Controle de Deformações
A deformação é um dos mais sérios problemas a ser enfrentado na fabricação de estruturas e equipamentos soldados.
ANALOGIA DA BARRA AQUECIDA
À medida que a barra é uniformemente aquecida ela se expande em todas as direções. Quando o metal resfriar, a temperatura ambiente, ela terá se contraído uniformemente para retomar às suas dimensões originais.
Mas se a barra tiver sua movimentação restringida enquanto for aquecida, a expansão lateral não poderá ocorrer. Entretanto, a expansão em volume tem que ocorrer, logo a barra se expandirá em maior quantidade na direção vertical.
Concluímos que durante o aquecimento, a dilatação ocorreu somente para onde havia liberdade.
À medida que a barra deformada retorna a temperatura ambiente, ela tenderá a se contrair uniformemente em todas as direções. A barra será agora mais fina e apresentará maior largura, ou seja: ela sofreu deformação permanente.
CAUSAS DA DEFORMAÇÃO
A principal causa da deformação é o aquecimento não uniforme junta soldada pelo arco ou chama.
Com o aumento da temperatura, o limite de escoamento, o módulo de elasticidade e a condutividade térmica do aço decrescem e o coeficiente de dilatação térmica aumenta.
Fatores que influenciam na deformação:
à Energia de soldagem – se o metal ao redor da poça restringe, isto é, dificulta ao metal de base aquecido de se contrair novamente, tensões internas se desenvolvem.
Quanto menor a energia de soldagem, menor será a quantidade do metal de base adjacente à solda aquecida e cinsequentemente menor será a deformação.
Caso o pré-aquecimento seja aplicado incorretamente a deformação pode aumentar.
à Grau de restrição – estando a deformação impedida ou dificultada pelo uso de acessórios, o nível de tensões internas aumenta e no caso de grandes espessuras o surgimento de trincas pode ser inevitável.
Quanto maior o grau de restrição, maior o nível de tensões internas, menor a possibilidade de deformação, porém muito maior a possibilidade de aparecimento de trincas.
à Tensões internas – estão geralmente presentes nos componentes de uma estrutura mesmo antes de sua fabricação e são causadas por vários processos como laminação, dobramento, corte, conformação e oxicorte.
Muitas vezes estas tensões se opõem a deformação causada pela soldagem e assim reduzem a deformação resultante, outras vezes elas se somam.
à Propriedades dos materiais – quanto maior o valor do coeficiente de dilatação maior será a tendência a deformação durante a soldagem.
Condutividade térmica é a medida da capacidade do calor escoar através de um material.
Quanto maior a tensão de escoamento na área da solda, maiores as tensões residuais que podem agir para deformar a peça.
Para minimizar o empenamento, os metais devem ser soldados e então submetidos a tratamento térmico de alívio de tensões, quando possível. O módulo de elasticidade é a medida da rigidez de um material. Com altos módulos de elasticidade é mais provável se resistir a deformações.
Para as mesmas condições de soldagem o aço inoxidável vai se deformar mais que o aço carbono.
TIPOS DE DEFORMAÇÕES
à Contração transversal – trata-se de uma redução de dimensão perpendicular ao eixo do cordão de solda. Quanto maior a seção transversal da zona fundida, maior a contração.
Ela é influenciada pelos seguintes fatores: diminui com o aumento do grau de restrição das peças durante a soldagem e resfriamento, aumenta com a extensão da curva de repartição térmica e diminui com o martelamento da solda.
A contração transversal é desprezível para a solda em ângulo.
à Contração longitudinal – é a redução do comprimento do cordão de solda, depende da relação entre a seção transversal da zona fundida e a seção restante da peça.
A contração longitudinal está sujeita aos mesmos fatores de influência que a contração transversal.
à Deformação angular – a principal razão da deformação angular é a disposição irregular da zona plastificada em relação a linha neutra da peça.
à Empenamento – é o resultado da flambagem da peça, provocada pela contração longitudinal do cordão de solda. Ocorre freqüentemente na soldagem de chapas finas e perfis leves.
PREVENÇÃO E CONTROLE DA DEFORMAÇÃO
à Evitar soldagem excessiva – reduzir o mínimo a quantidade de metal depositado numa junta, pois quanto maior a quantidade de metal depositado numa junta maior será a força de contração. Em chapas relativamente espessas o ângulo do chanfro pode ser diminuído se o espaçamento da raiz for aumentada ou se o chanfro J ou V for usado.
à Usar chanfros duplos – uma junta em X requer cerca de metade da quantidade de metal depositado da necessária para a junta com chanfro em V numa chapa de mesma espessura. Além disso, a solda em ambos os lados possibilita o equilíbrio dos esforços de contração.
à Usar soldas intermitentes – sempre que possível usar soldas intermitentes ao invés de solda contínua.
à Menor número possível de passes – usar sempre que possível poucos passes. Do ponto de vista de aquecimento da peça é preferível usar poucos eletrodos de grande diâmetro a muitos eletrodos de pequeno diâmetro; quanto a contração transversal puder ser um problema.
à Posicionar as soldas próximas à linha neutra – a deformação é minimizada quando se tem o menor braço de alavanca possível para as forças de contração puxarem o perfil fora do seu alinhamento.
à Balancear as soldas em torno da linha neutra – compensa uma força de contração com uma força para efetivamente minimizar a deformação da soldagem.
à Utilizar a soldagem com passe a ré – com os cordões sucessivos, as chapas se expandem cada vez menos devido a restrição das soldas anteriores. A soldagem com passe a ré pode não ser efetiva em todas as aplicações, e ela pode não ser econômica quanto usada em soldagem automática.
à Utilizar a pré-deformação e a disposição dorso a dorso – colocar as partes a serem soldadas fora de posição pode fazer com que a contração trabalhe de maneira construtiva.
à Gabaritos e dispositivos auxiliares de fixação e montagem – os dispositivos auxiliares de fixação e montagem não devem ser removidos por impacto e a área da solda provisória não deve apresentar mordedura, poro, trinca, redução de espessura ou remoção incompleta.
à Planejar a seqüência de soldagem – a medida que o conjunto contrai num ponto, ele irá interagir com as forças de contração de soldas já executadas.
à Martelamento (peening) e tratamento térmico – o martelamento deforma o cordão de solda, aliviando assim (por deformação plástica) as tensões induzidas pela contração no metal frio. Porém, este método deve ser usado com muito cuidado. Por exemplo, o passe de raiz nunca deve ser martelado, por causa do perigo de nele se produzir uma trinca, que pode ficar oculta. Geralmente, o martelamento não é permitido no passe final, por causa da possibilidade dele encobrir uma trinca pelo fechamento desta e assim interferir com a inspeção, e também devido ao efeito indesejável do encruamento.
Outro método para remoção das forças de contração é pelo alívio de tensões (aquecimento controlado de um equipamento ou estrutura soldada a uma temperatura elevada, seguido por um resfriamento controlado).
à Minimizar o tempo de soldagem – o uso de eletrodos com revestimento de pó de ferro e os processos automáticos reduzem o tempo de soldagem, provocando menos deformação.
à Planejar a seqüência de montagem dos equipamentos e estruturas.
CORREÇÃO DE DEFORMAÇÕES
Nem sempre é possível controlar as deformações dentro de limites aceitáveis, especialmente quando nos deparamos com um novo produto, fabricado pela primeira vez. Normalmente é possível retificar a deformação por um dos métodos abaixo referidos:
à Ressoldar;
à Uso de pernas e martelos;
à Uso do aquecimento localizado - o uso do aquecimento localizado através de maçarico é muito difundido para corrigir deformações. Somente a experiência pode dizer o melhor método a ser aplicado a um caso particular.
Em todos os casos o maior perigo é a super-contração da área que esta sendo aquecida. A super-contração pode ser causada pelo aquecimento de uma área muito grande ou pelo aquecimento a uma temperatura muito alta. É aconselhável restringir a temperatura da área 600-650ºC.
O sucesso da técnica depende do estabelecimento de um grande diferencial de temperatura na peça entre o local que recebe a chama e a área circunvizinha. Para acelerar a operação e evitar que a área aquecida seja maior uma pistola atomizadora de água é algumas vezes usada para acelerar o resfriamento.
