Significância das descontinuidades na área de soldagem

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1 ARTIGO TÉCNICO Significância das descontinuidades na área de soldagem A presença de descontinuidades nos depósitos soldados exige medidas corretivas, para evitar que acarretem a elevação do tempo de execução e do valor final da obra, além de um impacto negativo sobre a satisfação do cliente. Sérgio R. Barra* Figura 1. Solda em filete de chapas de aço ABNT1020, na condição multipasse, apresentando (A) perfil inadequado do reforço, (B) penetração incompleta do passe de raiz, (C) salpico e (D) desalinhamento. Fonte: LS&I/UFRN. 1. Introdução Dentre os diferentes processos de fabricação industrialmente aplicáveis, o processo de fabricação por soldagem representa de 4 a 6% do valor final da obra e, ao mesmo tempo, é considerado pelo setor de manufatura como uma etapa crítica na confecção de uma peça e/ou equipamento. Neste caso, a principal preocupação é o controle ou a eliminação da incidência de descontinuidades (defeitos) físicas e/ou químicas na região do depósito, decorrentes da operação de soldagem (vide figura 1). No dia a dia, observa-se que os estudos visando ao entendimento e controle dos possíveis mecanismos de formação das descontinuidades em regiões soldadas, de algum modo, baseiam-se no tripé processo de fabricação x critérios de segurança x vida em serviço. Esses fatores, intimamente relacionados, são chaves para a obtenção de uniões ou revestimentos aceitáveis dentro de determinados padrões normalizados. Por sua vez, a relação entre esses fatores apresenta distintas características no que se refere aos anseios do projetista, do executante (fabricante) e do solicitante (cliente). De forma simples, na visão do projetista, a estrutura é planejada para não conter defeitos de fabricação. Por sua vez, o fabricante espera que os depósitos, mesmo com a presença de descontinuidades (físicas e/ ou químicas), satisfaçam os requisitos impostos pelas normas vigentes (aspecto superficial e nível de des- 50 SIDERURGIA BRASIL Nº 94

2 51 continuidades presentes) e/ou pelo cliente. Por último, o cliente, espera ficar satisfeito quanto à resistência da estrutura fabricada frente ao meio e às solicitações de operação para as quais foi projetada (vida em serviço projetada). Na realização da operação de soldagem (etapas de planejamento, execução e inspeção), o grande problema normalmente enfrentado se deve ao aparecimento não programado de condições adversas por exemplo, induzidas por erro na elaboração do procedimento de soldagem ou pela inexistência de um procedimento padronizado, que induzirão à geração de defeitos, aparentemente inócuos, que culminarão na redução da vida útil do componente, além da possível indução de falhas em serviço. O termo descontinuidade, também, denominado defeito ou imperfeição, decorrente da operação de soldagem, denota uma interrupção ou violação estrutural, não desejada, na região soldada, tal como uma falta de homogeneidade nas características mecânicas, físicas ou metalúrgicas do depósito. Portanto, as descontinuidades (defeitos) induzirão à ocorrência de uma falha quando o efeito isolado ou múltiplo destas originar uma incapacidade parcial ou total em relação às mínimas exigências padrões (condições previstas em projeto). Neste ponto, é importante destacar que não há um consenso entre a verdadeira denominação e diferenciação entre descontinuidade, defeito e falha. Ou seja, a existência de um defeito na região soldada não necessariamente acarretará perda da vida em serviço não gerará uma falha. Um defeito será, sem duvida, uma descontinuidade, no entanto nem toda a descontinuidade será um defeito. Burgess e Rugerson (1989) citam que as descontinuidades na região do depósito podem ser consequência de duas causas principais, ou seja, aquelas geradas por problemas tecnológicos (erro na seleção do consumível, erro no projeto da junto, outros) ou por problemas operacionais (má formação do soldador, decorrentes, variabilidade do processo de soldagem, outros). Neste enfoque, trincas, falta de fusão e falta de penetração são de origem tecnológica e inclusão de escória e perfil inadequado do cordão são decorrentes da operação. Assim sendo, o conhecimento dos tipos de descontinuidades relacionadas com a operação de soldagem, bem como os seus mecanismos de formação e as técnicas de controle, representará a diferença entre as condições de operação projetada para o componente ou a sua indesejada falha em serviço. Durante a etapa de fabricação, a presença de descontinuidades nos depósitos soldados exigirá a adoção de medidas corretivas que acarretarão, concomitantemente, a elevação do tempo de execução e do valor final da obra, além de um impacto negativo sobre a satisfação do cliente. 2. Classificação das descontinuidades A classificação das descontinuidades, normalmente, leva em consideração o tipo (por exemplo, porosidade) e a natureza (metalúrgica) de cada descontinuidade. As descontinuidades podem ser agrupadas em três distintas categorias como mostrado na tabela 1. As descontinuidades, contudo, não devem necessariamente ser atrelada rigorosamente a uma única categoria (natureza), haja vista que as mesmas podem apresentar origens secundárias em outras categorias. Outro fator importante a ser considerado é a dimensão da descontinuidade, isto é, se a mesma tem característica bidimensional (planar) ou tridimensional (volumétrica). Descontinuidades planares, como trincas e falta de fusão, geralmente produzem uma maior amplificação da tensão imposta (efeito concentrador de tensão) do que as descontinuidades com características volumétricas (por exemplo, porosidade). Além disso, a orientação da descontinuidade em relação ao esforço também é outro fator a ser criteriosamente analisado, uma vez que aquelas orientadas na direção da solicitação (carregamento) tendem a ser mais deletérias em comparação com outras com diferente orientação. Infelizmente, as condições de montagem normalmente impõem situações de soldagem (dificuldade de acesso ou posição geométrica) que induzem à formação e/ou aprisionamento das descontinuidades em regiões de difícil acesso. Somandose a isso, o processo de ciclagem térmica (aquecimento e resfriamento), originado pela operação de soldagem (pré-aquecimento, interpasse ou pós-aquecimento) produz um estado local de tensão (tensão residual em regiões tracionadas e regiões comprimidas) que provoca o aumento da tensão final imposta nessas regiões. SIDERURGIA BRASIL Nº 94 51

3 ARTIGO TÉCNICO Tabela 1. Caracterização de descontinuidades na região da solda (Adaptada da Norma EN ISO , 2007; Norma Petrobras N-1738, 2003; Barra e Pereira, 1999; Norma DIN 8524, 1986; e Lundin, 1984/1986) Segundo a ASM International (2002), as falhas em regiões soldadas podem ser divididas em duas classes: as rejeitadas após inspeção e ensaios mecânicos, e as descobertas em serviço. Neste caso, as características superficiais que causam rejeição do componente incluem: Reforço excessivo e convexidade do cordão; Concavidade excessiva e reforço abaixo do especificado; Presença de trincas; Mordeduras e escorrimento de reforço; Falta de fusão e penetração; Porosidade; Marcas de abertura do arco; Salpicos. Por sua vez, como características internas a solda que podem causar rejeição pode-se enumerar: Trincas sob o cordão; Porosidade; Inclusões (escória, tungstênio ou óxidos); Incompleta fusão e inadequada penetração. 52 SIDERURGIA BRASIL Nº 94 Para facilitar o entendimento da origem da descontinuidade, o Welding and Joining Institute of the RWTH Aachen (ISF) propôs um fluxograma (figura 2) que separa os defeitos em duas categorias, ou seja, os defeitos originados pelo processo de fabricação e os defeitos originados pelo metal de base.

4 53 Figura 2. Fluxograma da classificação dos defeitos possíveis de ocorrência na região do depósito soldado (Adaptado de ISF, 2002). Por fim, a não qualificação da mão obra, como, por exemplo, o treinamento não adequado do soldador; o procedimento incorreto de soldagem e a seleção inadequada do metal de base e do metal de adição são outras características que influenciarão na qualidade final do depósito, propiciando o surgimento de descontinuidades e uma possível evolução para uma falha. 3. Significância das descontinuidades O nível de importância de uma determinada descontinuidade na região do depósito não pode ser analisado de forma segura enquanto não se estabelecer qual o modo ou os modos de falha que estão sendo induzidos pelo defeito. A determinação desses modos (qual a descontinuidade e seus mecanismos de formação e controle) exige a consideração de parâmetros relativos à variação de temperatura, possíveis alterações químicas, mudança na condição de serviço, incremento no estado de tensão e a dependência com o tempo. Neste caso, deve-se confrontar o que realmente esta sendo imposto na estrutura com as condições previstas de produtividade, custos e segurança da operação. Por exemplo: Corrosão sob tensão pode servir como elemento nucleante de descontinuidades tanto no metal de solda quanto no ZTA; Descontinuidades planares são deletérias ao processo de fadiga, uma vez que estas requerem uma menor tempo de iniciação antes da propagação, em comparação ao estado tridimensional; O mecanismo de fluência não é, normalmente, associado com descontinuidades em regiões soldadas, uma vez que ocorre em temperaturas elevadas, quando os materiais apresentam maior ductilidade. Cuidados especiais com relação à falha por fluência devem ser tomados quando da análise de falhas oriundas de reaquecimento e tratamento térmico para alívio de tensões, quando a fluência pode ser considerável. 4. Referências ASM International. ASM Handbook Volume 11: Failure Analysis and Prevention, Barra, S. R. e Pereira, A. S. Aspectos sobre descontinuidades em regiões soldadas EN ISO Welding and allied processes. Classification of geometric imperfections in metallic materials Fusion welding, Lundin, C. D. Fundamentals of Weld Discontinuities and Their Significance. Welding Research Council, Lundin, C. D. and patriarca, C. R. Assessment of the Significance of Weld Discontinuities: Effects of Microstructure and Discontinuities upon Fracture Morphology. Welding Research Council, Norma Petrobras N Descontinuidades em juntas Soldadas, fundidos, Forjados e laminados, Burgess, N. T. and Rugerson, J. H. Quality Assurance of Welded Construction. Second Edition. Elsevier Science Publishers Ltd, (1989). Welding and Joining Institute of the RWTH Aachen (ISF). Chapter 9: Welding defects, *Sérgio R. Barra é professor do Departamento de Engenharia de Materiais (DEMat) da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), chefe do Laboratório de Soldagem e Inspeção (LS&I/DE- Mat/UFRN) e gestor do Site da Soldagem. SIDERURGIA BRASIL Nº 94 53

5 Grips Editora Ano 14 Nº 94 julho de 2013