Equipamentos e Técnicas de Pré, Pós-Aquecimento e Tratamento Térmico

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1 Equipamentos e Técnicas de Pré, Pós-Aquecimento e Tratamento Térmico Neste texto são apresentadas as técnicas e equipamentos utilizados nos processos de pré e pós-aquecimento e no tratamento térmico. São apresentados os tipos de aquecimentos (aquecimento por indução, aquecimento por resistência elétrica, aquecimento por chama, aquecimento por material exotérmico), assim como suas principais vantagens e desvantagens. Técnicas e Equipamentos Para se efetuar um tratamento térmico, um método que representa uma solução tecnicamente perfeita é a utilização de um forno (ver exemplo na figura 1). No entanto, frequentemente, as dimensões das peças ou equipamentos impedem sua entrada no forno, e em outros casos impõese o tratamento de soldas em elementos que fazem parte de grandes e extensas construções, tais como tubulações, torres de destilação, vasos de pressão, etc. Nesses casos, e dependendo das normas e condições de segurança, pode ser efetuado um tratamento térmico localizado. Página 1

2 Figura 1: Exemplo de tratamento térmico em forno. Existem diversos métodos apropriados para a aplicação de aquecimento e tratamento térmico localizados, tais como: Aquecimento por indução. Aquecimento por resistência elétrica. Aquecimento por chama. Aquecimento por indução A comparação com o funcionamento de um transformador é o melhor meio para ilustrar o aquecimento por indução. Página 2

3 Aplicando-se uma tensão alternada ao primário do transformador, será induzido um fluxo magnético no núcleo, o qual por sua vez induzirá uma tensão no secundário (ver figura 2). Figura 2: Esquema de funcionamento do transformador. Transferindo-se este princípio para o aquecimento por indução (ver figura 3) vê-se que o cabo flexível, colocado na região da solda em várias espiras ao redor da peça, representa o enrolamento primário. A camada superficial da peça, na região do enrolamento, representa tanto o núcleo como o enrolamento secundário do transformador. Quando se aplica ao cabo uma tensão alternada de frequência apropriada, a parte da peça dentro da região do cabo se aquece, devido à contínua inversão magnética e devido às correntes de Foucault induzidas. Página 3

4 Figura 3: Esquema do aquecimento de junta soldada por indução. A frequência influi na profundidade de penetração das correntes induzidas, entretanto, considerando-se que o tratamento térmico de aços é um processo demorado, a influência da condução térmica no material é maior. As frequências mais comumente usadas são 60 e 400 Hz. Vantagens do aquecimento por indução: São possíveis altas velocidades de aquecimento; Temperaturas podem ser controladas numa faixa estreita; Um aquecimento localizado não é produzido; As bobinas têm uma vida longa. Página 4

5 Desvantagens desse método: O custo inicial é alto; A fonte de energia é grande e menos portátil que outras fontes de aquecimento. Aquecimento por Resistência Elétrica O método de aquecimento por resistência elétrica funciona com o uso de fios ou fios feitos de materiais que tenham uma resistência elétrica alta, apoiados ou enrolados ao redor das regiões a serem tratadas e ligadas à fonte de energia elétrica. Uma camada de isolamento cobre a superfície externa das resistências, a fim de se reduzir à perda de calor por radiação. O aquecimento se realiza mediante a condução do calor produzido pelo fio resistor, para o material cujas tensões devem ser aliviadas. Vantagens do aquecimento por resistência elétrica: Aquecimento contínuo e uniforme; Aquecimento pode ser mantido durante a operação de soldagem; Temperatura pode ser ajustada rapidamente; Soldadores podem trabalhar com relativo conforto e não precisa parar para ajustar a temperatura de preaquecimento. Página 5

6 Desvantagens: Alguns elementos do método podem queimar-se durante um tratamento térmico, interrompendo ou dificultando o tratamento; Podem ocorrer aberturas de arco entre a resistência e a peça tratada. A figura 4 mostra um esquema de tratamento térmico por aquecimento com resistência elétrica. Figura 4: Tratamento térmico por aquecimento com resistência elétrica. Página 6

7 A figura 5 mostra um esquema de preaquecimento de tubulação através de aquecimento por resistência elétrica. Figura 5: Esquema de preaquecimento por resistência elétrica. As figuras 6 e 7 apresentam exemplos de tratamento térmico de alívio de tensões em equipamentos pelo método de resistência elétrica. Figura 6: Tratamento térmico localizado a resistência elétrica. Página 7

8 (a) (b) Figura 7: Tratamento térmico de alívio de tensões em juntas de 24 regiões durante a recuperação das trincas de fadiga nas bases superiores e inferiores. Obra: Prensa /Empresa: CONFAB. Página 8

9 Aquecimento por Chama No aquecimento de soldas com uma ou mais chamas (tochas), a quantidade e a concentração do calor transferido para a solda depende não apenas da quantidade de combustível consumido e da eficiência da combustão, mas do ajuste da chama, da distância entre a chama e a solda, da manipulação da chama, e do controle da perda de calor para a atmosfera. O aquecimento por chama é um método conveniente, eficiente e econômico de tratamento térmico. É especialmente adequado para serviços no campo em peças relativamente pequenas. Este método deve ser executado com cuidado e por operadores experientes ou sob supervisão, porque se o aquecimento não for aplicado adequadamente pode-se perder a solda. A fonte de calor é produzida pela queima de um gás combustível misturado com o ar ou oxigênio. Vantagens do aquecimento por chama: Baixo custo; Portabilidade. Página 9

10 Desvantagens: Precisão e repetibilidade mínimas; Distribuição de temperatura pouco uniforme; Uma grande quantidade de operadores habilidosos é requerida. As Figuras 8 e 9 apresentam exemplos do método de aquecimento à chama. Figura 8: Aquecimento a chama em árvore de transmissão do laminador. Usiminas. Página 10

11 Figura 9:Aquecimento a chama em colar de escora. Usina de Tucuruí. Aquecimento por Material Exotérmico A maioria dos tratamentos térmicos localizados de solda emprega uma fonte de calor que pode ser controlada para se obter o ciclo térmico desejado. Estes processos utilizam elementos que podem ser reutilizados, mas que requerem a atenção de um operador durante o tratamento. O sistema de aquecimento exotérmico emprega uma fonte de aquecimento completamente consumível, que não requer muita mão-deobra na sua instalação, pois usualmente se gasta em torno de 1 a 2 homens-hora. Página 11

12 O material exotérmico produz calor pela reação controlada de uma mistura química que desprende calor em conseqüência da reação, que pode ser, por exemplo: Fe 2 O 3 + 2Al 2Fe + Al 2 O 3 + CALOR. Vantagens desse processo: Nenhum custo de equipamento. Nenhum operador requerido durante o tratamento térmico. Portátil. Desvantagens: Não é aplicável para preaquecimento de todos os materiais. Uma vez iniciado o tratamento térmico, não há nenhuma possibilidade de ajuste. Página 12

13 Você estudou neste texto as diversas técnicas de aquecimento e tratamento térmico comumente aplicado nas soldas. Você estudou neste texto que, para se efetuar um tratamento térmico é desejável a utilização de um forno, mas que frequentemente as dimensões das peças ou equipamentos impedem sua entrada no forno, e, em outros casos, o tratamento é feito em soldas de elementos que fazem parte de grandes construções, tais como tubulações, torres de destilação, vasos de pressão, etc. Neste texto você conheceu os métodos de aquecimento por indução; por resistência elétrica; e por chama. Conheceu as vantagens e desvantagens de cada método, bem como suas aplicações. Conheceu também o aquecimento por material exotérmico, seu funcionamento e suas aplicações. Teste agora o seu nível de compreensão do texto respondendo às questões de revisão sobre Equipamentos e Técnicas de Pré, Pós- Aquecimento e de Tratamento Térmico. Caso seja necessário releia o texto e/ou recorra aos tutores para resolver suas dúvidas. Página 13

14 Questões de Revisão 1- Inúmeros são os métodos utilizados para a aplicação aquecimento e tratamento térmico localizado, um exemplo que pode se destacar é a utilização de forno. No que diz respeito técnicas e equipamentos, explique como os processos abaixo ocorrem destacando suas vantagens e desvantagens: a) Aquecimento por indução b) Aquecimento por Resistência Elétrica c) Aquecimento por Chama d) Aquecimento por Material Exotérmico Página 14