Introdução

Tensões residuais e distorções podem ter uma influência negativa na produção e também no desempenho de algum membro.

• Tensões residuais reduzem à resistência a fadiga e a resistência à corrosão (trincas de corrosão sob tensão). Elas também podem resultar em uma trinca de contração, especialmente devido a pontos de solda, fratura frágil e ruptura lamelar.
• Durante a usinagem de uma peça as tensões residuais podem resultar em deformações.
• Tensões residuais de compressão reduzem a estabilidade de uma peça/elemento.
• Distorção pode resultar na perda de tolerâncias admissíveis, um desalinhamento ruim e grandes aberturas inaceitáveis de juntas.

Em base de todas estas influências negativas é necessário reduzir as tensões residuais e distorções a um mínimo.

Termos
Tensões Residuais

Tensões residuais em uma peça/elemento são resultantes das tensões internas após a soldagem e resfriamento em temperatura ambiente. As tensões residuais acontecem na área de solda e resultam em deformações plásticas locais.

As formulações seguintes são válidas:

S forças internas = 0

S momentos internos =0

Processos típicos que resultam em tensões residuais são, por exemplo: fundição, laminação a quente, forjamento a quente, pré-aquecimento ou soldagem.

Tensões residuais consistem em tensões residuais de contração e/ou transformação de tensões residuais.

Tensões residuais de contração

Em base de um aquecimento e resfriamento não conforme (como resfriamento abaixo da temperatura ambiente) diferentes expansões e contrações ocorrem na região de solda e resultam em tensões residuais de contração.

Tensões residuais de transformação

Basicamente, em uma região localizada e concentrada do ciclo de resfriamento, ocorre transformação de estrutura e alteração de volume e resulta em transformação de tensões residuais.

Transformação típica de tensão residual aparece, por exemplo, em chapas laminadas a quente e perfis, por causa das diferentes concentrações de massa que resultam em uma região localizada e concentrada, de com ciclo de resfriamento não uniforme.

Deformação

Deformação é um termo genérico para todas as diferenças de superfície plana e dimensões de uma peça, após um resfriamento abaixo da temperatura ambiente.

Deformação, causada por soldagem, podem ser apresentadas em vários tipos. São chamados:

D Deformação angular

A Deformação longitudinal

B Deformação transversal

C Flambagem

Propostas para a formação de tensões residuais e deformações

Básico

Todo metal se expande em todas as direções durante o aquecimento e se contrai da mesma maneira durante o resfriamento. Para uma peça metálica que não é restrita e uniformemente aquecida, pode se expandir sem restrição e também pode contrair uniformemente, isto é, para as dimensões originais.

Também durante um processo de soldagem ocorre um ciclo de aquecimento e resfriamento. Mas este processo é diferente do teste acima mencionado, porque são vários os fatores que afetam a contração, ficando difícil afirmar a ocorrência das tensões residuais e deformações em uma estrutura completamente soldada.

Alguns fatores:

• Há um aquecimento não uniforme e um ciclo de resfriamento
• A expansão do metal aquecido será obstruída pelo metal base não aquecido (expansão restrita)
• A contração do metal aquecido será obstruída pelo metal base não aquecido (contração restrita)
• Em dependência das diferentes condições de restrição, as propriedades mecânicas e físicas dos metais têm uma grande influência no grau de contração e das tensões residuais.

Isto é importante, porque a maioria dos resultados de pesquisas, estão baseadas em testes com corpos de prova.

Os quadros abaixo mostram curvas isotérmicas durante a soldagem de uma chapa de aço carbono 5 mm com diferentes processos.

Propriedades mecânicas e físicas dos metais

Propriedades mecânicas e físicas dos metais afetam o grau de tensões residuais e também deformações.

Algumas das propriedades mais importantes são:

Módulo de elasticidade E [N/mm²]

Este módulo é a medida da dureza do material. Materiais com módulo de elasticidade alto têm melhor resistência contra deformações. Mas este módulo é dependente da temperatura e com o aumento da mesma ele vai diminuindo.

Limite de escoamento R_eh [N/mm²]

Para acomodar a deformação de uma solda durante o resfriamento, as tensões residuais têm que alcançar o ponto de escoamento do metal de adição.

Um altíssimo limite de escoamento em uma área de solda, uma altíssima tensão residual, e com este fato, um altíssimo risco de trincas se não houver possibilidade para deformar o lado oposto da grande área de solda.

Este diagrama mostra a influência de temperaturas diferentes durante um ensaio de tração, realizado em um aço S355 por “Riebesahm e Traeger”.

Quando a temperatura é próxima de 200 °C um aço de carbono alcança o valor mais alto dele de resistência e o mais baixo valor de alongamento.

Baseados nestes resultados é recomendado evitar cargas de impacto, conformação e vibrações de um membro durante o ciclo de resfriamento.

Coeficiente de expansão linear a_T [mm m^-1K^-1]

Esta é uma medida da quantia de expansão na direção longitudinal quando o metal é aquecido e na maioria dos casos, temos que calcular este valor.

Às vezes é necessário calcular com o coeficiente de expansão de volume γ. Este coeficiente é aproximadamente

e por esta razão existem tabelas especiais para estes valores. Coeficiente de expansão linear para diferentes materiais.

Metais com altos coeficientes de expansão térmica:

• Expande e contrai mais que um com baixo coeficiente
• Tem uma contração maior
• Com alto grau de risco de deformações

Expansão e contração em todas as direções de um metal durante o aquecimento. Comparando esta peça de metal com parte de uma solda é fácil entender, que uma solda vai contraindo na direção de sua espessura também.

Condutividade térmica l [W/mK]

É a medida da facilidade do fluxo de calor por um material

Metais com uma alta condutividade térmica dissipam calor rapidamente o que resulta em um aumento do calor adicionado com um maior campo de temperatura e contração.

Metais com uma baixa condutividade térmica não dissipam calor rapidamente que resulta em um acentuado gradiente de temperatura com maiores ajustes.

Capacidade de calor específico c [kJ kg^-1 K^-1]

É a quantia de calor que é necessário para aumentar 1 quilograma de um material, por 1 Kelvin.

A capacidade de calor específico é dependente da temperatura e do aumento de altas temperaturas.

Exemplo para aço não-ligado:

Com o aumento da capacidade de calor específico é necessário um aumento do heat- input também. Isto resulta em um aumento de:

• Expansão térmica
• Ajuste adicional
• Contração e deformação

Condições de restrição

Expansão livre – Contração livre

Durante o aquecimento, no fim livre de uma barra, ela pode expandir e durante o resfriamento, ela pode contrair para sua dimensão original. Nesta condição ela está livre de tensões residuais.

A expansão pode ser calculada com a seguinte fórmula:

Expansão livre – Contração obstruída

Estas tensões residuais, que são tensões internas, ainda estarão lá quando o resfriamento for encerrado e resulta em:

• Uma expansão plástica e uma redução da seção transversal. Nestes casos a tensão residual será reduzida. Este processo somente poderá acontecer se for um material dúctil.
• Trincas ou uma fratura sem qualquer redução da seção transversal. Neste caso foi excedida a resistência a coesão.

      Isto pode acontecer se um material não flexível, fosse usado.

Expansão obstruída – Deformação livre

Se a barra é restrita durante o aquecimento e ela não pode se expandir para a direção longitudinal. Primeiro as tensões de contração ocorrem na barra.

Como resultado do aquecimento o limite de escoamento diminui e a barra expande na direção vertical, uma acomodação aparece. Neste momento a tensão de compressão diminui.

Durante o resfriamento, a barra deformada se contrai uniformemente, alcançando a temperatura ambiente, a barra remanescente ficará permanentemente deformada. Esta barra mostra a diminuição e uma remanescente acomodação.

Expansão obstruída – Deformação obstruída

A barra é restrita de ambos os lados. Durante o aquecimento a barra não pode se expandir na direção longitudinal e tensões de compressão ocorrem.

Como o resultado do aquecimento o limite de escoamento diminui a barra se expande na direção vertical, uma acomodaçãoaparece. Neste momento a tensão de compressão diminui.

No resfriamento a contração é obstruída e tensões internas aparecem (Tensões residuais de contração).

Este caso é típico na soldagem.

Formação e difusão das tensões residuais
Influência do limite de escoamento

Uma barra é restrita de ambos os lados em uma estrutura rígida. Durante o aquecimento a barra não pode se expandir livre na direção longitudinal e tensões de compressão aparecem.

Para este caso é possível calcular o alongamento para o comportamento elástico.

Um aquecimento de uma diferença de 100°C resulta em um limite de escoamento excessivo e, se a barra fosse restrita, deformações plásticas.

Para o limite de escoamento de 235 N/mm² o alongamento para um comportamento elástico resulta em:

Influência do metal de adição líquido

A restrição em um lado da barra fixada estava uniformemente aquecida até uma temperatura de aproximadamente 1500°C (apenas teoricamente).

Com o aumento da temperatura o limite de escoamento diminui rapidamente e resulta em uma baixa resistência.

Enquanto a expansão na direção longitudinal é obstruída e a tensão de compressão ocorre, uma acomodação e deterioraçãoaparece.

Depois do resfriamento abaixo da temperatura ambiente a barra mostra uma redução de aproximadamente 2%.

Esta contração é comparável com a quantia de contração durante o processo de fundição do aço, porque a temperatura teórica da barra estava correspondendo à temperatura do aço líquido.

Influência das condições de restrição em combinação com 3.4.1 e 3.4.2

Neste caso a barra é restrita e fixada de ambos os lados.

O processo de aquecimento é o mesmo descrito no item 3.4.2.

Durante o resfriamento, abaixo da temperatura ambiente a barra será esticada por aproximadamente 2%.

As tensões residuais na barra são tensões internas e pertencentes a parte elástica.

Para o estado de equilíbrio são necessárias algumas tensões na rígida estrutura.

Depois de remover as soldas de um lado serrando a barra a recuperação elástica e a redução medida é aproximadamente 0,11%.

Difusão das tensões residuais em uma peça simples.

Sobre a pequena superfície lateral de uma chapa foi depositado um cordão de solda. Uma região relativamente aquecida, existente entre o metal de adição e a zona termicamente afetada, aparece e tenta se expandir, mas será obstruída por uma região relativamente quente.

Após ocorrer o resfriamento abaixo da temperatura ambiente as tensões residuais permanecem na peça de teste. Esse processo é semelhante às amostras acima e dessa forma a difusão das tensões podem ser adotadas do exemplo que foi mencionado anteriormente.

Difusão teórica das tensões residuais

Para verificar os resultados da suposição teórica, foram realizados testes práticos sobre as mesmas condições de testes. Foram adicionados medidores de deformação (strain gauges) na superfície das peças de testes.

Comparando os resultados do teste prático com o resultado do teste teórico uma correspondência de ambas as difusões de tensões residuais é visível.

Difusão real das tensões residuais

Difusão das tensões residuais na solda
Geral

Durante a soldagem, o metal base das regiões adjacentes à solda é aquecido quase no seu ponto de fusão. A temperatura do metal nas regiões um pouco mais afastadas da solda é substancialmente menor.

O metal das regiões adjacentes à solda aquecida tenta se expandir em todas as direções, mas é obstruído pelo metal mais frio. Isso resulta em:

• Uma pequena expansão na direção transversal da junta se tiver espaço para isso (caso contrário aparece uma deformação).

• Na direção do metal mais frio, primeiro ocorrem as tensões compressivas. Se o calor ultrapassar a linha isotérmica de 600°C o metal perde muito da sua resistência e aparece uma deformação plástica na forma de acomodação. Em áreas ligeiramente mais frias do metal, aparecerão tensões compressivas que atingirão o limite de escoamento e também resultarão em deformações plásticas.

• A expansão do metal de solda líquido será obstruída pelo metal base adjacente mais frio e aparecerão deformações.

Durante o resfriamento, o primeiro metal de solda que se fundiu e também o metal adjacente aquecido tentam se contrair.

Mas como um resultado das deformações e das áreas mais frias da chapa, que agem como uma contenção podem ocorrer, contrações parciais e permanência de tensões residuais.

Atenção:        Se a temperatura for superior a 600°C, a tensão de escoamento pode ficar muito baixa, podendo ocorrer facilmente deformações plásticas no material.

Quando a temperatura for menor que 600°C surgem às tensões residuais, porque não ocorrem deformações plásticas, somente deformações elásticas.

A figura acima mostra a soldagem de uma junta de topo e o que acontece durante o processo.

Na seção de contração BC e na seção CD aparecem deformações plásticas (recalques).

Ambos dos processos resultam em um estreitamento da junta.

Difusão das tensões residuais longitudinais

As tensões longitudinais aumentam principalmente devido a contração na direção longitudinal.

Uma solda de topo será dividida ao meio na solda. As chapas divididas ao meio são comparadas com a superfície do cordão de solda mencionado acima.

A difusão das tensões residuais para as metades das chapas pode ser adotada desse exemplo.

Difusão das tensões residuais transversais

As tensões transversais surgem principalmente devido à contração na direção transversal, a contração na direção longitudinal e ocasionalmente devido aos ciclos de resfriamento que ocorrem na superfície e no interior do material do metal de solda, incluindo a zona termicamente afetada e também o processo de transformação do próprio metal.

Após a soldagem de um cordão de solda na superfície de uma chapa plana, aparecem altas tensões residuais resultando em uma deformação dessa chapa.

Difusão das tensões nas soldas de topo

As figuras abaixo mostram as tensões residuais em uma solda de topo, realizada de uma extremidade a outra da chapa.

As outras quatro figuras mostram as tensões residuais na dependência de diferentes sequências de soldagem.

Difusão das tensões residuais em componentes fabricados com soldas em ângulo.

A primeira figura mostra as tensões residuais na direção longitudinal do metal base.

O valor do limite de escoamento convencional não é comparável com o valor do limite de escoamento testado do metal base, porque no caso das soldas em ângulo atuam as tensões longitudinais e transversais.

Formação de tensões residuais multiaxiais

Nos casos mencionados acima, as tensões residuais na direção da espessura não foram consideradas porque a influência da contração nessa direção em chapas com baixa espessura é muito pequena.

Entretanto, em materiais mais espessos (aproximadamente = 30 mm) ou chanfros espessos das soldas (ângulo), também ocorrem tensões na direção da espessura que aumentam rapidamente e podem influenciar no limite de escoamento do material.

Essas tensões residuais adicionais resultam em um estado de tensão triaxial com aumento do risco de surgimento de trincas e principalmente de fratura frágil.

Comportamento do material sob o estado de tensão triaxial

Se aparecer um estado de tensão triaxial no material:

• O limite de escoamento do material aumenta até o triplo do valor normal do limite de escoamento convencional.

• A ductilidade (reservas de deformação plástica) diminui consideravelmente.

• O alongamento diminui até valores mínimos.
• Aumenta a tendência de surgimento de trincas.

Para verificar essas suposições, foram realizados testes de tração alguns anos atrás em peças com diferentes tipos de entalhes baseados nos estudos de Ludwick.

Os resultados foram registrados no diagrama tensão-deformação, como mostrado abaixo:

Durante o ensaio de tração da peça de teste “a”, foi observado que o material pôde se contrair sem obstrução e que ocorreu um estado uniaxial de tensão. O limite de escoamento medido é comparado com o limite de escoamento bem conhecido do aço tipo S275, de acordo com a EN 10025.

Na peça de teste “b”, até a peça de teste “f”, os entalhes tornaram-se mais agudos. Isso foi necessário para controlar a seção transversal à fratura durante o ensaio de tração. No caso da peça de teste “f”, este rompeu como se tivesse sido cortado por uma serra. 
Embora o estado de tensão uniaxial na direção radial e tangencial pareça irrelevante, resultou em um estado de tensão triaxial.

Esse teste mostrou que todo entalhe resulta em um ou mais estados de tensão. Mas em combinação com as soldas aparece um estado de tensão triaxial bem definido.

É muito importante perceber que “as trincas aparecem quando o material apresenta baixa ductilidade e as tensões residuais não agem. As tensões residuais não devem exceder o limite de resistência do material, e a falta de ductilidade resulta em trincas” (Conforme Prof. Erker 1953).

Por essas razões, fica claro que as imperfeições na solda, como é o caso de mordeduras, não são bem vindas.

Medição de tensões residuais nos componentes soldados
Geral

As tensões, como resultado de forças externas, podem ser calculadas de acordo com formulações da mecânica. As tensões residuais podem ser calculadas seguindo-se as formulações da termodinâmica com modelos teóricos. Entretanto, existe uma série de variáveis como:

• As tensões residuais do próprio material;

• A preparação da junta;

• O tipo de aço;

• A análise química;

• A não uniformidade do ciclo de aquecimento e de resfriamento durante a soldagem, causado pelo heat input durante a soldagem;

• Tratamento térmico de pré-aquecimento e pós-aquecimento;

• A velocidade de soldagem;

• As condições de restrição;

• As diferentes propriedades físicas e mecânicas dos metais.

Para comprovar essas fórmulas conhecidas e para incluir itens de segurança ao projeto, é necessário medir o tamanho das tensões residuais.  

Para a medição dessas tensões, dois métodos podem ser fundamentais:

Ensaios destrutivos.

Ensaios não destrutivos;


Ensaios não destrutivos

Existe apenas um método de medição não destrutiva que é usado para determinar o tamanho das tensões residuais no material.

Esse método é chamado de “método de medição de tensões na microestrutura por Raio X”. As tensões podem ser medidas da seguinte forma:

• Sobre uma área que está entre 0,1 mm e 1,0 mm;

• Até o máximo de 0,01 mm.

Se for necessário determinar as tensões em uma profundidade maior, o material precisará ser removido camada por camada.

Por essa razão é útil trabalhar com esse método somente sob as condições do laboratório.
Ensaios destrutivos

Todos os outros métodos conhecidos são métodos de medição de micro alongamento e são ensaios destrutivos.

Para realizar esses ensaios, a temperatura deve ser mantida absolutamente constante durante todo o tempo de usinagem e do processo de medição.

As tensões residuais são determinadas pela resiliência absorvida parcialmente ou totalmente removida pela própria peça.

Nos primeiros dois casos mencionados a parte removida deve ser grande suficiente e homogeneizar as tensões.

Medido a partir de deslocamentos, referência da gama de medição, primeiro o alongamento e em seguida as tensões podem ser calculadas pela Lei de Hooke.

A partir da medição de um estado de tensão biaxial é necessário para medir em no mínimo três direções diferentes. Medindo e calculando será mais fácil se a direção das principais tensões for conhecida. Para determinar esses itens, podem utilizar crackle lacquer

Os métodos mais usados são:

Método furo calibrado com medição de bolas (bolas viravam contatos de calibre de folga) ou

Método furo calibrado com fio medidor de deformação

Remoção de tensões residuais
Pré-aquecimento

Com ajuda do pré-aquecimento é possível reduzir o tamanho e a expansão das tensões residuais como também a deformação.

Pré-aquecimento resulta em

• Uma redução da entrada de calor e da zona termicamente afetada. Isto é muito importante para soldagem de metais com uma condutividade térmica alta, exemplo; como o alumínio ou cobre.
• Uma redução das tensões residuais de soldagem dos metais com uma ductilidade muito baixa, Ex: aços fundidos.

Além disso, o pré-aquecimento deve ser utilizado para atingir os seguintes resultados:

• A velocidade de resfriamento pode ser reduzida, e evitar o aumento da dureza.

Uma microestrutura com dureza de graus leves ≤ 350 HV para um aço carbono normal pode ser alcançado.

Isto é muito importante durante:

• O ponteamento e soldagem de passe de raiz, especialmente em estruturas de parede grossa e materiais parecidos que tendem a um aumento de dureza.

• Soldagem em condições de tempo frio (clima).

• A difusão do hidrogênio, que está contido no metal de solda, pode aumentar e trincas por hidrogênio podem ser evitadas.

• Para evitar picos de tensões, especialmente por membros de paredes espessas.

É recomendado fazer um extensivo pré-aquecimento em ambos os lados da junta. O valor da temperatura de pré-aquecimento deve ser dependente de:

• Uma análise química (carbono equivalente);

• A quantidade de entrada de calor;

• O tipo de dissipação de calor;

• A espessura do material;

O tipo de solda.

Alívio de tensão pós-soldagem

Um alívio de tensão pós-solda é a melhor maneira para reduzir as tensões residuais, que podem ser causadas por soldagem em materiais laminados a quente e endireitados.

Efetuando esse tipo de tratamento, é necessário um desaquecimento lento e uniforme, para que o processo de resfriamento, garanta que se evite maiores tensões, as quais podem resultar em trincas.

Durante o alívio de tensões de pós-solda, o módulo de elasticidade diminuíra fortemente em áreas com:

• Tensões internas resistentes à tração originadas por endireitamento;
• Tensão de compressão pela acomodação.

Para atingir um baixo estado de tensões depois do resfriamento, será necessário que durante o processo térmico, a resistência decresça mais do que o módulo de elasticidade, podendo a deformação plástica aparecer no lugar.

Durante o processo de recozimento as deformações e redistribuições são quase concluídas, e um relaxamento de tensões, causadas por fluência, ocorre.

Para aço carbono normal a melhor temperatura de recozimento é entre 580°C e 680°C.

Estes tipos de variações de alívio de tensões pós-solda são conhecidos como:

• Alívio de tensão total
• Alívio de tensão local

Alívio de tensão por chama

Alívio de tensão total

A melhor maneira para reduzir as tensões residuais é um alívio de tensão pós-soldagem de um membro soldado inteiro.

A tensão residual, que pode chegar ao limite de escoamento ou valores mais elevados, pode reduzir para 15% do valor inicial máximo.

Tensões remanescentes em uma gama entre 50 até 100 N/mm² não são perigosos para uma construção soldada.

É estritamente necessário que durante todo o processo de recozimento o tempo e a faixas de temperatura devam ser documentados por um diagrama de recozimento.

Alívio de tensão local

Alívio de tensão pós-soldagem local, pode ser usado se;

• A estrutura soldada for grande para um forno de recozimento;
• O transporte para tal forno não for possível;
• Ou se for por tempo de consumo, o alivio de tensões pós-solda, for para toda a estrutura;

A realização desse alívio de tensão localizada tem o mesmo efeito de uma solda feita em todo o conjunto.

Para converter a ideia de um extensivo recozimento, em prática é necessário que;

• A zona de recozimento ao lado da solda seja tão ampla quanto possível e
• Que exista uma temperatura uniforme;

Por essas razões, encontraremos muitas normas com diferentes fórmulas para calcular a largura para recozimento. Muitas vezes essas fórmulas estão trabalhando de acordo do raio de um tubo R e para espessura da parede t.

Uma dessas fórmulas recomendadas é:

Partindo desses pressupostos, é possível que para deslocar essa região de tensão interna, que aparecem no passe de raiz, na área de temperatura ao lado da solda. Uma difusão mais uniforme das tenções pode ocorrer.

Alívio de tensão pós-solda local, é utilizado várias vezes com muito sucesso, durante a fabricação de vasos de pressão e todos os tipos de construção de oleodutos, especialmente oleodutos sob pressão.

Nesse caso, muitas das soldas de uma estrutura completa, sofrem esse tipo de alívio de tensões, porque a estrutura é simetricamente aquecida e resfriada para evitar enormes tensões internas de resfriamento.

As tensões residuais não podem reduzir para 15% de máximo valor inicial e os valores máximos possíveis, que podem alcançar, são dependentes de:

• Do tipo da estrutura
• Do material base
• Dos parâmetros do processo

Então é necessário que, para efetuar uma qualificação dos procedimentos de soldagem, seja incluído o recozimento, antes de iniciar o recozimento da estrutura original.

Também aqui é estritamente necessário que em todo o tempo a faixa de temperatura seja documentada no diagrama de recozimento.

Alívio de tensão por chama

O alívio de tensões por chama foi implementado em 1950 nos campos da construção naval e na construção de grandes reservatórios.

Especialmente as altas tensões residuais longitudinais podem ser reduzidas nesse processo, agindo conforme se segue:

Duas tochas duplas de gás, que são dispostos em ambos os lados da solda, será movida na direção paralela à solda. As áreas ao lado da solda serão aquecidas para uma temperatura entre 150°C e 200°C, entretanto a área da solda atinge uma temperatura entre 50°C e 100°C.

Dois bicos de pulverização de água seguem as múltiplas tochas de gás em uma curta distância.

Com a combinação de múltiplas tochas de gás e bicos de água pulverizada uma área geral cercada de calor será produzida.

Nessa área aparece uma expansão e resulta em tensão interna longitudinal e adicionalmente a tensão de compressão. O limite de escoamento será excedido e uma deformação plástica ocorre. A redução das tensões residuais na superfície lateral, onde o alívio de tensões em chama foi realizado, é muito bom, mas os resultados no lado de trás são considerados piores.

Para alcançar bons resultados é necessário realizar um procedimento de qualificação de ensaio para todos os casos. Os resultados deste teste devem ser controlados através de medições da tensão residual.

Alívio de Tensão Mecânico

São vários os tipos de remoção mecânica de tensões existentes, como por exemplo:

• Martelamento da solda
• Deformação a frio de toda a estrutura

Remoção por vibração

Martelamento da solda

O martelamento da solda deve ser realizado somente em metais de solda com boa ductilidade. Cada cordão será martelado após resfriamento e na direção da soldagem.

Com esse processo a solda cederá e uma deformação plástica irá aparecer. Tensões residuais internas serão reduzidas.

Martelamento de metais de solda com baixa ductilidade ou na zona afetada pelo calor desses metais de base podem resultar em trincas. Para esses materiais um pré-aquecimento antes do começo do martelamento é recomendado.

Deformação a frio de toda a estrutura

Esse tipo de eliminação de tensão pode ser usado completamente em estruturas soldadas e funciona segundo o seguinte princípio:

A existência de tensão residual será sobreposta com tensão adicional, a qual resultante de forças exteriores.

Em locais com alta tensão residual e onde as tensões adicionais insistem em agir na mesma direção da tensão de cisalhamento, será alcançado mais cedo como sem tensões residuais. O material será deformado e um estado plástico-elástico aparecerá. Com um aumento de outras forças, áreas de escoamento também irão aumentar.

Após remover outras forças as tensões residuais são geralmente reduzidas para o valor de:

Redução de tensões residuais = Limite de escoamento menor causado por outras forcas

Para a realização desse processo leva-se em conta os seguintes pontos:

• Ductilidade do material incluindo o escoamento e qualidade de deformação
• Influência de entalhes incluindo imperfeições na solda
• Testes não-destrutivos antes e depois do teste
• Espessura das paredes dos membros
• Temperatura durante os testes
• Velocidade de aplicação da carga
• Medição das deformações aparecendo durante o teste

Esse tipo de remoção de tensões residuais é apenas permitido para uso, depois de acordado, previamente, com a equipe.


Alívio de tensões por vibração

Para estruturas completamente soldadas esse tipo de alívio de tensões não é usado, porque os seguintes pressupostos devem ser alcançados:

• O mínimo valor de tensão de amplitude pode somente ser alcançado por vibração, com a frequência de ressonância da estrutura.
• É necessário vibrar com várias frequências, porque a tensão de amplitude necessária pode somente ser produzido em uma área local.
• Grandes tensões de amplitude durante menores alternâncias de carga, resultam em pequeno tempo de vibração, para que o problema de resistência à fadiga possa reduzir a um mínimo.

Isto é importante, porque é impossível, até agora, para se tornar precisas as previsões da quantidade de tensão de amplitude na estrutura. E uma verificação com medidor de tensão é uma produção cara.

O modo do alívio de tensões é somente usado para estruturas fáceis, para dar-lhes uma melhor estabilidade dimensional.

Tipos de deformação

Distorção, que pode se dividir em quatro diferentes tipos, é causado pelos efeitos do pré-aquecimento e resfriamento e envolve também a rigidez e flexibilidade da estrutura.

Deformação Longitudinal

A tensão residual, na direção longitudinal da solda, pode contrair a estrutura. Se a:

A posição do centro de gravidade, das soldas, está identicamente na mesma posição do eixo neutro, então as deformações podem aparecer.

Para que o efeito de qualquer fonte de calor em movimento seja o mesmo, o total de contração, por filete e solda de topo, são os mesmos.
Para a fabricação dos seguintes valores de referência podem se utilizar (de acordo com Malesius)

Flexão e Empenamento

Flexão é um típico tipo de deformação que se a posição do centro de gravidade da solda é diferente do centro de gravidade do componente, este não é muito rígido.

Conflito de almas são típicas em construções de paredes finas, exemplo chapas da alma de viga armada. Se o conflito de almas aparecer é muito difícil para removê-la completamente.

Quando a contração longitudinal não pode ser evitada, é recomendado para soldar as juntas com pequenas gotas se possível

Deformação Transversal

A extensão da contração transversal, acontecerá pelo volume de solda e na largura da ZAC.

Nos tipos de solda por filete e solda de topo, o total de contração é bem diferente.

Para solda de filete a extensão do encolhimento transversal é menor do que para solda de topo, porque na área de flange será somente parcialmente derretida na proporção para sua espessura.

Com um aumento da espessura do flange a ZAC diminui e o encolhimento transversal reduzirá.

Em dependência do processo de solda, largura e espessura da solda e heat input seguindo os valores de referência podem ser usadas (ensaios efetuados por Malesius no tipo de aço S235):

Deformação Angular

Deformação angular aparece na base da contração transversal na área da face lateral,

por isso é um caso especial de contração transversal e é influenciado decisivamente pela:

• Largura de solda
• Espessura da face da camada
• Número de camadas e esferas, que será estabelecido em cima uns dos outros.

Os seguintes valores padronizados podem ser usados para estimar o possível ângulo de contração (todos os testes efetuados por Malesius que não conteve peças de testes do aço tipo S235):

Ângulo de contração de solda de topo

Esse texto foi traduzido por alunos da fatec-sp
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