa ventilação;

- Usar óculos, luvas, botas e aventais;

- Não fumar nem comer no local de trabalho;

- Lavar bem a área do corpo atingida no caso de contato acidental;

- Não respirar os vapores.

O executante deve possuir o procedimento de brasagem EPB e os brasadores,

qualificados em conformidade com o código ASME Seção IX.

Os metais de base, de adição e o formato da junta, previstos nos desenhos e na EPB

devem estar em concordância entre si e com a peça-obra. A faixa de temperatura atingida

durante o processo deverá estar de acordo com a prevista na EPB.

8.5.8 Metais de adição utilizados na união do cobre eletrolítico

BAg - 1 = 45% Ag + 15% Cu + 16% Zn + 24% Cd

Temperatura de trabalho = 618º - 760º C - utilizar fluxo decapante

BAg - 2 = 35% Ag + 26% Cu + 21% Zn + 18% Cd

Temperatura de trabalho = 702º - 843º C - utilizar fluxo decapante

BAg - 7 = 56% Ag + 5% Sn + 22% Cu + 17 Zn - utilizar fluxo decapante

BCuP - 5 = 15% Ag + 5% P + 80% Cu

Temperatura de trabalho = 704º - 816º C - não necessita fluxo decapante

BCuP - 1 = 95% Cu + 5% P - Temperatura de trabalho = 788º - 927º C - não necessita de fluxo

Page 79: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

79

8.5.9 Posições conforme código asme

Independente do processo de brasagem a ser empregado às posições são consideradas

como variáveis essenciais e são definidas pela direção do fluxo de metal liquido durante a

brasagem.

- Fluxo na posição plana

Na posição plana a máxima divergência angular de fluxo permitida é ±75 deg.

- Fluxo na posição vertical descendente

Na posição vertical descendente a máxima divergência angular de fluxo permitida é ±75 deg.

- Fluxo na posição vertical ascendente

Na posição vertical ascendente a máxima divergência angular de fluxo permitida é ±75 deg.

- Fluxo na posição horizontal

Na posição horizontal a máxima divergência angular de fluxo permitida é ±75 deg.

8.5.10 Qualificações conforme código ASME

Page 80: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

80

Cada fabricante, fornecedor ou instalador de componentes elétricos é responsável pela

brasagem executada em sua fabrica ou canteiro sob sua responsabilidade e deve efetuar os

testes requeridos pelo “ASME Code - Seção IX - Part QB - Brazing” para a qualificação dos

procedimentos, bem como dos brasadores ou operadores de brasagem devendo manter em

arquivo o Certificado de Qualificação do Procedimento (QPB) e o Certificado de Qualificação da

Mão de Obra (TQB).

As regras estabelecidas nesta seção do ASME aplicam-se a preparação da Especificação

do Procedimento de Brasagem (EPB) e para a Qualificação do Procedimento de Brasagem

(QPB) através da execução de corpos de prova com parâmetros pré-definidos cujos resultados

são comprovados através de ensaios mecânicos. A Certificação é feita com base nos resultados

obtidos, pelo próprio executante, podendo em alguns casos a critério do cliente, ser exigida a

realização dos testes na presença de seu inspetor autorizado, uma sistemática semelhante é

utilizada para a qualificação de brasadores e operadores de brasagem. A seguir apresentamos

um extrato do código relativo à documentação obrigatória.

ASME IX - Artigo XII

QB 200.1

Cada Fabricante, Fornecedor ou Instalador, deve emitir a Especificação do Procedimento

de Brasagem EPB conforme definido a seguir:

a) A Especificação do Procedimento de Brasagem (EPB) deve ser redigida a partir de um

Procedimento Qualificado, conforme as exigências do Código e necessidades do

produto, a EPB ou outro documento fundamentado nela deverá ser entregue ao

brasador ou operador de brasagem para assegurar o cumprimento dos parâmetros.

b) O conteúdo da EPB deve contemplar todas as Variáveis Essenciais e Não Essenciais,

previstas no QB-250, e definidas no ASME IX na parte “Brazing Data”. Variáveis

essenciais são aquelas em que uma mudança de valores específicos afetará as

propriedades mecânicas e nesse caso requer uma nova qualificação do EPB.

c) A EPB utilizada na fabricação, deve estar disponível para o inspetor autorizado como

documento de referência para suas verificações e análises a mesma observação é

válida para os canteiros de obra.

Page 81: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

81

QB 200.2

Cada Fabricante, Fornecedor ou Instalador deve emitir a Qualificação do Procedimento de

Brasagem - QPB conforme definido a seguir:

a) A QPB é o registro das variáveis utilizadas durante a Qualificação do Procedimento ela

também contém os resultados dos testes mecânicos realizados nos corpos de prova,

que servem de referência para a emissão da EPB normalmente as faixas de parâmetros

registradas representam uma parcela da extensão total das mesmas.

b) A QPB deve conter todas as variáveis essenciais utilizadas na execução do corpo de

prova, quanto as variáveis não essenciais fica a critério do fabricante seu registro, as

variáveis que não forem monitoradas durante o processo não podem ser registradas.

c) Mudanças no QPB não são permitidas, exceto aquelas de natureza editorial, como pôr

exemplo um P Nº que foi registrado errado, ou algo decorrente de uma alteração do

código através de adenda ou reedição, em qualquer dos casos deve ser re-emitido o

certificado com datas atualizadas pelo seu emitente original.

d) O formato pode ser qualquer desde que contenha as variáveis previstas no QB-250, e

apresente os resultados dos testes com seus respectivos números de corpos de prova,

um modelo é apresentado no QB-482.

e) A QPB deve estar a qualquer momento disponível para verificação por parte do Inspetor

Autorizado.

f) Um QPB pode sustentar diversos EPB’s desde que respeitados os limites estabelecidos pelo

Código, por exemplo, um QPB para tubos na posição vertical ascendente, pode dar cobertura

para um EPB vertical ascendente e outro descendente.

Page 82: Apostila Soldagem de Manutenção - FATEC

82

� REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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L.R.O. HEIN. Princípios e métodos de análise de falhas em metais. FEG - UNESP, 2001

LINNERT, G. E. Welding metallurgy carbon and alloy steels. 3.ed. New York: ASM, v1, sd.

SÉFÉRIAN, D. Metallurgie de la soudure. Paris: Dunod, 1965. 393p.

TANIGUCHI, C. Engenharia de soldagem e aplicações. R. Janeiro: LTC Editora, 1982. 461p.

THE AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS. Section VIII - D.1. New York

THE AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS. Section II -Part C. New York

THE AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS. Section IX -Div.1. New York.

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VAN VLACK, L. H. Princípios de ciência dos materiais. SP Edit. Edgard Blücher, 1970. 427p.

BARROS, P.M. Solda de manutenção. São Paulo: FATEC SP, 1996.

DRAPINSKI, J. Solda de manutenção. Rio de Janeiro: McGraw Hill, 1979. 280 p. (livro texto).

LESSMANN, E. A Soldagem de Antimônio. São Paulo: ETS, 1983.

� O bom senso em revestimento duro. São Paulo: ETS, 1983.

� Solda de manutenção. São Paulo: ETS, 1983.

� Solda de manutenção em fábrica de cimento. São Paulo: ETS, 1983.

� Um manual de solda sem mistério. São Paulo: ETS, 1983.

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