controle de deformações
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Curso de Inspetor de SoldagemControle das Deformações
1
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Inspetor de Soldagem – Controle de Deformações
SUMÁRIO
1. Introdução;
2. Fenômeno de deformação;
3. Causas da deformação;
4. Tipos de deformação;
5. Métodos de controle e prevenção
6. Métodos corretivos
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FENÔMENO DE DEFORMAÇÃO
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FENÔMENO DE DEFORMAÇÃO
Os equipamentos e estruturas são projetados para serviços,
dimensões e tolerâncias específicas.
A menos que a deformação seja prevista e controlada, as dimensões
requeridas podem não ser obtidas, as premissas de projeto podem ser
invalidadas, e a aparência do produto pode ser afetada.
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FENÔMENO DE DEFORMAÇÃO
ANALOGIA COM A BARRA AQUECIDA
estado inicial (neutro)estado final (trativo)
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FENÔMENO DE DEFORMAÇÃO
ANALOGIA COM A BARRA AQUECIDA
Desenvolvimento de tensõesresiduais longitudinais durante a soldagem
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FENÔMENO DE DEFORMAÇÃO
REPARTIÇÃO TÉRMICA & CICLO TÉRMICO
Exemplo para o aço carbono
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FENÔMENO DE DEFORMAÇÃO
TENSÕES CAUSADAS POR SOLDAGEM
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CAUSAS DA DEFORMAÇÃO
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CAUSAS DA DEFORMAÇÃO
ALGUMAS CONSIDERAÇÕES ...
Vários fatores contribuem para a deformação durante a soldagem, e
o mais importante é o aquecimento não uniforme da junta
O dimensionamento (“cálculo”) das deformações ocorridas durante
a
soldagem é complexo devido ao grande número de fatores envolvidos
(quantidade de energia fornecida, propriedades dos materiais, nível de
restrição, etc)
.
CAUSAS DA
DEFORMA
ÇÃO
ENERGIA DE SOLD
AGEM
A energia de soldagem é influenciada pela temperatur
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a de
preaquecimento
Energia de Soldagem Aquecimento do
MB adjacente
Deformação
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CAUSAS DA DEFORMAÇÃO
GRAU DE RESTRIÇÃO
Quando há o impedimento p/ deformação
Tensões internas são aliviadas por deformação
tensões internas
Possibilidade de Deformação
Possibilidade de Trincas
Grau de Restrição Nível das Tensões Internas
Deformação
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CAUSAS DA
DEFORMAÇÃO
TENSÕES INTERNAS
Podem estar presentes antes da fabricação
(soldagem) em virtude do processo de fabricação
(laminação, dobramento, etc);
O “calor da soldagem” pode promover o alívio Tensões residuais
das tensões internas (parcial ou total);
A deformação final é resultado da combinação
das tensões internas;
desenvolvidas junto àsuperfície de uma peça sendo
esmerilhada
Região aquecida
Região plastificada
Deformação
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CAUSAS DA DEFORMAÇÃO
PROPRIEDADE DOS MATERIAIS
Variação das propriedades com a temperatura
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CAUSAS DA DEFORMAÇÃO
PROPRIEDADE DOS MATERIAIS
a) Coeficiente de dilatação térmica
Coef dil
térmicaAço Inoxidável > Aço Carbono
Deformação
Aço Inoxidável > Aço Carbono
Equação para a determinação da variação de comprimento
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CAUSAS DA DEFORMAÇÃO
PROPRIEDADE DOS MATERIAIS
b) Condutividade térmica
Condutivida
de Térmica
Aço Inox / ligas de Ni << Al e Cu
Deformação
Aço Inox / ligas de Ni >> Al e Cu
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CAUSAS DA DEFORMAÇÃO
PROPRIEDADE DOS MATERIAIS
c) Tensão de escoamento
Curva tensão deformação e as etapas de deformação do corpo-de-prova.
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CAUSAS DA DEFORMAÇÃO
PROPRIEDADE DOS MATERIAIS
c) Tensão de escoamento
Tensão de escoamento
Nível das tensões
σ
εplast
εelast
Deformação
ε(%)
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CAUSAS DA DEFORMAÇÃO
PROPRIEDADE DOS MATERIAIS
d) Módulo de elasticidade
Módulo de elasticidade
Rigidez Deformação
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CAUSAS DA DEFORMAÇÃO
PROPRIEDADE DOS MATERIAIS
Resumo
Deformação Módulo de elasticidade
Tensão de escoamento
Coef dil
térmicaCondutividade
Térmica
Nota: Valores relativos de propriedades de metais (aço carbono = 1)
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TIPOS DE DEFORMAÇÃO
21
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TIPOS DE DEFORMAÇÕES
Contração transversal
Contração longitudinal(a)
Deformação angular
(c)
Empenamento (b)
(d)
Direção
Longitudinal
Direção Transversal
(a) e (b) Contração longitudinal e transversal; (c) Deformação angular; e (d) Empenamento.
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Direção Longitudinal
TIPOS DE DEFORMAÇÕES
Direção Transversal
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TIPOS DE DEFORMAÇÕES
CONTRAÇÃO TRANSVERSAL
↑ Seção transversal da zona fundida
Fatores de influência
↑ contração transversal
grau de restrições ( ↑grau de restrição; ↓ CT)
extensão da curva de repartição térmica
martelamento ( ↑martelamento; ↓ CT)
OBS.: Desprezível para solda em ângulo
( ↑ repartição térmica; ↑ CT)
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TIPOS DE DEFORMAÇÕES
CONTRAÇÃO TRANSVERSAL
Contração transversal de juntas de topo soldadas a arco elétrico
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TIPOS DE DEFORMAÇÕES
CONTRAÇÃO LONGITUDINAL
Depende da relação entre seção transversal da zona fundida e
seção restante da peça.
Fatores de influência
grau de restrições ( ↑grau de restrição; ↓ CT)
extensão da curva de repartição térmica
martelamento ( ↑martelamento; ↓ CT)
( ↑ repartição térmica; ↑ CT)
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TIPOS DE DEFORMAÇÕES
CONTRAÇÃO LONGITUDINAL
Inspetor de Soldagem – Controle de Deformações
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TIPOS DE DEFORMAÇÕES
DEFORMAÇÃO ANGULAR
“Causada, principalmente, pela disposição irregular da zona
plastificada em relação à linha neutra da peça ”
Inspetor de Soldagem – Controle de Deformações
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TIPOS DE DEFORMAÇÕES
DEFORMAÇÃO ANGULAR
Quando há soldas com tamanhos e distâncias diferentes deve-se
equilibrar os esforços em função da linha neutra
Como ?
Soldar primeiramente os cordões próximos à linha neutra;
Dispor os maiores cordões próximos à linha neutra;
Inspetor de Soldagem – Controle de Deformações
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EMPENAMENT
O
TIPOS DE DEFORMAÇÕES
“Resultado da flambagem da peça em virtude da contração
longitudinal”.
Flambagem de uma coluna Empenamento na peça
Inspetor de Soldagem – Controle de Deformações
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MÉTODOS DE CONTROLE E PREVENÇÃO
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PREVENÇÃO E CONTROLE DA
DEFORMAÇÃO
EVITAR SOLDAGEM EXCESSIVA
abertura de raiz x ângulo do chanfro
evitar reforço excessivo
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PREVENÇÃO E CONTROLE DA
DEFORMAÇÃO
USAR CHANFROS DUPLOS
Volume (chanfro X) ~ 0,5 Volume (chanfro V)
Minimizar o volume de MS;
Equilibrar os esforços de contração.
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PREVENÇÃO E CONTROLE DA
DEFORMAÇÃO
USAR SOLDAS INTERMITENTES
Minimizar o volume de metal de solda;
Não permite a estanqueidade da junta.
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PREVENÇÃO E CONTROLE DA DEFORMAÇÃO
MENOR NÚMERO POSSÍVEL DE PASSES
Controle das Deforma ções Metalurgia
↑ nº passes ↑ deformação ↑ nº passes refino de grão
(efeito acumulativo das ↓ nº passes ↑ possibilidade
deformações)
↓ nº passes ↓ deformação
de trinca a quente / maior ZTA
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PREVENÇÃO E CONTROLE DA
DEFORMAÇÃO
POSICIONAR SOLDAS PRÓXIMAS À LINHA NEUTRA
Linha neutra
Inspetor de Soldagem – Controle de Deformações
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PREVENÇÃO E CONTROLE DA
DEFORMAÇÃO
BALANCEAR AS SOLDAS EM TORNO DA LINHA NEUTRA
BOM
RUIM
Inspetor de Soldagem – Controle de Deformações
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PREVENÇÃO E CONTROLE DA
DEFORMAÇÃO
UTILIZAR SOLDAGEM COM PASSE A RÉ
Progressão de soldagem
Direção de soldagem
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PREVENÇÃO E CONTROLE DA
DEFORMAÇÃO
DISPOSIÇÃO DAS PEÇAS A SEREM SOLDADAS
Pré-deformação
usar a deformação de maneira inteligente;
depende de experiência.
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PREVENÇÃO E CONTROLE DA
DEFORMAÇÃO
DISPOSIÇÃO DAS PEÇAS A SEREM SOLDADAS
Pré-encurvamento
uso de forças mecânicas
opostas às contrações de
soldagem;
Inspetor de Soldagem – Controle de Deformações
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PREVENÇÃO E CONTROLE DA
DEFORMAÇÃO
DISPOSIÇÃO DAS PEÇAS A SEREM SOLDADAS
Dorso a dorso
aplicável para soldagem de peças
idênticas;
As peças são separadas após o
tratamento de alívio de tensão.
Pode ser utilizada, simultaneamente, mais de um maneira de dispor os componentes a serem unidos por soldagem.
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PREVENÇÃO E CONTROLE DA
DEFORMAÇÃOGABARITOS E DISPOSITIVOS AUXILIARES
Usar, preferencialmente, dispositivos para impedir a deformação angular e permitir a contração transversal livre.
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PREVENÇÃO E CONTROLE DA DEFORMAÇÃO
PLANEJAR A SEQUÊNCIA DE SOLDAGEM
“Consideraremos a seqüência de passes em uma junta”
Chanfro simétrico lados.
Chanfro assimétrico
possível realizar soldas (alternadamente) por ambos os
inviável a realização de soldas por ambos os lados.
Soldagem de um chanfro assimétrico
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PREVENÇÃO E CONTROLE DA
DEFORMAÇÃOPLANEJAR A SEQUÊNCIA DE SOLDAGEM
“planejar a seqüência de passes para a soldagem de uma junta”
Inspetor de Soldagem – Controle de Deformações
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PREVENÇÃO E CONTROLE DA
DEFORMAÇÃO
MARTELAMENTO E TRATAMENTO TÉRMICO
Como ocorre o alívio de tensões quando se aquece o material.
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PREVENÇÃO E CONTROLE DA
DEFORMAÇÃO
TENSÕES RESIDUAIS
Principais técnicas de alívio de tensões residuais em juntas soldadas
Inspetor de Soldagem – Controle de Deformações
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PREVENÇÃO E CONTROLE DA DEFORMAÇÃO
TENSÕES RESIDUAIS
O martelamento ( “peening”) das soldas não deixa de ser uma forma de
aplicação de sobrecarga localizada.
No entanto, não deve confundir o “peening” realizado com o objetivo de
aliviar as tensões residuais e controlar as deformações com aquele
realizado nas margens do cordão com o propósito de introduzir tensões
compressivas (resistência a fadiga).
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PREVENÇÃO E CONTROLE DA
DEFORMAÇÃO
TENSÕES RESIDUAIS
Alívio de tensões residuais por sobrecarga
Inspetor de Soldagem – Controle de Deformações
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PREVENÇÃO E CONTROLE DA
DEFORMAÇÃO
TENSÕES RESIDUAIS
Distribuição de tensões em um componente com uma solda de topo submetido a carregamentos crescentes (curvas 1, 2 e 3) e distribuição de tensões residuais após a liberação do carregamento (curva 4).
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PREVENÇÃO E CONTROLE DA DEFORMAÇÃO
MINIMIZAR TEMPO DE SOLDAGEM
↑ Tempo de soldagem ↑ calor transmitido à peça ↑ Energia ↑ Deformação
Processos de soldagem
Tipo de eletrodo
Bitola do eletrodo
Corrente de soldagem
Velocidade de soldagem
Influencia na energia de soldagem ...
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PREVENÇÃO E CONTROLE DA DEFORMAÇÃO
PLANEJAR A SEQUÊNCIA DE MONTAGEM
A
D
B
C
A > C > B > D
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MÉTODOS CORRETIVOS
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MÉTODOS CORRETIVOS
Nem sempre é possível controlar as deformações dentro de limites
aceitáveis, sendo necessário corrigi-las.
Nesses casos:
1) Pode ser mais prático ou econômico permitir que a deformação ocorra
para posterior correção (após soldagem).
2) Apesar de ter se pensado e planejado o controle das deformações,
estas mesmo assim ocorrem.
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RESSOLDAR
Procedimento:
MÉTODOS CORRETIVOS
Identificar a face convexa;
Remover material da face convexa;
Soldar.
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MÉTODOS CORRETIVOS
USO DE PRENSAS E MARTELOS
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MÉTODOS CORRETIVOS
AQUECIMENTO LOCALIZADO
Depende de prática e habilidade do operador;
Aquecimento Resfriamento
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MÉTODOS CORRETIVOS
AQUECIMENTO LOCALIZADO
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MÉTODOS CORRETIVOS
AQUECIMENTO LOCALIZADO
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