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Produção de aços estruturais com refinamento de grão

Razões para a aplicação de aços estruturais com refinamento de grão.


Devido ao aumento de cargas em componentes,  o desenvolvimento de aços de maior resistência e espessura mais fina foi iniciado há mais de 50 anos atrás.

As razões para a aplicação de aços estruturais de alta resistência e refino de grão foram:

Razões para a aplicação

• economia no peso dos produtos


• economia de custos de transporte e redução dos pesos dos componentes a serem levantados


• economia dos volumes de solda


• redução das forças de aceleração e do cálculo das forças de momento do componentes a serem movidos

• aumento da resistência à abrasão


• aumento da segurança contra fratura frágil


• economia (custos)

Após o desenvolvimento do aço St 52-3 (S355J2G3) o desenvolvimento da soldabilidade de aços estruturais de alta resistência continuou.

Coordenadores de soldagem  e soldadores tem de estar bem informados sobre a produção de aços estruturais com refinamento de grão para evitar falhas e imperfeições.

Importantes padrões e normas relativas aos aços estruturais com refinamento de grão.

EN 10028 Fabricação de chapas de aço para uso sob pressão.

Parte 3 Soldabilidade de aços normalizados com refinamento de grão.

Parte 5 Soldabilidade de aços termomecanicamente laminados com refinamento de grão.

Parte 6 Soldabilidade de aços temperados e revenidos com refinamento de grão.


EN 10113 Produtos laminados a quente soldaveis em aços estruturais com refinamento de grão.

Parte 1 Condições gerais para a  entrega.

Parte 2 Condições de entrega para aços normalizados / aços laminados normalizados.

Parte 3 Condições de entrega para aços termomecanicamente laminados.


EN 10137 Fabricação de chapas de aço estrutural com alto limite de escoamento nas condições de temperado e revenido ou endurecido por precipitação.

Parte 1 Condições gerais para a  entrega.

Parte 2 Condições de entrega para aços temperados e revenidos.

Parte 3 Condições de entrega para aços endurecidos por precipitação.


EN 10149 Produtos planos de aço de alta resistência para conformação a frio.

Parte 1 Condições gerais para a  entrega.

Parte 2 Condições de entrega para aços laminados termomecanicamente.

Parte 3 Condições de entrega para aços normalizados ou laminados normalizados.

EN 10210 Perfis laminados a quente de aço não ligado com refinamento de grão e  aços estruturais;

Parte 1 requisitos técnicos de fornecimento.

Parte 2 Tolerâncias, dimensões e propriedades locais.

EN 10216 Condições técnicas de fornecimento de tubos de aço sem costura para uso sob pressão.

  
Parte 3 Tubos de aço ligado e não-ligado com refinamento de grão.

EN 10217 Condições técnicas de fornecimento de tubos de aço para uso sob pressão

Parte 3 Tubos de aço ligado e não-ligado com refinamento de grão.

EN 10219 Perfis de aço não-ligado e com refinamento de grão conformados a frio.

Parte 1 Requisitos técnicos de fornecimento.

Parte 2 Tolerâncias, dimensões e propriedades locais.

Aprovações gerais do DIBt (Instituto Alemão de Engenharia de Estruturas).

N°. Z-30.1.1 Produtos fabricados de aço de alta resistência com refinamento de grão.

N°. Z-30,2-2 Chapas e produtos não planos termomecânicanicamente laminados a quente de aços com refinamento de grão. N°. Z-30,2-5 Produtos não planos termomecanicamente laminados a quente para soldar aços com refinamento de grão.

Padrões de consumíveis de soldagem para soldagem de aços estruturais com refinamento de grão.

EN 439 Proteção para solda elétrica e corte

EN 440 Classificação de arames eletrodos e metais de adição para a soldagem MIG/MAG de aço não ligado e com refinamento de grão.


EN 499 Classificação de eletrodos revestidos para soldagem manual a arco eletrico de aço não ligado e com refinamento de grão.

EN 756 Classificação de arames eletrodos e combinações de arames e fluxos para a soldagem a arco submerso de ligas de aço não-ligado e refinamento de grão.

EN 757 Classificação do tipo de revestimento dos eletrodos para soldagem manual a arco eletrico de aços de alta resistência

EN 758 Classificação de eletrodos tubulares para soldagem a arco com e sem um gás de proteção para ligas de aço e com refinamento de grão.

EN 759 Condições técnicas para o  fornecimento de metais de adição – Tipo de produto, dimensões, tolerâncias e identificação.

EN 760 Classificação de fluxos para a soldagem a arco submerso.

EN 1668 Classificação de varetas, arames, metais de adição para soldagem TIG de aço não ligado e com refinamento de grão.

EN ISO 13916 Soldagem – Orientação sobre a medição da temperatura de pré-aquecimento, temperatura de interpasse e manutenção da temperatura de               pré-aquecimento.



Normas, regras e regulamentos para a produção de aços estruturais com refinamento de grão.


PT Soldagem 1011 – Recomendações para a soldagem de materiais metálicos


Parte 1 Guia Geral para soldagem a arco.

Parte 2 Soldagem a arco de aços inoxidáveis ​​ferríticos.

SEW 088 Aços estruturais de grão fino soldáveis
– Orientações para o produção, especialmente para soldagem por fusão.

Suplemento 1 Determinação adequada de  temperaturas mínimas de                       pré-aquecimento.


Suplemento 2 Determinação do tempo de resfriamento para a identificação dos ciclos da temperatura de soldagem.

Planilha DVS 0916 Gas de proteção para soldagem a arco de aços estruturais com refinamento de grão.


Planilha DVS 0918 Soldagem a arco submerso de aços estruturais com refinamento de grão.

Requisitos de soldagem para os aços estruturais com refinamento de grão em oficinas ou campo.

Geral


• Aprovação mínima de dois soldadores por processo de soldagem por meio de  ensaios de acordo com a norma DIN EN 287-1  (Grupo de materiais W01 ou W03).


• Procedimentos de soldagem válidos

Para a inspeção de fabricação de vasos de pressão de acordo com a AD-HP 2/1 / EN 288-3.

Para a inspeção de fabricação ou mineração de acordo com a orientação DVS 1702 / EN 288-3.


• Qualificação do fabricante

Para a inspeção de vasos de pressão de acordo com a AD-HP 0
Para a inspeção de fabricação e mineração a forma abrangente de verificação de acordo com DIN 18800-7, estendida para soldagem de aços estruturais com refinamento de grão.

Procedimentos de soldagem para a inspeção de fabricação


Na inspeção de fabricação dos aços S235 e S355 ou materiais semelhantes, os testes do procedimento atualmente na Alemanha somente são necessários para processos de soldagem totalmente mecanizado ou automatizados, por exemplo, processo 121. Ao contrário, no caso de soldagem de aços estruturais de alta resistência com refinamento de grão S460 e S690, procedimentos de acordo com a orientação DVS 1702 são necessários até mesmo para o uso do processo de soldagem manual
ou parcialmente mecanizado, por exemplo, processos 111, 114, 135 e 136.

Corpo de prova para soldas de topo
Os corpos de prova devem ser preparados e soldados de acordo com a EN 288-3, figura 1. Testes adicionais, por exemplo,  micrografia, podem ser requeridos.
Corpos de prova para soldas de filete


Os corpos de prova devem ser preparados e soldados de acordo com a orientação DVS 1702. (tração transversal).

Zk = Tração transversal (2 corpos de prova)

K =  Preparar corpos de prova de impacto

G = Exame da estrutura (corpos de prova de macrografia e micrografia)

B = Teste de fratura

1) Dureza tem que ser realizado no corpo de prova de macrografia.

2) Apenas para os aços temperados e revenidos ou aços estruturais com refinamento de grão.

Testes soldas de produção


Pelo menos uma vez por ano testes de solda de produção tem que ser realizados para manter a validade do procedimento de soldagem.


Os seguintes testes devem ser realizados:

Soldas de topo e soldas de filete:

•  Ensaio visual (VT).


• Detecção de trinca na superfície (Partícula Magnética ou Líquido Penetrante)

• Macrografia • Dureza HV 10

Regras para a produção


A fabricação de produtos feitos de aços soldáveis de alta resistência com refinamento de grão precisa de despesas reduzidas e elevada precisão. Portanto, os aços devem ser manuseados com cuidado no processamento. Os requisitos e recomendações da SEW 088 têm de ser obtidos.


Além disso, em matéria de inspeção de fabricação, os requisitos gerais aprovados pelo “Instituto Alemão de Engenharia de Estruturas ” (DIBt) têm de ser satisfatórios.


A aptidão para a soldagem de aços estruturais com refinamento de grão é dada para todos os processos de soldagem a arco, manual ou parcialmente mecanizado, bem como processos totalmente mecanizados. O processo 135 é o processo mais utilizado na prática.

Preparação da soldagem


Todos os tipos de produção, por usinagem bem como por corte de chama, podem ser usados. Recomenda-se verificar as superfícies após o corte por chama por exame visual (VT) e / ou detecção de trincas na superfície (Partícula Magnética – MT ou Líquido Penetrante – PT).

Metais de adição


Um desnecessário alto limite de escoamento do metal de solda em comparação com o metal de base deve ser evitado. Se as tensões admissíveis não são utilizadas, é permitido usar metais de adição com menor escoamento que o metal de base.


Recomendações para a seleção de materiais de adição e gases de proteção em consideração aos requisitos de impacto são listados nas tabelas 2a e 2b da planilha DVS 0916.

Armazenamento e secagem de consumíveis de soldagem


A fim de obter um baixo percentual de hidrogênio na junta soldada, as regras para o armazenamento e secagem de eletrodos revestidos e fluxos devem ser observadas por todos os meios de acordo com as recomendações dos fabricantes.


As condições para o armazenamento dos metais de adição e materiais auxiliares devem ser: temperatura ≥18 ° C, umidade ≤ 60%.

As condições para novas secagens devem ser:

Apoio e estocagem intermediária de eletrodos com revestimento do tipo básico de acordo com a SEW 088.

Eletrodos de arames sólidos  não precisam de novas secagens antes da soldagem. No caso eletrodos revestidos e arames tubulares uma secagem pode ser necessária. Detalhes sobre a necessidade e as condições para novas secagens devem ser consultadas aos fabricantes.
Atenção a estas precauções na soldagem de aços estruturais com refinamento de grão são absolutamente necessárias para evitar as trincas induzidas por hidrogênio difusivel.

Energia de soldagem


A energia de  soldagem dos aços estruturais de alta resistência com refinamento de grão é limitada para cima, de acordo com as instruções dos fabricantes, a fim de obter propriedades de resistência suficiente juntamente com uma boa tenacidade no metal de solda e na zona afetada pelo calor. Por outro lado, uma minima energia de soldagem é necessária para evitar trincas.
As propriedades mecânicas das soldas são mais determinadas pelos ciclos de temperatura e tempo de soldagem do que apenas pela energia de soldagem. Elas são particularmente influenciadas pela energia de soldagem, espessura da parede, temperatura interpasse tipo de solda e acumulo das camadas. Para a designação dos ciclos de temperatura e tempo de soldagem o tempo de resfriamento t 8/5 é escolhido.

Recomendações para a necessidade do pré-aquecimento são mostradas na tabela 4 da SEW 088:


Recomendações para o limite de espessura para o pré-aquecimento antes da soldagem por condições normais, dependendo do carbono equivalente do metal de base.


A observação da temperatura interpasse é de grande importância. No caso de temperatura interpasse muito alta
ou temperatura de pré-aquecimento muito alta, as propriedades da junta soldada serão prejudicadas. Normalmente, a temperatura interpasse não deve ser maior que  220°C a 250°C.


A medição de temperatura deve ser executada de acordo com a EN ISO 13916. Dispositivos usuais de teste:


• Materiais sensíveis à temperatura (TS), por exemplo, lápis ou tintas


• Termômetro de contato (TC)


• Termopar (TE)


• Dispositivos ópticos ou elétricos para medição sem contato (TB)


Coordenadores de soldagem devem ter um termômetro de contato. O soldador deve ter no mínimo dois lápis térmicos indicando diferentes temperaturas. Ele precisa de um lápis para verificar a temperatura de pré-aquecimento e um lapis termico para a temperatura interpasse.
O primeiro lápis térmico deve mudar a cor, o segundo lápis térmico não se deve mudar de cor na hora que a soldagem for iniciada.
A relação entre os parâmetros de soldagem e de energia de soldagem disponíveis no caso de soldagem a arco com eletrodo revestido são evidenciadas pelas  figuras 2b e 2c da planilha DVS 0916.

As relações entre energia de soldagem, espessura de parede e taxa de resfriamento t8/5 para casos com temperatura de pré-aquecimento TP=100°C são evidenciadas pelas figuras 3a e 3b da planilha DVS 0916.

Deposição de camadas

• Soldagem multi-passes (técnica com passe retilineo) dependendo da espessura.
• Sequência de camadas a partir das faces para o centro da solda. Cuidados especiais devem ser tomados para a soldagem do acabamento (técnica revenimento ou soldagem multi-passes similar).

Soldas de filete e soldas de acessórios temporários


Soldas de filete e soldagem de acessórios  temporários devem ser realizados sempre que possível com a soldagem multi-passes com pré-aquecimento.
É possível negligenciar este recomendações, se for provado por um procedimento de soldagem qualificado, que as propriedades mecânicas requeridas são obtidas.
Soldas de acessórios temporários devem ser cortados e goivados cerca de 3 mm acima do metal de base.
O restante do material deve ser removido por esmerilhamento. Recomenda-se realizar uma inspeção para verificação de trincas na superfície depois. Não é permitido remover os acessórios temporários por martelamento.

Desempeno por chama


O desempeno por chama geralmente é possível. A temperatura de estabilização do desempeno deve ser ≤ 700°C.

Abertura de arco


A abertura de arco fora do chanfro da junta não é permitida. Aberturas de  arco involuntárias (por exemplo, devido a cabos defeituosos e/ou mau isolamento, devem ser removidas por esmerilhamento seguida de inspeção por ensaio de particula magnética para detecção de trincas na superfície.

Ruptura lamelar
O risco de ruptura lamelar na soldagem de aços estruturais com refinamento de grão está em um nível baixo, porque o conteúdo de enxofre nesses aços é em porcentagem muito baixa. Inclusões não metálicas nesses tipos de aços normalmente não são esperadas.

Tratamento térmico pós soldagem
Para a inspeção de fabricação o tratamento térmico de alivio de tensões normalmente não é necessário. No caso de componentes de  vasos de pressão as regras estabelecidas para o respectivo material devem ser cumpridas.
Tratamento térmico de alivio de tensões deve ser usado somente se o tipo de fabricação ou as cargas previstas fazê-lo necessário para reduzir as tensões de soldagem. Nestes casos o tempo de patamar da solda é vantajoso sem
resfriamento intermediário.
A temperatura do alívio de tensão e tempo de patamar são estabelecidas na norma do respectivo material.

Pós aquecimento (liberação de hidrogênio)


No caso de risco de trinca a frio (fragilização por hidrogênio) é necessário fazer o patamar em 200 – 250°C , ≥ 2 h imediatamente após a soldagem. Isso deve levar a difusão do hidrogênio. Se as temperaturas são mais baixas, maiores tempo de patamar são necessários. Se há um risco de trinca a frio, os ensaios não-destrutivos
não devem ser realizados imediatamente após o resfriamento, estes devem ser realizados com um atraso de pelo menos 24 horas (melhor de 48 horas).

Princípios de projeto


Os aços estruturais com refinamento de grão e alta resistência fornecem novas possibilidades para os engenheiros de projeto construir equipamentos mais leves baseado na pequena espessura de parede. Infelizmente, a estabilidade ruim e fadiga
no comportamento dos aços estruturais com refinamento de grão precisam ser relembrados. Portanto, para os engenheiros de projetos, as seguintes regras fundamentais devem de ser levadas em conta:


• se possível, a tração dos componentes carregados.


• em caso de compressão a razão entre o comprimento do corpo de prova e sua seção deve ser o menor possível.


• no caso de uma carga de fadiga as superficies com condição de entalhe devem ser analisados


• as juntas devem ser posicionadas em áreas que de carregamento moderado e não em carregamento ciclico.


• os espaçamentos dos reforços e dispositivos devem ser feitos de maneira arredondada e devem ser consideradas as linhas de carregamento sempre que possível.

. Sumário

A alta resistência dos aços estruturais com refinamento de grão são de grande importância, sobretudo na fabricação de vasos de pressão, guindastes, veículos e de mineração. Para a soldagem destes aços a capacitação de supervisores de soldagem nas oficinas e nas obras são de grande importância.
Com atenção às regras de fabricação, aços estruturais de alta resistência com refinamento de grão podem ser soldados sem grandes riscos.

Esse texto foi traduzido por alunos da fatec-sp
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