Processo
O pré-aquecimento consiste em aquecer a peça a ser soldada a uma temperatura acima da temperatura ambiente antes ou durante a soldagem. O pré-aquecimento é exigido pelas especificações antes e depois da soldagem. No entanto, outros métodos podem ser utilizados em determinadas condições. Independentemente de ser obrigatório ou não, o pré-aquecimento apresenta diversas vantagens:
• Reduzir as tensões de contração na solda e no metal base adjacente, o que é especialmente aplicável a soldas com valores de tensão elevados.
• Diminua a taxa de resfriamento durante a faixa de temperatura crítica durante o resfriamento da solda, evitando o endurecimento excessivo e a redução da ductilidade da solda e da zona afetada pelo calor (ZAC).
• Diminuir a taxa de resfriamento na faixa de temperatura de 400°F permite mais tempo para que o hidrogênio escape da solda e do metal base adjacente, evitando trincas induzidas por hidrogênio.
• Remover contaminantes.
• A quantidade de pré-aquecimento não é determinada pelo padrão mínimo da especificação, mas por um ou mais dos seguintes métodos:
Tabelas de Cálculo
Ao longo da história, existiram diversas "tabelas de cálculo de pré-aquecimento". Muitas delas têm o formato de réguas de cálculo lineares ou circulares e preveem a temperatura de pré-aquecimento identificando o material e a espessura do metal base.
Equivalente de carbono
O equivalente de carbono (CE) é uma forma de determinar se e em que medida o pré-aquecimento é necessário.
Se CE ≤ 0,45%, o pré-aquecimento pode ser selecionado arbitrariamente.
Se 0,45 ≤ CE ≤ 0,60%, a faixa de temperatura de pré-aquecimento é de 200°F a 400°F (100°C a 200°C).
Se CE > 0,60%, a faixa de temperatura de pré-aquecimento é de 400° a 700°F (200°–350°C).
Quando CE > 0,5, considere adiar o exame não destrutivo (END) final por pelo menos 24 horas para determinar se ocorreu fissuração tardia.
Parâmetros da rachadura
Quando o equivalente de carbono for igual ou inferior a 0,17% em peso, ou quando se utilizarem aços de alta resistência, pode-se usar o método de detecção de trincas por parâmetros (Pcm) de Ito & Bessyo. Este método permite prever com precisão o momento ideal para o pré-aquecimento, quando forçar o pré-aquecimento e a que temperatura. Especificamente
Se Pcm ≤ 0,15%, pré-aqueça a qualquer temperatura.
Se 0,15% < Pcm < 0,26–0,28%, pré-aqueça a 200°– 400°F (100°–200°C).
Se Pcm > 0,26–0,28%, pré-aqueça a 400°–700°F (200°–350°C).
Teste de faísca
O teste de faísca tem sido usado há décadas como um método para estimar o teor de carbono do aço carbono. Quanto maior o teor de carbono, melhor a faísca e maior o pré-aquecimento necessário. Este método, embora não seja muito preciso, é simples. Ele permite determinar a temperatura de pré-aquecimento relativamente alta ou baixa.
Regra prática
Outro método menos preciso, porém eficaz, para selecionar a temperatura de pré-aquecimento é calcular o aumento da temperatura de pré-aquecimento em 100 °F (50 °C) para cada 10 pontos percentuais de teor de carbono (0,10% em peso). Por exemplo, se o teor de carbono for de 0,25% em peso, a temperatura de pré-aquecimento será de 250 °F (125 °C) ou, pelo menos, começará em 250 °F (125 °C). Se houver revestimentos ou outros componentes próximos à solda, a temperatura de pré-aquecimento determinada pela especificação original de fabricação não será apropriada. No entanto, se a entrada de calor da solda estiver próxima do limite máximo permitido pelo processo padrão, o calor transferido para os componentes soldados poderá ser compensado pela entrada de calor da solda, fazendo com que o metal afetado seja aquecido até ou acima do requisito mínimo de pré-aquecimento, permitindo que um pré-aquecimento mais moderado seja aplicado externamente. É importante observar que faixas de valores e conversões imprecisas (°F para °C) são utilizadas aqui. Isso é intencional. O pré-aquecimento não é uma ciência exata. Em muitos casos, é normal continuar aumentando a temperatura de pré-aquecimento até que o problema seja resolvido (como o desaparecimento de trincas). Por outro lado, em certas aplicações específicas, mesmo uma temperatura de pré-aquecimento inferior à recomendada ou exigida pela especificação pode alcançar o resultado desejado.
Aplicação prática
É preciso também atentar para as habilidades práticas, a fim de evitar problemas com o amolecimento do material induzido pelo pré-aquecimento. Selecione processos de soldagem e eletrodos que introduzam menos hidrogênio. Certas técnicas podem reduzir ou minimizar as tensões residuais. Monitore cuidadosamente para garantir que o método de pré-aquecimento esteja sendo usado corretamente. As descrições a seguir são importantes para o uso bem-sucedido dessas técnicas.
Dimensões e técnicas de ranhuras de soldagem
As técnicas utilizadas no processo de soldagem têm um grande impacto na contração da solda na peça de trabalho, nos resultados de tensão residual, no controle da entrada de calor e na prevenção de trincas.
Soldas curtas sofrem menos contração longitudinal do que soldas longas. As tensões residuais também podem ser reduzidas utilizando soldagem com a técnica de soldagem reversa ou sequências de soldagem especiais.
Controle ou reduza a entrada de calor. Soldas lineares com pequenas oscilações podem ser usadas em vez de soldas com grandes oscilações.
Reduzir rachaduras
Crateras de arco elétrico e trincas de solda podem ser reduzidas ou eliminadas com o uso de processos de fabricação adequados.
1) As soldas com seções transversais circulares apresentam menor incidência de fissuras quando soldadas, em comparação com soldas com seções transversais finas e largas.
2) Evite partidas ou paradas bruscas. A operação de soldagem e a formação da solda são controladas por meio de técnicas de soldagem com inclinação ascendente/descendente ou por métodos elétricos da fonte de energia de soldagem.
3) Deve haver material depositado suficiente para evitar fissuras causadas pela contração da solda ou pela soldagem normal. Uma regra prática para evitar fissuras devido à quantidade insuficiente de material depositado (e exigida por muitas especificações de produção) é depositar pelo menos 10 mm (3/8 pol.) ou 25% da espessura do chanfro de solda.
Métodos de pré-aquecimento
O pré-aquecimento pode ser feito na oficina ou em campo por aquecimento por chama (ar-combustível ou acetileno), aquecimento por resistência ou aquecimento por indução elétrica. Independentemente do método utilizado, o pré-aquecimento deve ser uniforme e, salvo indicação em contrário, em toda a espessura da solda. A Figura 1 mostra equipamentos que utilizam aquecimento por resistência (sem isolamento, conforme descrito posteriormente) e por indução.
Monitoramento de pré-aquecimento
Diversos equipamentos podem ser utilizados para medir e monitorar a temperatura. A montagem ou soldagem deve ser pré-aquecida para garantir a penetração completa do calor no material. Se possível, o grau de penetração do calor deve ser testado ou avaliado. Geralmente, para a maioria das aplicações de soldagem, monitorar a temperatura a uma certa distância da borda da solda é suficiente. O monitoramento ou a leitura do valor da temperatura não devem causar contaminação do chanfro da solda.
Indicadores de temperatura
Essas canetas ou ferramentas em formato de lápis derretem a uma determinada temperatura e podem ser usadas para determinar de forma fácil e econômica a temperatura mínima a ser atingida durante o pré-aquecimento, ou seja, a temperatura na qual a caneta derrete. A desvantagem é que não funcionará se a temperatura da peça estiver acima da temperatura de fusão da caneta. Quando a temperatura da peça estiver muito alta, serão necessárias mais canetas com diferentes temperaturas de fusão.
Monitoramento eletrônico de temperatura
Para operações de pré-aquecimento e soldagem, também podem ser utilizados dispositivos de medição direta, como pirômetros de contato ou termopares de leitura direta (com leituras analógicas ou digitais). Todos os dispositivos de medição devem ser calibrados ou possuir algum método de verificação de sua capacidade de medir a faixa de temperatura. Como os termopares podem monitorar e armazenar dados continuamente, eles podem ser utilizados com registradores de curvas ou sistemas de aquisição de dados para operações de pré-aquecimento ou tratamento térmico pós-soldagem (PWHT). A norma AWS D10.10 fornece diversos esquemas e exemplos de posicionamento de termopares.
Monitoramento “caseiro”
Muitos métodos "caseiros" têm sido usados por décadas para determinar se a temperatura de pré-aquecimento é adequada. Um deles, claro, é borrifar saliva ou líquido inflamável diretamente na peça de trabalho. O "estalo" da saliva indica a temperatura. Embora não seja muito preciso, muitos profissionais experientes ainda o utilizam.
Outro método mais preciso para determinar a temperatura de pré-aquecimento é usar um maçarico de acetileno. A chama é ajustada para alta carbonização, o que acumula uma camada de fuligem na área a ser pré-aquecida. Em seguida, o maçarico é ajustado para fumaça média, aquecendo a área com fuligem. Quando a fuligem desaparece, a temperatura da superfície pode atingir mais de 200 °C (400 °F).
Certifique-se de que a temperatura de pré-aquecimento seja atingida em toda a espessura da peça e na área de soldagem. A maioria dos monitoramentos se concentra apenas na superfície externa da peça. A prática recomendada da norma AWS D10.10 fornece um guia útil para zonas de homogeneização e exige que toda a espessura da peça seja aquecida ao soldar tubos.
Durante o pré-aquecimento, é necessário observar atentamente para evitar o superaquecimento do metal base, especialmente ao usar métodos de aquecimento por resistência ou indução. Muitas empresas de transporte agora exigem a instalação de termopares sob cada placa de aquecimento por resistência ou bobina de indução para monitorar e evitar o superaquecimento.
Resumo
Independentemente de ser necessário ou não o pré-aquecimento, e do método utilizado, este proporciona os seguintes benefícios: reduz as tensões de contração na solda e no metal base adjacente, o que é particularmente benéfico para juntas soldadas com alta restrição; diminui a taxa de resfriamento da peça na faixa de temperatura crítica, evitando o endurecimento excessivo da peça e reduzindo o amolecimento da solda e da ZTA (Zona Termicamente Afetada); diminui a taxa de resfriamento da peça ao passar pela faixa de temperatura de 200 °C (400 °F), permitindo que o hidrogênio tenha mais tempo para se difundir da solda e do metal base adjacente, prevenindo trincas induzidas por hidrogênio; remove a contaminação; ao pré-aquecer, é melhor aquecer toda a espessura da solda uniformemente na temperatura de pré-aquecimento especificada. O aquecimento localizado excessivo pode causar danos ao material, portanto, tente evitá-lo.
Data da publicação: 04/11/2024