unidade tematica 3: tensões residuais e deformação na soldadura

Fabricação e Qualidade IV-III -1

Tensões Residuais e Deformação na Soldadura

Índice Temático III

3 Tensões residuais e deformação na soldadura

3.1 Introdução

3.2 Factores de influência

3.3 Dados térmicos de materiais

3.4 Origem das tensões e deformações residuais

3.5 Amplitude das tensões de contracção longitudin al e transversal

3.6 Métodos para a medição de tensões residuais

3.7 Sequência da soldadura

3.8 Efeito das tensões residuais no comportamento d a estrutura em serviço

3.9 Métodos para reduzir tensões residuais e distor ções e relação entre introdução

de calor, tensões de compressão e de contracção

3.10 Correcção da deformação

3.11 Actividades / Avaliação



Tensões residuais e deformação na soldadura

Objectivos

No final deste módulo o formando deverá estar apto a:

• Identificar a influência dos ciclos térmicos de soldadura no estado de tensão das

juntas.

• Analisar os tipos de formação provocados pela ligação por soldadura por fusão.

• Aplicar os métodos para reduzir e corrigir os efeitos da ligação por soldadura por

fusão.

Temas

• Tensões residuais e deformação na soldadura

• Factores de influência

• Origem das tensões e deformações residuais

• Métodos para a medição de tensões residuais

• Efeito das tensões residuais no comportamento da estrutura em serviço

• Métodos para reduzir tensões residuais e distorções e relação entre introdução

de calor, tensões de compressão e de contracção

• Correcção da deformação

3 Tensões residuais e deformação na soldadura

3.1 Introdução

Pretende-se com este módulo estudar e compreender as tensões residuais e

deformações existentes nos vários processos de soldadura. Vai ser estudada a

origem das tensões residuais e das deformações, a sua quantificação, a sua

medição e métodos de controlo e correcção em peças soldadas.

3.2 Factores de influência

As tensões residuais são aquelas que subsistem num corpo após ter cessado a

aplicação de todas as forças ou acções exteriores. Como exemplo deste tipo de

tensões podem citar-se aquelas que ficam num corpo quando sujeito a uma

variação não uniforme de temperatura , como é o caso no ciclo térmico da



soldadura, que se designam vulgarmente por tensões térmicas.

As principais consequências das tensões residuais em soldadura são as

deformações durante a fabricação de construções soldadas, a possibilidade de falha

em serviço por ruptura frágil, fadiga ou corrosão sob tensão e a i nstabilidade

dimensional na maquinagem de peças soldadas .

As deformações são uma consequência, em maior ou menor grau, de qualquer

processo que envolva calor. Em soldadura, visto que as fontes de calor são

normalmente muito concentradas, vão aparecer gradientes térmicos muito grandes e

consequentemente estados de tensões residuais muito elevados . As tensões

residuais podem, em determinadas condições, diminuir a resistência à ruptura de

uma estrutura soldada.

Quando é necessário maquinar peças com tolerâncias dimensionais apertadas, a

existência de tensões residuais pode conduzir ao aparecimento de deformações nas

peças durante a maquinagem. Este facto ocorre porque a eliminação de

determinadas quantidades de material, provoca uma alteração na distribuição de

tensões residuais, conduzindo a uma deformação da peça.

Em certos casos será mais fácil, prático e económico aceitar a possibilidade de uma

correcção final do que tomar medidas para minimizar a deformação.

Por vezes é inaceitável a existência de estados de tensão residuais muito

elevados em construções soldadas, pois podem provocar um falhanço por ruptura

frágil, por fadiga , ou por corrosão sob tensão . Logo devem-se reduzir os estados

de tensão através de pré-aquecimento nas soldaduras , uso de sequências

adequadas de soldadura, tratamentos térmicos e mecânicos de construções

soldadas.

3.3 Dados térmicos de materiais O valor que as tensões residuais atingem, bem como a amplitude de deformação

que pode ocorrer numa construção soldada, dependem das características físicas

Temperatura

Gradientes térmicos elevados

Deformações

Tensões residuais

As contracções e deformações não podem ser evitadas numa soldadura, mas é possível reduzi-las a níveis aceitáveis ou qu e permitam uma fácil correcção .



dos materiais envolvidos. Na tabela 1 apresentam-se os valores das constantes

térmicas dos materiais mais utilizados em construção soldada. Como podemos ver,

por exemplo, o alumínio tem o ponto de fusão mais baixo do que os aços logo as

temperaturas envolvidas são mais baixas. O aço inoxidável austeníntico tem uma

condutividade térmica maior do que o aço carbono, logo requer uma entrega térmica

maior, para a realização de cordões de soldadura em condições idênticas .

Coeficiente Calor

Metal base

ou sua liga

Densidade

Ponto de

fusão ºC

Condutividade

térmica relativa

Cobre = 1

de expansão

linear x10-6

por grau

especifico

Calorias por

grama por ºC

Condutividade

eléctrica em %

cobre=100%

Alumínio e ligas 2.70 659 0.52 24.8 0.22 59.0

Bronze – alumínio 7.69 1040 0.15 29.9 0.014 12.8

Cobre (desoxidado) 8.89 1081 1.00 17.6 0.095 100

Ouro 19.3 1061 0.76 14.0 0.032 71.0

Inconel

72Ni16Cr8Fe

8.25 1425 0.04 11.5 0.109 1.5

Ferro forjado 7.50 1260 0.12 10.8 0.119 2.9

Chumbo 11.3 328 0.08 29.5 0.03 8.0

Magnésio 1.74 650 0.40 25.7 0.246 37.0

Monel 67Ni-30Cu 8.47 1318 0.07 14.0 0.127 3.6

Níquel 8.8 1452 0.16 13.3 0.105 23.0

Prata 10.5 962 1.07 19.1 0.056 106.0

Aço-baixa liga 7.85 1430 0.12 12.1 0.118 14.5

Aço- alto carbono 7.85 1374 0.17 12.1 0.118 9.5

Aço- baixo carbono 7.84 1483 0.17 12.1 0.118 14.5

Aço- médio

carbono

7.84 1430 0.17 12.1 0.118 15.0

Aço inox

austenítico

7.9 1395 0.12 17.3 0.117 3.0

Aço inox

martensítico

7.7 1430 0.17 17.1 0.118 3.0

Aço inox ferritico 7.7 1507 0.17 17.1 0.334 3.0

Titânio 4.5 1668 0.04 7.2 0.113 1.1

Tungsténio 18.8 3420 0.42 4.5 0.034 31.0

Zinco 7.13 419 0.27 39.8 0.093 30.0

4.3.4 Origem das tensões e deformações residuais

O diagrama da figura 1 mostra como surgem as tensões residuais de origem Tensões residuais

As tensões residuais subsistem na peça após ter ces sado aplicação de todas as forças exteriores .

Tabela 1 – Propriedades físicas dos materias



térmica num sistema de três barras, de comprimento e secções iguais, ligadas a

dois blocos fixos e que foram aquecidos diferentemente, o que se pode considerar

como uma analogia ao que se passa na soldadura, onde não há variação uniforme

de temperatura .

Fig. 1 – Diagrama de tensões residuais num sistema de três barras

A barra central foi aquecida até aos 600º C e depois arrefeceu até à temperatura

ambiente. Como as duas barras laterais se opõem à deformação da barra central, a

tensão em cada uma das barras laterais será sempre de sinal contrário e metade,

em valor absoluto, da tensão da barra central. Quando se aquece a barra central,

esta fica em compressão, porque a sua dilatação é constrangida pelas outras barras.

À medida que sobe a temperatura, a tensão de compressão vai aumentando

segundo a linha AB. A tensão limite de elasticidade de compressão é atingida a uma

temperatura de aproximadamente de 180º C, a qual está representada pelo ponto B.

Para além deste ponto, à medida que a temperatura vai aumentando, a tensão de

compressão da barra vai diminuindo, pois está limitada à tensão limite de

elasticidade, a qual vai descendo com o aumento de temperatura (linha BC), ficando

Simulação da forma de

ocorrência de tensões residuais



a barra central com um comprimento inferior àquele com que ficaria se tivesse

dilatado livremente. Durante o arrefecimento, a tensão de compressão baixa

rapidamente, passando a existir tensões de tracção na barra central, e em breve

esta tensão atinge o valor da tensão limite de elasticidade de tracção (ponto D).

À medida que a temperatura continua a baixar, a tensão de tracção na barra central

continua a aumentar, isto porque a tensão limite de elasticidade vai também

aumentar com a diminuição de temperatura (linha DE). Logo, após este ciclo de

aquecimento e arrefecimento a barra central vai fic ar sujeita a uma tensão

residual de tracção da ordem da tensão limite de el asticidade, à temperatura

ambiente, do material em que é feita, ficando as du as barras laterais em

compressão.

A figura 2 mostra esquematicamente as variações de temperatura e de tensões

durante a soldadura executada sobre uma chapa , em que a fonte de calor se

desloca com uma velocidade V e que se encontra localizada na origem de um

referencial móvel XY. A figura 2.b representa a distribuição de tempera turas ao

longo das várias secções transversais. Na secção AA, à frente do banho de fusão, a

variação de temperatura ???T de temperatura devida à soldadura é praticamente

nula. Na secção BB, que intersecta o banho de fusão, a distribuição de temperaturas

apresenta um gradiente muito elevado. Na secção CC, já a alguma distância do

banho de fusão, os gradientes de temperatura são muito menos acentuados. Na

secção DD a situação é análoga à secção AA.

A figura 2.c representa as distribuições de tensõe s (σx) ao longo das secções

atrás referidas na direcção do eixo dos XX. As tensões (σy) e (σxy) também existem

num campo bidimensional, embora neste caso não estejam representadas. Na

secção AA as tensões térmicas são praticamente nulas. O andamento das tensões

na secção BB mostra tensões de compressão na zona aquecida, devido a esta zona

não se poder dilatar livremente, pois está constrangida pelas zonas adjacentes mais

frias, nas quais irão surgir tensões de tracção.

As tensões de compressão na zona de metal fundido reduzem-se praticamente a

zero, devido ao facto de, estando a zona no estado líquido, não ser capaz de

suportar tensões. Na secção CC, o metal fundido e as zonas imediatamente

adjacentes ao arrefecerem começam a contrair, surgindo então tensões de tracção

nessa zona e tensões de compressão nas zonas mais afastadas da soldadura. Na

secção DD aparece uma distribuição de tensões semelhantes à da secção CC mas

com valores mais elevados, atingindo-se na zona da soldadura tensões de tracção

de ordem do limite elástico.

Variações de temperatura



Fig. 2 – Variações de temperatura e tensões na zona soldada

As distribuições típicas de tensões residuais longitud inais e transversais numa

soldadura topo a topo estão representadas na figura 3 Esta figura mostra a

distribuição das tensões residuais longitudinais (σx) caracterizada por tensões de

tracção muito elevadas, da ordem da tensão limite de elasticidade do material, na

zona da soldadura e por tensões de compressão na restante secção transversal.

Distribuicão de tensões

As tensões residuais em soldadura podem ser

divididas em :

- Tensões residuais que surgem na soldadura de peça s

isoladas (livres).

- Tensões de reacção que são provocadas pela existê ncia

de constrangimentos externos às peças soldadas.

- Tensões estruturais, provenientes da transformaçõ es de

fases, da orientação dos cristais, etc., e que exis tem em

volumes infinitamente pequenos.



Fig. 3 – Distribuição de tensões residuais longitudinais e transversais numa

soldadura topo a topo.

A distribuição das tensões residuais transversais , (σy), ao longo do comprimento

da soldadura, está representada pela figura 3.c, a qual mostra tensões de tracção de

intensidade relativamente baixa na zona central e tensões de compressão junto aos

extremos da soldadura. Se existem constrangimentos externos que se oponham à

contracção transversal da junta soldada, surgem tensões de reacção de tracção cuja

distribuição ao longo da junta é praticamente uniforme (curva 2 da figura 3.c). Os

constrangimentos externos têm muito pouca influência na distribuição de tensões

residuais longitudinais .

Para espessuras superiores a 25-30 mm, tensões residuais (σz), com a direcção da

espessura, podem começar a tomar valores significativos.

Constrangimentos



3.5 Amplitude das tensões de contracção longitudin al e transversal

As principais consequências das tensões residuais em soldadura são as

deformações durante a fabricação de construção soldada. As deformações são

uma consequência de todas as construções soldadas visto envolverem a utilização

de calor . Este problema resulta do facto de

as fontes de calor usadas nos processos serem muito concentradas, dando origem a

gradientes térmicos muito grandes e como consequência tensões residuais

muito elevadas . As deformações em construção soldada podem dos seguintes

tipos (ver figura 4).

Contracção transversal , Ct, que ocorre perpendicularmente à direcção de

soldadura, devido a tensões transversais.

Contracção longitudinal , Cl, que ocorre paralelamente à direcção de

soldadura, devido a tensões longitudinais.

Rotação angular , que consiste numa rotação relativa das peças a soldar em

torno da soldadura, devido à não uniformidade de tensões e contracções

transversais ao longo da espessura.

Na discussão destes três tipos de alterações dimensionais, o estudo é qualitativo

sendo que deve ser utilizado como orientação.

Fig. 4- Alterações dimensionais das peças. Contracção transversal Contracção longitudinal Rotação angular



Para o caso de contracção transversal C t , em soldadura topo a topo não

se pode considerar que a contracção transversal é u niforme em toda a

soldadura , devido à deformação rotacional (figura. 5), a qual depende da entrega

térmica e da velocidade da soldadura, dos constrangimentos externos, do

pingamento da junta soldada, etc.

Figura 5 – Deformação rotacional

A equação 1 permite-nos calcular de uma forma simples e em primeira

aproximação o valor da contracção transversal numa soldadura topo a topo de

chapas com espessuras superiores a 6 mm.

Ct = contracção transversal (mm)

As = área da secção transversal da soldadura (mm2)

e = espessura da chapa (mm)

f = folga na raiz do chanfro (mm)

A tabela 2 mostra a influência dos diversos parâmetros no valor da contracção

transversal em soldaduras topo a topo.

A contracção transversal em soldaduras de canto (figura 6) é muito menos

intensa do que as soldaduras topo a topo e pode ser calculada aproximadamente

pela seguinte fórmula:

Ctc = contracção transversal em

f05,0eAs

2,0Ct += (1)

ec

Ctc = (2)

Figura 6 - Soldadura de canto



soldadura de canto.

c = dimensão do cateto das soldaduras de canto (mm).

e = espessura da chapa (mm).

Parâmetros Efeitos

-Folga na raíz (f). -Aumento acentuado de Ct com aumento da

folga na raíz (f).

-Area da secção

transversal (As).

-Aumento acentuado de Ct com aumento da

area da secção transversal (As).

-Diâmetro dos

electrodos.

-Diminuição de Ct com o aumento do diâmetro

dos electrodos usados na soldadura.

-Constrangimento. -Diminuição de Ct e aumento do nível de

tensões residuais com o aumento dos

constrangimentos externos.

-Martelagem. -Diminuição ligeira de Ct com a execução de

martelagem da soldadura.

-Pré-aquecimento. -Diminuição ligeira de Ct em soldaduras

executados com pré-aquecimento.

-Burilamento da raíz do

chanfro.

-Aumento ligeiro de Ct em soldaduras com a

raiz burilada devido ao aumento global de

metal fundido

Tabela 2- Influência dos parâmetros de soldadura no valor da contracção

transversal.

No caso de soldadura de canto interrompida deve-se corrigir a fórmula 2 com um

factor igual à razão entre o comprimento total dos cordões interrompidos e o

comprimento total da junta.

O cálculo da contracção longitudinal C l numa soldadura topo a topo ou de

canto pode ser feito pela fórmula 3

Cl = contracção longitudinal unitária (mm/m)

As = área da secção transversal da soldadura (mm2)

Ap = área da secção transversal das peças soldadas (mm2)

Quando Ap>20xAs é preferível utilizar o diagrama da figura 7.

ApAs

Cl = (3)



Fig. 7 – Contracção longitudinal em soldaduras topo a topo e de canto

Em peças soldadas surge muitas vezes uma flexão longitudinal como

consequência da resultante das forças de contracção longitudinal es tar aplicada

a uma certa distância, d, do eixo neutro das peças soldadas . O valor da flecha

da flexão longitudinal depende do momento de flexão devido às forças de

contracção longitudinal e do momento de inércia do conjunto soldado. A

distribuição das tensões longitudinais num conjunto soldado (figura 3.b) mostra

que a uma distância da soldadura vão surgir tensões de compressão , as quais no

caso da chapa fina podem provocar o encurvamento ou flambagem do conjunto

soldado .

A rotação angular resulta fundamentalmente da contr acção do material

depositado . Como normalmente os bordos das juntas a soldar não são paralelos, a

contracção transversal ao longo da espessura do cor dão de soldadura não é

uniforme , o que vai provocar uma rotação relativa das peças em torno da

soldadura (figura 8).

Fig. 8 – Rotação angular.

Estas contracções e deformações podem existir mas ao definir um procedimento de

soldadura deve-se tentar que este provoque a menor amplitude de deformação

flexão longitudinal

rotação relativa das peças



possível. Após a realização do cordão de soldadura há a hipótese de implementar

algumas medidas de correcção, caso a deformação ocorrida seja superior à

admissível.

3.6 Métodos para a medição de tensões residuais

Há muitas técnicas para medir tensões residuais nos metais . Uma classificação

possível engloba três grupos principais : (1) medição de relaxação de tensões,

(2) difracção de raios-x e (3) observação de fissu ração , induzida ou não

induzida. A primeira técnica, de relaxação de tensões , tem uma grande

desvantagem uma vez que é necessário destruir total ou parcialmente a amostra,

porém esta técnica é muito usada visto poder-se extrair destes ensaios uma grande

quantidade de dados fiáveis . No grupo (1) existem dois subgrupos. No primeiro

subgrupo as tensões residuais são determinadas pela medição da extensão

elástica do material usando extensometria mecânica e eléctrica. Esta medição é

efectuada quando o material é relaxado através de um corte na amostra. Existe uma

variedade de técnicas neste grupo que se podem aplicar conforme a forma da

amostra, algumas técnicas aplicam-se sobretudo para pratos e placas, enquanto

outras se aplicam a cilindros e outras ainda a sólidos tridimensionais. No grupo (1)

existe um segundo sub-grupo de técnicas de medição, onde se utiliza um sistema

de rede, ou um revestimento frágil ou revestimentos fotoeléctricos , em vez da

extensometria.

As extensões elásticas nos metais podem também ser medidas por técnicas de

difracção de raios-x (grupo 2 ). Como é possível saber os parâmetros da

estrutura atómica dos metais , através desta técnica não destrutiva , podemos

quantificar as extensões elásticas do metal em estudo. Existem duas variantes, o

filme de raios-x e a difracção de raios-x . Em qualquer dos casos é necessário

muito tempo para apresentar medições, e estas não são muito precisas. De notar

que os materiais que sofreram tratamentos térmicos têm a s ua estrutura

molecular distorcida, não apresentando esta técnica dados fiáveis .

Existem técnicas de observação de fissuração da amo stra (grupo 3) . As fendas

podem ser induzidas por hidrogénio ou por corrosão sob tensão. Estas técnicas são

usadas para estudar tensões residuais em estruturas complexas com distribuições

de tensões residuais complicadas. Esta técnica tem a desvantagem de não se

apresentarem dados quantitativos, mas apenas qualit ativos .

relaxação de tensões

Difracção de raios-x

Fissuração



3.7 Sequência da soldadura

Quando se solda uma junta topo a topo muito longa, podemos usar várias

sequências de soldadura para tentar reduzir as tensões residuais e a deformação. A

selecção da sequência correcta é importante , especialmente em juntas com

constrangimentos , como é caso de reparações .

Os efeitos da sequência da soldadura nas tensões residuais são resumidamente:

* A sequência de soldadura tem um pequeno efeito nas tensões residuais ao

longo da soldadura. Porém as tensões longitudinais poderão ser relativamente altas.

* Diferentes sequências de soldadura podem originar diferenças

consideráveis na deformação transversal, na energia elástica total armazenada nas

juntas constrangidas, e nas tensões de reacção nos pratos interiores de soldaduras

circulares.

As diferentes sequências de soldadura indicam-nos que pode haver diferenças nas

tensões residuais dependendo da sequência, logo é possível um controlo ou um

método para reduzir tensões e deformações através da selecção de sequências da

soldadura adequadas. Este assunto será abordado com mais detalhe no sub-

capitulo 4.3.9..

4.3.8 Efeito das tensões residuais no comportamento da estrutura em

serviço

reparações

As tensões residuais podem diminuir a resistência à ruptura em determinadas condições, podendo esta diminuição pod e ser elevada .



Figura 9 - distribuição de tensões residuais numa soldadura topo a topo quando

sujeitas a forças diferentes

Quando sujeita a um estado de tensão de tracção a alteração das

tensões residuais pode-se verificar analisando três casos de carregamento com

F1<F2<F3. A figura 9.a representa a distribuição de tensões residuais numa

soldadura topo a topo. As figuras 9.b,c,d mostram a distribuição das tensões

nessa mesma soldadura quando sujeita a forças longitudinais de tracção F1 < F2 <

F3, que introduzem na peça um estado uniforme de tensões de tracção σ1 < σ2 < σ3.

Quanto mais alta for a tensão introduzida, mais uniformes vão ser as distribuições de

tensão, pois as zonas mais perto da soldadura vão entrar em distribuição plástica.

Simulação dos efeitos das tensões residuais no comportamento de estruturas soldadas



No caso da aplicação da força F3, toda a peça entra em deformação plástica sendo

a distribuição de tensões uniforme e de valor igual a se. Quando cessa a aplicação

das forças, as distribuições de tensões residuais passam a ser representadas

pelas figuras 9.e,f,g , sendo evidente que o nível de tensões residuais é tanto

mais baixo e tanto mais uniforme quanto mais elevad o tiver sido o estado de

tensões resultantes das forças aplicadas .

Da alteração das tensões residuais numa soldadura sujeita a um estado de tensão

de tracção conclui-se que á medida que crescem as tensões aplicadas, as

tensões residuais diminuem . O efeito das tensões residuais é desprezável no

comportamento de estruturas soldadas sujeitas a estados de tracção.

Devido à existência de tensões residuais elevadas, a ruptura frágil de

estruturas soldadas, pode ocorrer mesmo quando suje itas a estados de tensão

de tracção de valor inferior à tensão limite de el asticidade do material . A

existência de um estado de tensões elevadas na peça soldada pode pro vocar a

ruptura frágil da peça , devido à propagação de pequenos defeitos existentes na

peça, os quais na ausência dessas tensões residuais elevadas não afectariam a

resistência à ruptura da peça.

As falhas no comportamento de construções soldadas sujeitas a cargas axiais

de compressão, de flexão e torção, podem ocorrer devido à existência de tensões

residuais de compressão, as quais adicionadas às tensões resultantes da aplicação

de forças exteriores podem provocar a instabilidade por flambagem de peças .

É bastante reduzida a influência das tensões residuais na ruptura por fadiga

de construções soldadas, já que por um lado a existência de tensões residuais de

compressão na superfície das peças pode ser favorável, e por outro lado o efeito

desfavorável das tensões residuais de tracção é reduzido, pois estas tensões

tendem a diminuir com a aplicação cíclica de forças de tracção.

A corrosão sob tensão é um tipo de ruptura frágil que ocorre em certos tipos

de materiais sujeitos a estados de tensão de tracçã o, quando expostos a

determinados meios ambiente . Em peças soldadas, mesmo sem a existência de

tensões de tracção provenientes da aplicação de forças exteriores, a corrosão sob

tensão pode acontecer quando as peças estiverem em determinados meios

ambiente, devido às tensões residuais de tracção provocadas pela soldadura.

4.3.9 Métodos para reduzir tensões residuais e dist orções e relação entre

introdução de calor, tensões de compressão e de con tracção

Para desenvolver um método eficaz para reduzir tensões residuais e a deformação

é essencial compreender como as tensões residuais e a deformação ocorrem e

como o projecto e os procedimentos de soldadura seleccionados as podem

ruptura frágil

instabilidade

corrosão sob tensão

fadiga



influenciar.

Os efeitos das tensões residuais no comportamento em serviço das estruturas

soldadas variam, dependendo de um variado numero de condições. Por norma é

necessário reduzir ao mínimo as tensões residuais, particularmente nas

espessuras finas .

Como as tensões residuais e deformação são causadas por extensões de

origem térmica originadas durante o processo de soldadura, a redução em volume

de metal depositado usualmente origina tensões residuais e deformação mais

pequenas. O correcto dimensionamento de uma junta soldada para as suas

condições de serviço permite, não só minimizar a deformação, mas também

economizar tempo e material de soldadura.

Uma escolha criteriosa da geometria de uma junta soldada deve ter em atenção a

minimização do volume de material fundido (figura 10) .

Fig. 10 - geometria de uma junta soldada

Para espessuras inferiores a 15mm, o chanfro em V pode ser uma boa solução,

mas para espessuras superiores uma redução do angulo e um aumento da folga ou

o uso de chanfros em U ou em X podem ser uma solução mais vantajosa. O uso dos

chanfros simétricos em relação à espessura permitem um melhor equilíbrio das

tensões residuais e consequente uma menor rotação angular.

Executar a soldadura com o menor numero de passes possível para reduzir a

deformação, pois as contracções em cada passe tendem a ser cumulativas, o que

provoca um aumento da deformação final com o aumento do numero de passes com

que a soldadura é executada (figura 11).

A colocação das soldaduras o mais perto possível da linha neutra das peças,

ou simetricamente em relação à linha neutra , já que a diminuição do momento

das forças de contracção ou o seu equilíbrio em relação à linha neutra permitem

reduzir a deformação. (figura 12).

geometria da junta

Sequência de soldadura

Fig. 11 - numero de passes

Redução do volume de material depositado



Fig. 12 - colocação das soldaduras

Pré-posicionar as peças a soldar de modo a que as forças de contracção as

levem à sua posição correcta. Provocar uma pré-flecha na peça , contrária àquela

que a soldadura lhe irá provocar, ou simplesmente fixar as peças umas às outras, se

modo a que as forças de contracção se equilibrem, reduzindo-se assim a amplitude

das deformações depois de se separarem as peças.

Fig. 13 - Pré-posicionamento das peças a soldar

Pingar convenientemente as peças a soldar ou usar s istemas de fixação que

permitam manter a posição relativa das peças e minimizar as deformações.

Usar sequências de soldadura adequadas tais como: soldar alternadamente de

um lado e de outro das peças soldadas topo a topo, para reduzir a deformações

angulares, ou alternadamente de um lado e de outro do cutelo, numa junta de canto,

para diminuir a deformação e derrube lateral do cutelo.

Utilizar soldadura intermitente , que sendo um meio de reduzir o volume de material

fundido vai permitir também reduzir a deformação (figura 14).

Fig. 14 - soldadura intermitente

Fig. 15 - sequências de soldadura

Préposicionamento das peças

Pingamento



Utilizar a técnica de passe peregrino para reduzir deformação rotacional; soldar

simultaneamente, de modo simétrico à linha neutra, ou alternadamente de um ou

outro lado da linha neutra, para equilibrar as deformações.

Fig. 16 – Passe peregrino

A técnica de martelar as soldaduras é possível mas de uso muito limitado com

resultados pouco significativos

A titulo de conclusão pode-se dizer que, na fase de projecto se deve reduzir o

número de componentes e de cordões de soldadura, ao mínimo indispensável

para que se obtenha o melhor balanço qualidade vs preço.

4.3.10 Correcção da deformação

Nem sempre é possível manter as deformações dentro de valores aceitáveis,

mesmo quando se tomam todos os cuidados para as minimizar, tornando-se

necessária, por vezes, a correcção da deformação das peças soldadas . Em

certos casos pode mesmo ser mais prático aceitar uma reparação do que tomar

cuidado para minimizar as deformações. As deformações podem ser corrigidas

aplicando-se uma deformação plástica contrária à de formação originada pela

soldadura . Sendo essa deformação obtida térmicamente ou mecanicamente ou

simultaneamente pelos dois modos.

O desempenho térmico à chama consiste num aquecimento localizado (a 600 -

650ºC no caso dos aços), em determinados locais da peça provocando tensões de

tracção nessas zonas, tensões estas que contrariam a deformação inicial. O sucesso

deste modo de desempeno está associado de maneira determinante à escolha

criteriosa das zonas nas quais se vão executar os c iclos de

aquecimento/arrefecimento e da sequência da sua exe cução , bem como à

obtenção de um gradiente de temperaturas muito grandes nas zonas aquecidas, que

vai provocar um aumento do nível final das tensões de tracção, sendo necessários

maçaricos muito potentes e um meio de arrefecimento eficaz.

O desempeno por meios mecânicos consiste num modo de desempeno em que

se usam prensas, calandras, macacos hidráulicos, etc. para deformar as peças.

Correcção da deformação

Correcção de deformações em peças soldadas



Quando o nível de forças a utilizar seja muito elevado, pode-se realizar um

aquecimento à peça, o qual vai baixar o limite de elástico, sendo assim possível

utilizar níveis mais moderados de forças para provocar deformação plástica.

3.11 Actividades / Avaliação

Exercício 1 - Identifique e descreva os factores que influenciam o aparecimento

das tensões residuais no geral, e no caso particular das construções

soldadas.

Exercício 2 - Que consequências provocam as tensões residuais em soldadura?

Exercício 3 - Observando a tabela 1 indique em qual dos seguintes metais,

aluminio, aço carbono, aço inoxidável, as deformações provocadas

por cordões de soldadura são maiores . E menores?

Exercício 4 - Como se classificam as tensões residuais que surgem em soldadura?

justifique.

Exercício 5 – Identifique e descreva os tipos de deformações que mais

frequentemente ocorrem em construção soldada.

Exercício 6 - Indique três medidas que poderâo ser tomadas para reduzir a

contracção transversal.

Exercício 7 – Quais o métodos de medição de tensões residuais que conhece?

Descreva-os sucintamente.

Exercício 8 - As tensões residuais podem afectar o comportamento da estrutura

em serviço. Analise a influência das tensões residuais no

comportamento à fadiga, na ruptura frágil, na instabilidade e na

corrosão sob tensão.

Exercício 9 - Em que consiste a técnica do passe peregrino?



Exercício 10 - Quais os princípios gerais, pelos quais se deve reger, no projecto de

junta, no que diz respeito à sua geometria e à técnica de soldadura

utilizada.

Exercício 11 - Diga como pode recuperar uma peça soldada, retirando-lhe as

tensões residuais, de modo a obter uma construção soldada

adequada para serviço.

Exercício 12 – Que métodos conhece para corrigir as deformações originadas pelos cordões soldadura.

unidade tematica 3: tensões residuais e deformação na soldadura

Documents