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E Mm ri. Tensões Residuais de Soldagem “Neste número apresentaremos um assunto sobre o qual quase todos nós temos dúvidas, que são as tensões residuais de soldagem. Porque são geradas, quais as implicações reais de sua presença durante a soldagem e após a soldagem, quando e como devem ser aliviadas??? Sem dúvida este assunto é complexo, extenso e inesgotável, e por isso serão apresentados, de forma bastante simplificada, alguns aspectos básicos sobre o assunto.” 1 - Como são geradas as ten- sões residuais de soldagem? O estado de tensões residuais ao longo de uma junta, após a soldagem, é bastante complexo e não é nossa pretensão sequer apresentá-lo, muito menos explicá-lo; mas as tensões re- siduais de tração existentes nas ad- jacências da solda são aquelas que conhecidamente podem causar falhas prematuras e sua visualização não é difícil, desde que sejam feitas algumas simplificações. Durante a soldagem por fusão, a arco elétrico por exemplo, ocorre no material de base um aquecimento quase instantâneo, muito localizado, que faz com que, num dado momen- to, uma pequena porção deste mate- rial atinja a fusão formando uma poça (poça de fusão), para posteriormente se solidificar formando a zona fundi- da (ou metal de solda), figura 1. Como existe uma continuidade no material, existe sem dúvida uma re- gião, nas adjacências da zona fundi- da, que atingiu uma temperatura bem próxima à de fusão do material. Sabe-se que qualquer material metálico dilata quando é aquecido e contrai quando resfriado. Ora, se du- rante um curto espaço de tempo, uma região muito pequena nas adjacências da solda se aquece desde a tempera- tura ambiente até quase sua tempera- tura de fusão, é de se esperar que esta região aumente de volume (por dila- tação), tanto mais quanto maior for a temperatura atingida. Se esta peque- na faixa de material não consegue au- mentar seu volume pois todo o res- tante do componente não permite, esta região passa a ser comprimida e as tensões de compressão aumentam até que o limite de escoamento do material seja ultrapassado em com- pressão. Portanto ao final da etapa de aquecimento (quase instantâneo) as Annelise Zeemann adjacências da solda se encontram com o mesmo tamanho inicial e de- formadas em compressão, quando se inicia o resfriamento, figura 2a. Ago- ra, a mesma porção que foi aqueci- da, e se encontra comprimida, come- ça resfriar e a tendência é de que o material se contraia. Inicialmente a região se alivia da compressão e, como não consegue reduzir seu tama- nho pois o restante do componente não permite, ela acaba sendo tracio- nada até que as tensões de tração ul- trapassem o limite de escoamento em tração, e de novo o material se de- forma para acomodar esta elevada tensão, figura 2b. No entanto o material somente se deforma em tensões superiores à de escoamento e as tensões inferio- res ao limite de escoamento perma- necem ao final da soldagem. São as chamadas tensões residuais, trativas nesta pequena região, cuja magnitu- Figura | - Esquema que representa a vista geral de uma chapa sendo soldada por fusão, onde a região fundida e posteriormente solidificada se chama zona fundida (ou metal de solda) e as adjacências atingem temperaturas muito próximas da temperatura de fusão do metal ou início de fusão da liga. aturgiada oliagem Figura 2a A REGIÃO ESTIVESSE LIVRE Figura 2b A REGIÃO ESTIVESSE LIVRE DILATAÇÃO QUE OCORRERIA CASO CONTRAÇÃO QUE OCORRERIA CASO AUSÊNCIA DE DILATAÇÃO POIS A REGIÃO ESTÁ RESTRITA TENSÕES TRATIVAS od MB yor TENSÕES TRATIVAS E DEFORMAÇÃO. TENSÕES COMPRESSIVAS tea TENSÕES COMPRESSIVAS to E DEFORMAÇÃO TENSÕES RESIDUAIS GERADAS POIS A REGIÃO ESTÁ RETRITA MB Oc Or Yor Esquema que apresenta, de forma simplificada, como as regiões do detalhe da figura 1, adjacentes à solda, deveriam dilatar e contrai, se estivessem livres. a) ao final da etapa de aquecimento - de é a do próprio limite de escoamen- to do material na temperatura ambi- ente, o que chega a ser assustador pois são tensões elevadíssimas. 2 - As tensões residuais são sempre as causadoras de trincas durante a soldagem? Sem dúvida para que uma trin- case abra é necessário que haja uma tensão trativa e as tensões residuais sempre favorecem o trincamento. Caso o material apresente algum tipo de susceptibilidade à formação de trincas de natureza metalúrgica (trin- cas a quente, trincas a frio, trincas de reaquecimento) é sempre importante bj ao final da etapa de resfriamento reduzir o nível de tensões residuais ain- da na soldagem. 3 - Como se reduz o nível de tensões residuais na soldagem? Principalmente através da apli- cação de pré-aquecimento, que re- duz a velocidade de resfriamento e facilita a acomodação das tensões. O aumento do aporte de calor pode ter o mesmo tipo de efeito, porém outras características metalúrgicas indesejá- veis podem ocorrer. 4- O que acontece se as ten- sões residuais não forem aliviadas após a soldagem? Dependendo do tipo de mate- rial e do estado de tensões presen- te no componente, podem ocorrer dois tipos de comportamento quan- do as tensões aplicadas em servi- go se somam às tensões residuais de soldagem: e | omasterial pode escoar (defor- mar), aliviando as tensões, e com isso a tensão final (residual + apli- cada) não consegue aumentar sua magnitude até chegar aos níveis do limite de resistência; e | o material não consegue escoar ea tensão final (residual + aplica- da) pode atingir o limite de resis- tência e causar a ruptura em servi- indo Potiggema DT aliviando a tensão, figura 4. Como o aquecimento durante TTAT é ge- neralizado, e não localizado; e as taxas de aquecimento e resfriamen- to são controladas, não existe a ge- ração de tensões no resfriamento, garantindo menor nível de tensões ao final do TTAT. 9 - Pode haver o trincamento duranteo TTAT? Sim. Em duas condições: e seo material apresentar sus- ceptibilidade à formação de trin- cas de reaquecimento (materi- ais que apresentam elementos endurecedores por precipita- ção); ou e seataxa de aquecimento do tratamento de alívio for muito alta, não permitindo que haja a deformação plástica. Neste caso a tensão residual pode ul- trapassar o limite de resistência e o material trinca. Normalmente não se verifica a formação de trincas durante o alívio, mas é usual verificar o empenamento do material. Isto ocorre justamente Figura 4 - Como ocorre o alívio de tensões quando se aquece o material. porque as tensões residuais são rela- xadas por deformação, e se o com- ponente não for muito bem apoiado a deformação pode ocorrer de forma não controlada, até mesmo inviabili- zando o uso do componente. 10 - As temperaturas de TTAT dependem do tipo de mate- rial soldado? Claro, pois o limite de escoamen- to e sua variação com a temperatura dependem do tipo material. No caso dos aços, quanto maior a quantidade de elementos de liga (principalmente dos elementos adicionados para con- ferir a resistência ao calor, como o cromo e o molibdênio) maiores são as temperaturas de alívio. 11 - O tempo de alívio é uma variável importante? Narealidade a etapa principal do alívio é o aquecimento, e as variáveis taxa de aquecimento e temperatura de patamar são realmente determinantes no TTAT, porém quando se alivia com- ponentes de grande espessura deve- se garantir que haja a uniformidade de temperatura em toda a seção e o tem- po de permanência geralmente (exis- tem exceções) é função da espessura (usualmente 1 hora por polegada de espessura, e mínimo de 2 horas), de- vendo ser controlado. 12 - Existe duplo alívio ? Sim. Quando o material de base sofre duplo revenimento (normalmente para eliminar efeitos de austenita retida), e deseja-se garantir mesmas propriedades na junta soldada, utili- za-se o duplo alívio. 13 - Existem técnicas de sol- dagem que eliminam a necessida- de do alívio de tensões? Sim, como por exemplo a técni- ca de deposição de um passe extra para aliviar a solda. Normalmente em fabricação não se utiliza este tipo de técnica para substituir o TTAT, masem reparo estas técnicas são bastante uti- lizadas. Deve-se alertar que o contro- le de sua utilização deve ser criterioso e existe polêmica sobre sua efetividade. ASM Handbook Volume 6 “Welding, Brazing and Soldering” Capítulo Resi- dual Stresses e Distortion pp 1094-1102 Annelise Zeemann é Engenheira Mecânica, M.Sc. em Eng. Metalúrgica e de Materiais no PEMM - Coppe/UFR], e Diretora Técnica da Empresa de Consultoria Tecmetal, que atua em análise de materiais e consultoria em engenharia mecânica e metalúrgica. Professora no Curso de Enge- nheiros de Soldagem do Senai junto com a SLV de Manheim e professora no Curso de Engenhei- ros de Solda da Unitau- Taubaté. 
