Imprimir

Aplicações dos tratamentos térmicos - cálculos

Escrito por Infosolda. Posted in Metalurgia

Cálculo de alívio de tensões

Para determinar a necessidade do emprego do tratamento térmico de alívio de tensões, utiliza-se como base o código ASME seção VIII, div. 1, ed. 1992, queé o mais largamente empregado. Outras normas utilizadas são AWS, ASME e BS (British Standard).

 Para calcular o alívio de tensões, é necessário conhecer as dimensões do equipamento e adequá-lo às condições de fabricação, dimensões do forno e tipo de material do equipamento; além disso, deve-se levar em consideração também se o equipamento pode ser transportado em um única peça até o local de montagem e se existe possibilidade de manuseio na fábrica, a fim de que se possa optar pelo tratamento térmico de alívio de tensões.

Em seguida, deve-se determinar a espessura nominal do material, que deverá servir de parâmetro para o cálculo do tempo e-da temperatura de patamar, bem como da taxa de aquecimento e da taxa de resfriamento.

Outros parâmetros sáo: temperatura inicial de controle (Ti), temperatura final de controle(Tf), diferenças de temperatura entre termopares no aquecimento ou resfriamento ≠ A,R) e diferenças de temperatura entre termopares no patamar ≠ P).


 

espessura nominal

A espessura nominal (En) é empregada para determinar a temperatura e o tempo de patamar. Deve ser a maior espessura da solda que não tenha sido previamente tratada; como exemplo citam-se soldas de flanges onde geralmente é necessária uma usinagem prévia e consequente estabilidade dimensional.

Nas soldas de topo com penetração total de mesma espessura, a espessura nominal é a profundidade total da solda excetuando-se os reforços, tanto de face como de raiz.


Nas soldas em chanfro sem penetração total, a espessura nominal é a profundidade do chanfro.


Nas soldas em ângulo, a espessura nominal é a dimensão da garganta; se houver junta chanfrada e em ângulo, deve-se considerar a de maior dimensão.


Na soldagem de pinos, a espessura nominal é o diâmetro do pino.


Quando houver uniões soldadas de espessuras diferentes, a espessura nominal pode ser determinada segundo três critérios.

O primeiro considera a menor espessura de duas chapas adjacentes a uma junta soldada, inclusive em juntas de casco com tampo. O segundo admite a maior espessura das chapas do casco ou fundo unidos por casco intermediário. O terceiro adota a espessura do casco, em uniões de tubo-espelho, tampo plano, tampas, flanges ou construções similares.


Nas soldas ao longo de pescoço de conexões, fundo, casco, anel de reforço ou soldas em ângulo, considerar sempre a de maior espessura. Nos casos de juntas em partes sujeitas a pressão com partes não sujeitas a pressão, a espessura nominal considerada deve ser a das partes não sujeitas a pressão. Em conexões será a espessura da conexão. Em tubo-espelho será a solda do tubo com o espelho.

 


No caso de reparos, a espessura nominal é a profundidade do reparo.

taxa de aquecimento

As temperaturas registradas durante o aquecimento devem ser controladas efetivamente a partir da temperatura inicial (°C); não deve haver variação maior, entre os termopares, do que a diferença de temperatura de aquecimento e de resfriamento (# A,R), em graus Celsius, no intervalo de uma distância determinada entre dois pontos.

Acima da temperatura inicial de controle (Ti) em graus Celsius, a velocidade de aquecimento não deve ser superior à taxa de aquecimento, em graus Celsius por hora, dividida pela maior espessura do casco ou tampo; no entanto, em nenhum caso a taxa de aquecimento deverá ultrapassar a TA (°C/h).

As taxas de aquecimento mais comuns podem ser vistas no quadro, conforme a norma ASME VIII, div.1, ed. 1992.

Espessura En (mm)

Taxa de aquecimento TA (°C) máximo

e ≤ 25,4

220

25,4 > e ≥ 31,8

170

31.8 > e ≥ 38,1

145

38,1 > e ≥ 44,5

120

44.5 > e ≥ 50,8

110

50.8 > e ≥63,5

85

63.5 > e ≥ 76,2

70

76,2 > e ≥ 88.9

60

88,9 > e  ≥101,6

55

e > 101.6

55

temperatura e tempo de patamar

Quando se soldam partes com P número diferentes, sujeitas a pressão, o tratamento de alívio de tensões deverá ser específico e de acordo com o material de maior temperatura de patamar. A espessura nominal (En) será sempre aquela da parte sujeita a pressão. Durante o período de patamar a diferença superior e inferior entre os termopares não deverá ir além de ^ P (°C).

O tempo de permanência do equipamento em determinada temperatura é especificado no quadro, conforme norma ASME VIII, div.1, ed. 1992.

Pnº

Gn»

Temperatura de patamar (°C) mínimo (*)

Tempo de permanência horas mínimo

En ≤ 50,8mm

En > 50.8mm

1

1.2.3

595

1 h/25,4mm 15 minutos mínimo

2 h + 15 minutos para cada 25,4mm adicionais

3

1.2.3

595

e ≤ 101.6mm = 1 hora por 25.4mm

4

1. 2

595

5

1. 2

680

3.4

705

9 A

1

595

e > 101,6mm = 5 horas + 15 minutos para cada

25,4mm adicionais

9 B

1

595

10 A

1

595

10B

1

595

15 minutos mínimo

10C

1

540

10 F

1

595

(*) Para temperatura máxima acrescentar 50°C a temperatura mínima

 

segundo o código ASME, P número ou P number é a classificação, em grupos, de materiais com propriedades mecânicas e metalúrgicas semelhantes

taxa de resfriamento

O resfriamento deve ser feito até a temperatura final de controle Tf (°C) com controle de temperatura e em forno fechado e/ou com isolamento; abaixo dessa temperatura, pode-se resfriar sem a proteção de isolação térmica desde que sem correnteza de ar, com uma diferença máxima de termopares de ≠ A, R (°C).

A velocidade de resfriamento deve seguir a uma razão de TR(°C) dividida pela espessura do casco ou tampo. Os valores mais comuns de taxa de resfriamento podem ser vistos no quadro, conforme a norma ASME VIII, div.1, ed. 1992.

a maior das velocidades de resfriamento em nenhum dos casos deve superar a taxa de TR(ºC/h)

Espessura En (mm)

Taxa de resfriamento TR (°C/h) máximo

e ≤ 25,4

275

25,4 > e ≥ 31,8

220

31,8 > e ≥ 38.1

185

38.1 >e ≥ 44.5

155

44,5 > e ≥ 50,8

135

50,8 > e ≥ 63,5

110

63,5 > e ≥ 76,2

90

76.2 > e ≥ 88,9

75

88,9 > e ≥ 101,6

65

e > 101.6

55

 

redução da temperatura de patamar

Quando a temperatura especificada para o tratamento de alívio de tensões for maior que a capacidade do forno ou método adotado, permite-se reduzir a temperatura de patamar, com o consequente aumento do tempo de patamar. Os valores de redução de temperatura e de tempo mínimo de permanência podem ser vistos no quadro, conforme a norma ASME VIII, div.1, ed. 1992.

Redução de temperatura normal de patamar (°C)

Tempo mínimo de permanência na temperatura reduzida para cada 25,4mm de espessura

28

2

56

4

83

10 (*)

111

20 (*)

(*) Aplicável somente a materiais P nº 1 com G nº 1,2

 

parâmetros de tratamento térmico

Os parâmetros de tratamento térmico de alívio de tensões segundo normas internacionais podem ser vistos no quadro.

 

Parâmetros de tratamento
térmico de alívio de tensões

Unidade

ASME

AWS

Bntish Standards

Temperatura iniciai de controle (Tií

°C máx.

427

315

400

Taxa de aquecimento (tal

ºC/hora máx.

222

220

220

Taxa de resfriamento (tr)

°C/hora máx.

278

260

275

Temperatura de patamar (*)

°C

595

590 a 650

580 a 620

Tempo de permanência

hora

(**)

(*)

(***)

Temperatura final de controle (Tf)

°C min.

427

315

400

Diferença de termopares no aquecimento (≠ A, R)

ºC máx.

139

140

150

Diferença entre termopares no patamar P)

°C min.

83

83

40

Distância entre termopares (d)

a cada metro máx.

4.6

4.6

4.6

(*) Aplicável para aços ao carbono

(**) 1 hora para cada 25.4mm de espessura nominal (En)

(***) 1 hora para cada 25.0mm de espessura nominal (En)

 

tratamento térmico em etapas

Quando não houver possibilidade de executar o tratamento térmico em uma única etapa, por exemplo quando o comprimento do equipamento exceder o comprimento do forno, o tratamento pode ser executado em várias etapas, utilizando-se a técnica do emparedamento. O emparedamento consiste em manter parte do equipamento dentro do Forno, isolando o meio exterior com tijolos refratários ou mantas cerâmicas, desde que exista uma sobreposição de 1,6 m na região anteriormente tratada.

Após o carregamento das peças no forno ou a montagem dos dispositivos de aquecimento localizado, deve-se prever a livre movimentação das peças, pois peças fixas podem provocar deformações durante o processo de tratamento.

O apoio das peças deve ser eficiente, porque o aquecimento reduz drasticamente o limite de escoamento e, em conseqüência, a rigidez da peça.

A distância entre termopares em qualquer direção não pode ultrapassar a d metros e sua fixação não deve ser executada sobre o cordão de solda.

Se a forma de aquecimento for chama, esta nunca deve atingir diretamente o corpo do equipamento, a fim de evitar que as superfícies sofram oxidação excessiva.

solda confinada

Deve-se ter cuidado especial com relação à expansão do ar aquecido em soldas confinadas, como em reforços de conexões, selas, etc. Se as soldas não estiverem providas de respiro, poderão surgir trincas; se houver um eixo oco, é preciso abrir um furo, e, se necessário, ressoldá-lo após o tratamento; a não observância deste procedimento pode provocar explosão ou distorções localizadas.

tratamento térmico localizado

Quando houver a escolha de tratamento térmico localizado, a peça deve estar devidamente apoiada em local sem correntes de ar, abrigada da chuva ou de outras intempéries. A área aquecida deverá abranger também os dispositivos de montagem, quando houver. A largura mínima da faixa de aquecimento deverá ser de seis vezes a espessura nominal (En) e nunca inferior a 50mm; a referência tomada é a linha de centro do cordão de solda.

registro do tratamento térmico

Para que se possa rastrear o tratamento térmico e confiar em que foi feito de acordo com as especificações do código, deve-se preparar a documentação para a fabricação, que consta dos seguintes documentos: folha de processo, com os dados básicos de tratamento, registro gráfico do ciclo térmico e certificado de tratamento.

A documentação é necessária porque os códigos fazem certas restrições quanto a soldagem e ensaios após o tratamento térmico; antes de liberar o equipamento para tratamento, verificar se um reparo especificado foi executado na solda, se todas as peças foram soldadas no equipamento, a fim de que um descuido não comprometa toda a peça.

Recentemente os controles de tratamento térmico tornaram-se informatizados e os cálculos e controles dos parâmetros do ciclo térmico são feitos por computadores acoplados a transformadores de corrente, responsáveis pelo suprimento de calor à peça.