Você já se perguntou por que o tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) é essencial para estruturas soldadas? Esse processo é fundamental para reduzir a tensão residual, evitar rachaduras e aumentar a durabilidade dos componentes soldados. Ao aquecer e resfriar as soldas, o PWHT melhora as propriedades mecânicas e garante o desempenho a longo prazo. Mergulhe neste artigo para entender os métodos, os benefícios e as considerações do PWHT e saiba como ele pode afetar significativamente a qualidade e a segurança das construções soldadas.
A tensão residual da soldagem é causada pela distribuição desigual da temperatura nas peças soldadas, pela expansão e contração térmicas do metal de solda, etc. Portanto, o acompanhamento da construção da soldagem inevitavelmente gerará tensão residual.
O método mais comum de eliminar a tensão residual é o revenimento em alta temperatura, ou seja, aquecer as peças soldadas a uma determinada temperatura e mantê-las por um determinado tempo em um forno de tratamento térmico.
Ao reduzir o limite de escoamento do material em alta temperatura, o fluxo plástico ocorre em áreas com altas tensões internas, a deformação elástica diminui gradualmente e a deformação plástica aumenta gradualmente, reduzindo assim a tensão.
O efeito do tratamento térmico pós-solda sobre a resistência à tração e o limite de fluência dos metais está relacionado à temperatura e ao tempo de permanência do tratamento térmico. A resistência ao impacto do metal de solda após o tratamento térmico varia de acordo com os diferentes tipos de aço.
Em geral, o tratamento térmico pós-soldagem é a têmpera simples de alta temperatura ou a normalização mais a têmpera de alta temperatura. Para juntas de solda a gás, o tratamento térmico de normalização mais têmpera de alta temperatura é usado porque os grãos na solda e na zona afetada pelo calor da soldagem a gás são grosseiros e precisam ser refinados por meio da normalização.
Entretanto, um único tratamento de normalização não pode eliminar tensão residualPortanto, o revenimento em alta temperatura é necessário para eliminar a tensão. A têmpera intermediária simples só é adequada para a soldagem de montagem de grandes contêineres comuns de aço com baixo teor de carbono no canteiro de obras, com o objetivo de eliminar parcialmente a tensão residual e remover o hidrogênio.
Na maioria dos casos, opta-se por uma única têmpera de alta temperatura. O aquecimento e o resfriamento durante o tratamento térmico não devem ser muito rápidos, e as paredes interna e externa devem ser aquecidas uniformemente.
Há dois tipos de métodos de tratamento térmico usados para vasos de pressão: um é o tratamento térmico para melhorar as propriedades mecânicas e o outro é o tratamento térmico pós-soldagem (PWHT).
Em termos gerais, o PWHT é um tratamento térmico realizado na área soldada ou nos componentes soldados após a soldagem da peça de trabalho.
O conteúdo específico inclui alívio do estresse recozimentoO tratamento de recozimento completo, o tratamento de solução sólida, a normalização, a normalização e a têmpera, a têmpera, o alívio de tensões em baixa temperatura, o tratamento de precipitação, etc.
Em termos gerais, o PWHT refere-se apenas ao recozimento de alívio de tensão, que aquece de maneira uniforme e suficiente a área soldada e as peças relacionadas abaixo da temperatura de transição de fase do metal para melhorar o desempenho da área soldada e eliminar os efeitos prejudiciais da tensão residual da soldagem, seguido de resfriamento uniforme.
Em muitos casos, o tratamento térmico discutido para o PWHT é essencialmente um recozimento de alívio de tensão após a soldagem.
(1) Relaxar tensão residual de soldagem.
(2) Estabilizar a forma e o tamanho da estrutura, reduzir a distorção.
(3) Melhorar o desempenho do metal de base e juntas soldadasincluindo:
(4) Melhorar a resistência à corrosão sob tensão.
(5) Liberar ainda mais gases nocivos, especialmente hidrogênio, no metal de solda para evitar rachaduras retardadas.
A necessidade de tratamento térmico pós-soldagem para vasos de pressão deve ser claramente especificada no projeto, e os padrões atuais de projeto de vasos de pressão têm requisitos para isso.
A área soldada de um vaso de 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 hidrogênio na solda, ela causa o endurecimento da zona afetada pelo calor, levando à ocorrência de trincas a frio e trincas retardadas.
A tensão estática existente na solda ou a tensão de carga dinâmica durante a operação, combinada com a corrosão do meio, pode causar rachaduras por corrosão sob tensão, conhecidas como SCC.
A tensão residual da soldagem e o endurecimento martensítico causado pela soldagem são fatores importantes na geração de trincas por corrosão sob tensão.
Os resultados da pesquisa mostraram que o principal efeito da deformação e da tensão residual em materiais metálicos é transformar a corrosão uniforme em corrosão localizada, ou seja, corrosão intergranular ou transgranular. Obviamente, tanto a rachadura por corrosão quanto a corrosão intergranular ocorrem em meios com determinadas características para aquele metal específico.
Na presença de tensão residual, dependendo da composição, da concentração e da temperatura diferentes do meio corrosivo, bem como das diferenças na composição, na estrutura, no estado da superfície e no 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 vasos de pressão soldados deve ser determinada considerando-se a finalidade e o tamanho do vaso (especialmente a espessura do painel da parede), o desempenho dos materiais usados e as condições de trabalho. Se qualquer uma das situações a seguir ocorrer, o tratamento térmico pós-soldagem deve ser considerado:
As tensões residuais que atingem o ponto de escoamento são formadas nas proximidades do costura de solda em vasos de pressão soldados de aço. A geração dessa tensão está relacionada à transformação da estrutura contendo austenita.
Muitos pesquisadores apontaram que um processo de têmpera a 650°C pode eliminar com eficácia a tensão residual após a soldagem de vasos de pressão de 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.
Em geral, acredita-se que o tratamento térmico de alívio de tensão se refere ao processo no qual a peça soldada é aquecida a 500-650°C e, em seguida, resfriada lentamente. A redução da tensão se deve à fluência em alta temperatura, que começa a 450°C no aço carbono e a 550°C no aço contendo molibdênio.
Quanto mais alta a temperatura, mais fácil é eliminar o estresse. No entanto, quando a temperatura de revenimento original do aço for ultrapassada, a resistência do aço diminuirá. Portanto, é necessário controlar a temperatura e o tempo no tratamento térmico de alívio de tensão.
Entretanto, no estresse interno da solda, a tensão de tração e a tensão de compressão sempre coexistem, e a tensão e a deformação elástica existem simultaneamente.
Com o aumento da temperatura do aço, a resistência ao escoamento diminui, e a deformação elástica original se transforma em deformação plástica, resultando em relaxamento da tensão.
Quanto mais alta for a temperatura de aquecimento, mais completamente o estresse interno poderá ser eliminado. No entanto, quando a temperatura for muito alta, a superfície do aço será seriamente oxidada.
Além disso, para a temperatura PWHT de temperado e revenido aços, o princípio deve ser o de não exceder a temperatura de revenimento original do aço, geralmente cerca de 30 graus mais baixa do que a temperatura de revenimento original do aço.
Caso contrário, o material perderá seu efeito de resfriamento, e a resistência e a tenacidade à fratura diminuirão. Os profissionais de tratamento térmico devem dar atenção especial a esse ponto.
Quanto mais alta for a temperatura do tratamento térmico pós-soldagem para alívio de tensões, maior será o grau de amolecimento do aço, geralmente aquecido até a temperatura de recristalização do aço, e a tensão interna poderá ser eliminada. A temperatura de recristalização está intimamente relacionada à temperatura de fusão.
Em geral, a temperatura de recristalização K = 0,4X a temperatura de fusão (K). Quanto mais próxima a temperatura do tratamento térmico estiver da temperatura de recristalização, mais eficaz será o alívio da tensão residual.
O tratamento térmico pós-soldagem nem sempre é vantajoso. Em geral, o tratamento térmico pós-soldagem é benéfico para atenuar a tensão residual e só é realizado nos casos em que são necessários requisitos rigorosos de corrosão sob tensão.
No entanto, o teste de resistência ao impacto dos espécimes mostra que o tratamento térmico pós-solda é prejudicial para a melhoria da resistência do metal de solda e da zona afetada pelo calor e, às vezes, pode ocorrer rachadura intergranular dentro da faixa de engrossamento do grão da zona afetada pelo calor.
Além disso, o PWHT se baseia na diminuição da resistência do material em altas temperaturas para obter o alívio da tensão. Portanto, durante o PWHT, a estrutura pode perder a rigidez.
Para estruturas que adotam o PWHT total ou parcial, a capacidade de suporte da junta soldada em altas temperaturas deve ser considerada antes do tratamento térmico.
Portanto, ao considerar a possibilidade de realizar o tratamento térmico pós-soldagem, as vantagens e desvantagens do tratamento térmico devem ser comparadas de forma abrangente.
Do ponto de vista do desempenho estrutural, há aspectos que podem melhorar o desempenho e aspectos que podem reduzir o desempenho. Julgamentos razoáveis devem ser feitos com base em uma consideração abrangente de ambos os aspectos.
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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