Já se perguntou porque é que o tratamento térmico pós-soldadura (PWHT) é essencial para as estruturas soldadas? Este processo é crucial para reduzir a tensão residual, evitar fissuras e aumentar a durabilidade dos componentes soldados. Ao aquecer e arrefecer as soldaduras, o PWHT melhora as propriedades mecânicas e garante um desempenho a longo prazo. Mergulhe neste artigo para compreender os métodos, as vantagens e as considerações do PWHT e saiba como pode afetar significativamente a qualidade e a segurança das construções soldadas.
A tensão residual de soldadura é causada por uma distribuição desigual da temperatura nas peças soldadas, pela expansão e contração térmicas do metal de soldadura, etc., pelo que o acompanhamento da construção da soldadura irá inevitavelmente gerar tensão residual.
O método mais comum para eliminar as tensões residuais é a têmpera a alta temperatura, ou seja, aquecer as peças soldadas a uma determinada temperatura e mantê-las durante um certo tempo num forno de tratamento térmico.
Ao reduzir o limite de elasticidade do material a alta temperatura, o fluxo plástico ocorre em áreas com tensões internas elevadas, a deformação elástica diminui gradualmente e a deformação plástica aumenta gradualmente, reduzindo assim a tensão.
O efeito do tratamento térmico pós-soldadura sobre a resistência à tração e o limite de fluência dos metais está relacionado com a temperatura e o tempo de permanência do tratamento térmico. A tenacidade ao impacto do metal de solda após o tratamento térmico varia consoante os diferentes tipos de aço.
Geralmente, a têmpera simples a alta temperatura ou a normalização e a têmpera a alta temperatura são seleccionadas para o tratamento térmico pós-soldadura. Para juntas de soldadura a gás, o tratamento térmico de normalização e de têmpera a alta temperatura é utilizado porque os grãos na soldadura e zona afetada pelo calor da soldadura a gás são grosseiros e precisam de ser refinados por normalização.
No entanto, um único tratamento de normalização não pode eliminar tensão residualPor isso, é necessária uma têmpera a alta temperatura para eliminar as tensões. A têmpera intermédia simples só é adequada para a soldadura de montagem de grandes contentores de aço vulgar com baixo teor de carbono no local de construção, com o objetivo de eliminar parcialmente as tensões residuais e remover o hidrogénio.
Na maioria dos casos, é selecionada uma única têmpera a alta temperatura. O aquecimento e o arrefecimento durante o tratamento térmico não devem ser demasiado rápidos, e tanto a parede interior como a exterior devem ser aquecidas uniformemente.
Existem dois tipos de métodos de tratamento térmico utilizados nos recipientes sob pressão: um é o tratamento térmico para melhorar as propriedades mecânicas e o outro é o tratamento térmico pós-soldadura (PWHT).
Em termos gerais, o PWHT é um tratamento térmico efectuado na área soldada ou nos componentes soldados depois de a peça de trabalho ter sido soldada.
O conteúdo específico inclui o alívio do stress recozimentorecozimento completo, tratamento de solução sólida, normalização, normalização e têmpera, têmpera, alívio de tensões a baixa temperatura, tratamento de precipitação, etc.
Em termos gerais, o PWHT refere-se apenas ao recozimento de alívio de tensões, que aquece uniforme e suficientemente a área soldada e as peças relacionadas abaixo da temperatura de transição de fase do metal, a fim de melhorar o desempenho da área soldada e eliminar os efeitos nocivos das tensões residuais da soldadura, seguido de um arrefecimento uniforme.
Em muitos casos, o tratamento térmico discutido para PWHT é essencialmente um recozimento de alívio de tensões após a soldadura.
(1) Descontrair tensão residual de soldadura.
(2) Estabilizar a forma e o tamanho da estrutura, reduzir a distorção.
(3) Melhorar o desempenho do metal de base e juntas soldadas, incluindo:
(4) Melhorar a resistência à corrosão sob tensão.
(5) Libertação adicional de gases nocivos, especialmente hidrogénio, no metal de solda para evitar a fissuração retardada.
A necessidade ou não de tratamento térmico pós-soldagem para os recipientes sob pressão deve ser claramente especificada no projeto, e as normas actuais de projeto de recipientes sob pressão têm requisitos para tal.
A área soldada de um recipiente sob pressão tem uma tensão residual significativa e os efeitos adversos da tensão residual só se manifestam em determinadas condições. Quando a tensão residual se combina com o hidrogénio na soldadura, provoca o endurecimento da zona afetada pelo calor, levando à ocorrência de fissuração a frio e fissuração retardada.
A tensão estática existente na soldadura ou a tensão de carga dinâmica durante o funcionamento, combinada com a corrosão do meio, pode causar fissuração por corrosão sob tensão, conhecida como SCC.
A tensão residual de soldadura e o endurecimento martensítico causado pela soldadura são factores importantes na geração de fissuras por corrosão sob tensão.
Os resultados da investigação mostraram que o principal efeito da deformação e da tensão residual nos materiais metálicos é transformar a corrosão uniforme em corrosão localizada, nomeadamente a corrosão intergranular ou transgranular. Naturalmente, tanto a fissuração por corrosão como a corrosão intergranular ocorrem em meios com determinadas características para esse metal específico.
Na presença de tensão residual, dependendo da diferente composição, concentração e temperatura do meio corrosivo, bem como das diferenças na composição, estrutura, estado da superfície e estado de tensão entre o metal de base e a área soldada, a natureza do dano por corrosão pode mudar.
A necessidade de tratamento térmico pós-soldagem para recipientes sob pressão soldados deve ser determinada tendo em conta o objetivo e a dimensão do recipiente (especialmente a espessura do painel de parede), o desempenho dos materiais utilizados e as condições de trabalho. Se ocorrer alguma das seguintes situações, deve ser considerado o tratamento térmico pós-soldadura:
As tensões residuais que atingem o ponto de cedência formam-se na proximidade do cordão de soldadura em recipientes sob pressão soldados em aço. A geração desta tensão está relacionada com a transformação da estrutura que contém austenite.
Muitos investigadores salientaram que um processo de têmpera a 650°C pode efetivamente eliminar a tensão residual após a soldadura de recipientes sob pressão em aço soldado.
Ao mesmo tempo, acredita-se que, sem um tratamento térmico pós-soldagem adequado, não é possível obter uma junta soldada resistente à corrosão.
Pensa-se geralmente que o tratamento térmico de alívio de tensões se refere ao processo em que a peça de trabalho soldada é aquecida a 500-650°C e depois arrefecida lentamente. A redução da tensão é devida à fluência a alta temperatura, que começa a 450°C no aço-carbono e a 550°C no aço com molibdénio.
Quanto mais elevada for a temperatura, mais fácil é eliminar as tensões. No entanto, quando a temperatura de revenido original do aço é ultrapassada, a resistência do aço diminui. Por conseguinte, é necessário controlar a temperatura e o tempo no tratamento térmico de alívio de tensões.
No entanto, no tensão interna da soldadura, a tensão de tração e a tensão de compressão coexistem sempre, e a tensão e a deformação elástica existem simultaneamente.
À medida que a temperatura do aço aumenta, a tensão de cedência diminui e a deformação elástica original transforma-se em deformação plástica, resultando no relaxamento da tensão.
Quanto mais elevada for a temperatura de aquecimento, mais facilmente se eliminam as tensões internas. No entanto, quando a temperatura é demasiado elevada, a superfície do aço fica seriamente oxidada.
Além disso, para a temperatura PWHT de temperado e revenido aços, o princípio deve ser o de não exceder a temperatura de têmpera original do aço, geralmente cerca de 30 graus mais baixa do que a temperatura de têmpera original do aço.
Caso contrário, o material perderá o seu efeito de têmpera e a resistência e a tenacidade à fratura diminuirão. Este ponto deve ser objeto de especial atenção por parte dos trabalhadores do tratamento térmico.
Quanto mais elevada for a temperatura do tratamento térmico pós-soldadura para alívio de tensões, maior será o grau de amolecimento do aço, normalmente aquecido à temperatura de recristalização do aço, e as tensões internas podem ser eliminadas. A temperatura de recristalização está intimamente relacionada com a temperatura de fusão.
Geralmente, a temperatura de recristalização K = 0,4X a temperatura de fusão (K). Quanto mais a temperatura do tratamento térmico se aproximar da temperatura de recristalização, mais eficaz será o alívio das tensões residuais.
O tratamento térmico pós-soldadura nem sempre é vantajoso. Geralmente, o tratamento térmico pós-soldadura é benéfico para atenuar as tensões residuais e só é efectuado nos casos em que são necessários requisitos rigorosos para a corrosão sob tensão.
No entanto, o ensaio de resistência ao impacto dos espécimes mostra que o tratamento térmico pós-soldadura é prejudicial para a melhoria da resistência do metal de solda e da zona afetada pelo calor e, por vezes, podem ocorrer fissuras intergranulares dentro do intervalo de engrossamento do grão da zona afetada pelo calor.
Além disso, o PWHT baseia-se na diminuição da resistência do material a altas temperaturas para conseguir o alívio das tensões. Por conseguinte, durante a PWHT, a estrutura pode perder rigidez.
Para as estruturas que adoptam o PWHT total ou parcial, a capacidade de suporte da junta soldada a altas temperaturas deve ser considerada antes do tratamento térmico.
Por conseguinte, ao considerar a possibilidade de efetuar um tratamento térmico pós-soldadura, as vantagens e desvantagens do tratamento térmico devem ser comparadas de forma abrangente.
Do ponto de vista do desempenho estrutural, há tanto aspectos que podem melhorar o desempenho como aspectos que podem reduzi-lo. Os juízos razoáveis devem ser feitos com base numa consideração abrangente de ambos os aspectos.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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