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.
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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.
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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 |
||
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(*) 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)
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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.
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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 (*) |
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111 |
20 (*) |
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(*) Aplicável somente a materiais P nº 1 com G nº 1,2 |
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parâmetros de tratamento térmico
Os parâmetros de tratamento térmico de alívio de tensões segundo normas internacionais podem ser vistos no quadro.
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Parâmetros de tratamento |
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) |
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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.
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