Comparação entre Tratamentos Térmicos e Método

Universidade Presbiteriana Mackenzie
Comparação entre Tratamentos Térmicos e
Método Vibracional em Alívio de Tensões
após Soldagem
Danila Pedrogan Mendonça
Orientador: Profº Giovanni S. Crisi
Objetivo
Fazer uma comparação entre
métodos de alívio de tensões em
materiais que tenham sofrido o
processo de soldagem.
Soldagem
A soldagem é definida como um processo
metalúrgico de união de metais ou ligas metálicas,
devendo os materiais se encontrar no estado
fundido ou pastoso.
Utilização: Construção naval, civil, vasos de pressão,
tubulações, equipamentos, entre outros.
Procedimento
Fonte de calor aquece a união soldada;
ƒTemperatura varia conforme a soldagem;
ƒ
ƒ
Com ∆T→expansões térmicas←parte fria restringe
↓
Tensões residuais
Tensão Residual
Qualquer tensão em um corpo livre de força ou
restrição de gradientes de temperatura.
ƒDiversos
tipos de fontes de tensão;
ƒInfluências no comportamento da solda.
Fontes de Tensões Residuais
Tensões residuais de contração → durante o
resfriamento das regiões soldadas;
ƒ Tensões residuais devido ao resfriamento
superficial mais intenso → varia conforme a
espessura da junta soldada;
ƒTensões residuais devido à transformação de fase
ZF e ZAT tenderão a expandir → restrição pelo
metal frio.
ƒ
Efeito das tensões residuais
Risco de ruptura frágil;
ƒ Instabilidade dimensional;
ƒ Resistência à corrosão sob tensão;
ƒ Resistência à fadiga;
ƒDetectabilidade de descontinuidades no exame pós
ultra-som (após tratamento térmico);
ƒ
Alívio de tensões por tratamento térmico
Tratamento realizados no interior de fornos;
ƒ Aquecimento interno;
ƒ Tratamento localizado.
ƒ
Tratamento térmico realizados no
interior de fornos
ƒ
Fatores a serem considerados
Velocidade de aquecimento;
¾ Temperatura do trabalho;
¾ Encharque;
¾ Velocidade de resfriamento;
¾Atmosfera do forno
¾
Tratamento térmico realizados
no interior de fornos
ƒ
Controle de temperatura → termopares;
ƒ
Suporte da estrutura → deformações
Estrutura inadequada ou insuficientemente
suportada;
¾ Estrutura não apresentar rigidez suficiente
¾
Tratamento térmico por aquecimento
interno
1- Queimador principal
2- Abafador
3- Queimador piloto
4- Painel de comando
5- Alimentação do gás
6- Compressor de ar
7- Reservatório de ar
8- Alimentação de ar
9- Alimentação de óleo
diesel
Tratamento Térmico Localizado
ƒ
Quando é conveniente:
¾ estruturas de grandes dimensões;
¾ vaso fabricado em seções, com solda de fechamento
na obra;
¾Soldagem de tubulação a partir de seções préfabricados;
¾Reparos por solda realizadas durante a montagem de
estruturas já aliviadas termicamente;
¾Soldas de manutenção
Aquecimento localizado por
resistência elétrica
Consequências do tratamento térmico
ƒ Cria-se ZAT com mais dureza e fragilidade que o
metal base;
Propósito: ↓tensões, ↓ dureza/ afeta microestrutura
ƒ Consequências:
ƒ
¾
¾
¾
¾
¾
alteração na tenacidade;
↓ limite de escoamento;
trincas no reaquecimento;
alteração no exame de ultra- som
deformação
Alívio de tensões por vibração
(VSR)
Introduz vibrações por um certo período de
tempo com base na geometria e peso da peça;
ƒ Vibrações ressonantes;
ƒ Equipamento: vibrador robusto ligado ao
console eletrônico portátil;
ƒ Tempo: 10 minutos a mais de 1 hora;
ƒ Em grandes estruturas: várias aplicações.
ƒ
Alívio de tensões por vibração
(VSR)
Regras a serem seguidas
¾ Isolar a peça
¾ Vibrador diretamente ligado a peça
ƒ Utilizado em metais ferrosos e não ferrosos
ƒ Não é eficaz: laminados a frio, extrudados,
endurecidos por precipitação ou deformação e
trabalhos a frio;
ƒ
Alívio de tensões por vibração
(VSR)
ƒ Vantagens
Mais econômico;
¾ Utilização em qualquer ponto do
processo de fabricação;
¾ Em peças soldadas, o alívio de tensões
pode ser executado durante a soldagem.
¾
Sobre alívio de tensões
Medição de tensões → difração por raios X;
ƒ Fazer várias medições na estrutura;
ƒ Estabilidade dimensional;
ƒ
ƒ
Diferentes materiais→diferentes temperaturas;
ƒ
Diferentes espessuras → diferentes períodos.
Parte experimental
Aço A106;
ƒ Cilindros soldados no centro;
ƒ Composição química;
ƒ
Tabela 1
Tabela
Carbono máximo
Manganês
Composição química do aço A 106 grão B
%
0,30
0,29-1,06
Fósforo máximo
0,035
Enxofre máximo
0,035
Silício mínimo
0,10
Tratamento térmico
Velocidade máxima 600ºF/h (315,6ºC/h);
ƒTemperatura: 650ºC;
ƒTempo: 30 minutos;
ƒResfriamento no interior do forno.
ƒ
Método vibracional
ƒ Introdução de vibrações na peça;
ƒ Tempo 10 min;
Figura 26: fixação do cilindro ao equipamento de alívio de tensões.
tensões.
Figura 27: console eletrônico
Ensaio de tração
ƒ Velocidade 60 Kgf/s
Tabela 3
Tabela2
Dimensões dos corpos de prova antes
dos ensaios destrutivos de tração.
Largura(mm)
Espessura(mm)
Distância
entre dois
pontos,
L0(mm)
Sem
Tratamento
Tratamento
Vibracional
Tratamento
Térmico
25,30
25,30
25,30
6,25
6,25
6,40
125,00
125,00
125,00
Resultado dos corpos de prova depois do ensaio de tração.
Sem
Tratamento
Tratamento
Vibracional
Tratamento
Térmico
Pescoamento
(kgf)
5300
5300
4580
Pmáxima (kgf)
7620
7746
7000
Pruptura (kgf)
6140
6300
5500
148,45
148,42
153,90
final
18,18
18,42
18,08
Espessura final
(mm)
4,42
4,44
3,95
Lf (mm)
Largura
(mm)
Ensaio de tração
ƒ Velocidade 60 Kgf/s
Tabela 4
Resistência à tração após os tratamentos.
Sem
tratamento
Tratamento
Vibracional
Tratamento
Térmico
σescoamento
(kgf/mm2)
33,52
33,52
28,29
σmáxima (kgf/mm2)
48,19
48,99
43,23
Alongamento (%)
18,76
18,74
23,12
Estriccção largura (%)
28,14
27,19
28,54
Estricção
(%)
29,28
28,96
38,28
espessura
Ensaio de Impacto
ƒ
Martelo 30 Kpm
Tabela 5
Ensaio de Charpy
Energia absorvida (Kpm)
Sem
Tratamento
Tratamento
vibracional
Tratamento
Térmico
29
29,1
29,08
Dureza Brinell
ƒ Esfera de diâmetro 10mm;
ƒ
Carga de 3000Kgf;
Tabela 6
Dureza Brinell
Diâmentro das calotas (d)
(mm)
Durezas (kgf/mm2)
Sem
Tratamento
Tratamento
Vibracional
Tratamento
Térmico
4,100
4,535
4,450
217
178
183
Metalografia
ƒ Sem tratamento;
Figura 29: Metal sem nenhum tratamento. Solda (mais escuro) e
ZAT com aumento de 92x.
Figura 30: Metal sem nenhum tratamento. ZAT (mais escuro) e
metal base com aumento de 92x.
Metalografia
ƒ
Tratamento Vibracional;
Figura 34: Material que passou por
tratamento vibracional. Solda (mais escura)
e ZAT com aumento de 92x.
Figura 35: Material que passou por
tratamento vibracional. ZAT com aumento
de 92x.
Figura 36: Material que passou por
tratamento vibracional. ZAT (mais escura) e
metal base com aumento de 92x.
Metalografia
ƒ
Tratado termicamente;
Figura 38: Material tratado termicamente. Solda (mais
escura) e ZAT com aumento de 92x.
Figura 39: Material tratado termicamente. ZAT (mais escura)
e metal base com aumento de 92x.
Metalografia
Figura 31: Metal sem nenhum tratamento.
Solda com aumento de 360x.
Figura 32: metal sem nenhum
tratamento. ZAT com aumento de
360x.
Figura 40: Material tratado termicamente.
Metal base com aumento de 360x. : Parte
clara: ferrita;
ferrita; Parte escura: perlita
Fotos da Visita
Fotos da Visita
Fotos da Visita
Fotos da Visita
Fotos dos ensaios
Fotos dos ensaios
Conclusões
VSR pode substituir tratamentos térmicos →
mais econômico;
• Necessidade de homogeneizar o metal base e
o metal da solda → tratamento térmico;
• Não modificar a superfície do metal → VSR
•Mudar microestrutura e modificar
propriedades mecânicas → tratamento térmico
•Alívio de tensões durante a fabricação ou peça
muito grande → VSR
•
Parte Experimental
Pelo alinhamento dos grãos, indica que o material
passou por uma laminação;
„A solda é basicamente constituída de ferrita;
„ZAT: grãos de perlita e rede de ferrita;
„Tamanhos de grão de perlita: > mais próximos à
solda > temperatura;
„Houve diminuição de resist. tração no material
tratado termicamente.
„A dureza diminuiu em ambos tratamentos.
„Não houve mudança na estrutura metalográfica.
„