Você já se perguntou por que algumas soldas falham enquanto outras se mantêm firmes? O segredo geralmente está no pré-aquecimento. Neste artigo, exploraremos como o pré-aquecimento adequado pode evitar rachaduras, reduzir o estresse e garantir uma solda durável. Ao compreender essas técnicas, você obterá insights sobre como criar soldas mais fortes e confiáveis.
O pré-aquecimento é uma técnica comumente usada na soldagem. Ele envolve o aquecimento da peça a ser soldada a uma temperatura acima da temperatura ambiente antes ou durante o processo de soldagem.
A maioria das especificações modernas exige faixas específicas de temperatura de pré-aquecimento, dependendo do padrão e do tipo de material que está sendo soldado.
Neste artigo, discutiremos a importância do pré-aquecimento adequado, seus benefícios e as consequências do pré-aquecimento inadequado usando exemplos.
O pré-aquecimento é o processo de aquecimento da peça a ser soldada a uma temperatura mais alta do que a temperatura ambiente, antes ou durante a soldagem.
O pré-aquecimento é um requisito obrigatório na soldagem, e temperatura de pré-aquecimento As faixas de pré-soldagem e pós-soldagem são descritas nas especificações de pré-soldagem e pós-soldagem. Entretanto, em determinadas condições, métodos alternativos de pré-aquecimento também podem ser usados.
O pré-aquecimento oferece várias vantagens, independentemente de ser obrigatório ou não:
A quantidade de pré-aquecimento necessária para a soldagem não é determinada apenas pelo padrão mínimo descrito na especificação. Em vez disso, um ou mais dos seguintes métodos podem ser usados:
A faixa de temperatura de pré-aquecimento é geralmente apropriada para vários tamanhos e restrições de canais de solda.
Embora muitas especificações indiquem uma temperatura mínima de pré-aquecimento, em alguns casos, pode ser usada uma temperatura de pré-aquecimento mais baixa, enquanto em outros, pode ser necessária uma temperatura de pré-aquecimento mais alta.
Há várias "tabelas de cálculo de pré-aquecimento" disponíveis que usam réguas lineares ou circulares para determinar a temperatura de pré-aquecimento. Essas tabelas permitem que você preveja a temperatura de pré-aquecimento necessária com base na identificação do material e da espessura do metal de base.
O equivalente de carbono (CE) é uma medida útil para determinar se o pré-aquecimento é necessário e em que medida. Aqui estão as diretrizes:
Se o CE for maior que 0,5, é aconselhável adiar o teste não destrutivo (NDE) final por pelo menos 24 horas para determinar se há rachaduras retardadas.
O parâmetro Ito & Bessyo Detecção de rachaduras (PCM) pode ser utilizado quando o equivalente de carbono for igual ou menor que 0,17 wt-% ou quando for usado aço de alta resistência. Essa abordagem é útil para determinar com precisão quando o pré-aquecimento é necessário, bem como quando aplicar o pré-aquecimento forçado e qual temperatura usar. Aqui estão as diretrizes:
O teste de faísca tem sido usado há muitos anos como um método para estimar a teor de carbono em aço carbono. A qualidade da faísca produzida indica o nível de teor de carbono, sendo que um teor de carbono mais alto resulta em uma faísca melhor e em uma maior necessidade de pré-aquecimento.
Embora esse método não seja o mais preciso, ele é simples e pode fornecer uma indicação geral da temperatura de pré-aquecimento necessária. Ao examinar a qualidade da faísca produzida, é possível determinar o nível relativo da temperatura de pré-aquecimento necessária.
Outro método eficaz, mas menos preciso, para selecionar a temperatura de pré-aquecimento é aumentá-la em 100°F (50°C) para cada 10 pontos com base no teor de carbono (0,10 wt-%). Por exemplo, se o teor de carbono for 0,25 wt-%, a temperatura de pré-aquecimento deverá ser de pelo menos 250°F (125°C) ou mais.
Entretanto, se houver revestimentos ou outros componentes próximos à solda, a temperatura de pré-aquecimento especificada na especificação de produção original pode não ser adequada.
Se o calor de soldagem estiver próximo da faixa máxima permitida pelo processo padrão, o calor transferido para os componentes soldados pode ser suficiente para equilibrar o requisito de pré-aquecimento. Como resultado, o metal afetado pode ser aquecido até ou acima do valor mínimo dos requisitos de pré-aquecimento. Nesses casos, métodos externos podem ser usados para reduzir os requisitos de pré-aquecimento.
Deve-se observar que essa abordagem envolve intervalos e conversões imprecisas (por exemplo, °F para °C), pois o pré-aquecimento não é uma ciência exata.
Em muitos casos, também é comum aumentar continuamente a temperatura de pré-aquecimento até que o problema, como o desaparecimento de rachaduras, seja resolvido.
Por outro lado, em algumas situações específicas, pode ser possível atingir o objetivo pretendido mesmo que a temperatura de pré-aquecimento seja inferior ao valor recomendado ou à temperatura especificada na especificação de produção.
Para evitar o amolecimento do material causado pelo pré-aquecimento, é importante prestar atenção às habilidades reais de operação.
Escolha processos de soldagem e eletrodos que introduzam raramente o hidrogênio.
Existem certas técnicas que podem ajudar a reduzir ou aliviar a tensão residual.
É necessário um monitoramento cuidadoso para garantir o uso correto do método de pré-aquecimento.
As descrições a seguir são essenciais para a implementação bem-sucedida dessas técnicas.
As habilidades de soldagem têm um impacto significativo na retração da solda, tensão residualcontrole de entrada de calor e prevenção de rachaduras.
As soldas curtas têm menos retração longitudinal do que as soldas longas.
A soldagem de retorno ou sequências especiais de soldagem podem ser empregadas para reduzir as tensões residuais.
A entrada de calor deve ser controlada ou reduzida.
As soldas lineares com pequenas oscilações devem ser usadas em vez daquelas com grandes oscilações.
Processos de fabricação apropriados podem ajudar a reduzir ou eliminar crateras e rachaduras de solda.
Com base na experiência, para evitar rachaduras devido à insuficiência de material de depósito de solda (que também é um requisito em muitas especificações de produção), a quantidade de metal depositado deve ser de, no mínimo, 10 mm (3/8 pol.) ou 25% da espessura do sulco de solda.
Em oficinas ou campos, o pré-aquecimento pode ser feito por meio de aquecimento por chama (ar-combustível ou acetileno), aquecimento por resistência, aquecimento por indução eletrônica e outros métodos.
Independentemente do método usado, o pré-aquecimento deve ser uniforme.
A menos que haja requisitos específicos, o pré-aquecimento deve penetrar em toda a espessura da solda.
A Figura 1 mostra equipamentos que usam aquecimento por resistência (sem isolamento, aplicação posterior) e aquecimento por indução.
Fig. 1 - Aquecimento por resistência (esquerda) e aquecimento por indução (direita)
Vários dispositivos podem ser usados para medir e monitorar a temperatura.
Os componentes ou as soldas a serem soldadas devem ser pré-aquecidos até que o material esteja totalmente saturado de calor.
Sempre que possível, o grau de penetração térmica deve ser testado ou avaliado.
Para a maioria dos aplicações de soldagemSe o valor da temperatura for muito alto, geralmente é suficiente monitorar a temperatura a uma distância da borda da solda.
O monitoramento ou a leitura da temperatura não deve contaminar o ranhura de solda.
Canetas indicadoras ou ferramentas semelhantes a lápis são usadas para determinar a temperatura mínima atingida durante o pré-aquecimento. Essas ferramentas derretem em uma temperatura específica, o que permite um método simples e econômico de determinar a temperatura de fusão da caneta.
Entretanto, se a temperatura da peça de trabalho exceder a temperatura de fusão da caneta indicadora, ela não funcionará adequadamente. Nesses casos, pode ser necessário usar várias canetas indicadoras com diferentes temperaturas de fusão para garantir leituras precisas da temperatura.
Para operações de pré-aquecimento e soldagem, também podem ser usados equipamentos de medição direta, como pirômetros de contato ou termopares de leitura direta com leituras analógicas ou digitais. Esses instrumentos devem ser calibrados ou ter sua capacidade de medir a faixa de temperatura verificada de alguma forma.
O termopar, em particular, tem a vantagem de monitorar e armazenar dados continuamente. Como resultado, ele pode ser usado com um registrador de curva ou sistema de aquisição de dados durante as operações de pré-aquecimento ou tratamento térmico pós-soldagem (PWHT).
A norma D10.10 da American Welding Society (AWS) fornece vários esquemas e exemplos de posições adequadas de colocação de termopares.
Por muitos anos, vários "métodos indígenas" foram usados para determinar se a temperatura de pré-aquecimento é suficiente. Um desses métodos é borrifar saliva ou fumaça diretamente sobre a peça de trabalho. O som produzido pela saliva é usado como indicador de temperatura, embora esse método não seja muito preciso. Algumas pessoas experientes ainda usam essa técnica.
Uma maneira mais precisa de determinar a temperatura de pré-aquecimento é usar um maçarico de acetileno. A chama é ajustada para produzir alta carbonização, criando uma camada de fumaça cinza na área a ser pré-aquecida. A tocha de soldagem é então ajustada para produzir fumaça média e é usada para aquecer a área de fumaça cinza. Quando a fumaça cinza desaparece, isso indica que a temperatura da superfície atingiu mais de 400°F (200°C).
É importante garantir que a temperatura de pré-aquecimento seja atingida em toda a espessura da peça de trabalho e da área de soldagem. A maior parte do monitoramento é feita apenas para a superfície externa da peça de trabalho, mas a norma AWS D10.10 fornece práticas recomendadas para a zona de imersão e exige que toda a espessura da peça de trabalho seja aquecida durante a soldagem de tubos.
É necessária uma observação cuidadosa durante o pré-aquecimento para evitar o superaquecimento do metal base, especialmente ao usar métodos de aquecimento por resistência ou por indução. Muitos expedidores agora exigem a colocação de termopares sob cada placa de aquecimento por resistência ou conjunto de bobina de indução para monitorar e evitar o superaquecimento.
Independentemente da necessidade de pré-aquecimento e do método de pré-aquecimento utilizado, o pré-aquecimento oferece vários benefícios, incluindo
Ao pré-aquecer, é melhor aquecer uniformemente toda a espessura da solda até a temperatura de pré-aquecimento especificada. O superaquecimento de uma área local pode causar danos materiais, portanto, deve ser evitado ao máximo.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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