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Principais técnicas para corrigir a deformação da soldadura

Última atualização:
18 de abril de 2024
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Índice

Durante o fabrico de componentes estruturais soldados, embora seja tomada uma série de medidas necessárias, ocorre frequentemente uma deformação residual inevitável; por conseguinte, quando a deformação residual excede os requisitos técnicos, devem ser tomadas medidas para a corrigir.

Os métodos de correção mais comuns incluem a correção manual, a correção mecânica, a correção por chama e a correção electromagnética, etc.

1. Método de correção manual

O método de correção manual envolve a utilização de ferramentas, tais como martelos, para bater nas partes deformadas da soldadura. Este método é utilizado principalmente para a deformação por flexão de soldaduras pequenas e simples e para a deformação ondulatória de chapas finas.

2. Método de correção mecânica

São normalmente utilizadas prensas hidráulicas, macacos, máquinas de endireitar especializadas e martelos. São aplicadas forças externas para causar deformação plástica no componente oposta à direção da deformação da soldadura, neutralizando-se assim mutuamente. A Figura 9-80 mostra um esquema do endireitamento mecânico de uma viga em I dobrada após a soldadura, utilizando uma prensa ou um macaco. A deformação angular da flange da viga em I pode ser corrigida utilizando a máquina de rolos mostrada na Figura 9-81.

Figura 9-80 Correção mecânica da deformação após a soldadura da viga em I
Figura 9-80 Correção mecânica da deformação após a soldadura da viga em I

a) Correção da prensa b) Correção do macaco

A deformação após a soldadura é causada principalmente pelo encolhimento da soldadura e da sua área próxima. Se forjar ou laminar ao longo da área da soldadura para obter um alongamento plástico, pode compensar a deformação plástica que ocorre durante a soldadura, eliminando assim a deformação. Pequenas peças soldadas com poucas quantidades são geralmente forjadas com um martelo manual. Para estruturas de chapa fina com soldaduras regulares, pode ser utilizado equipamento de laminagem para laminar a soldadura e as suas áreas próximas, obtendo bons efeitos técnicos e económicos.

Figura 9-81 Correção da deformação angular de uma viga em I soldada utilizando uma máquina de rolos
Figura 9-81 Correção da deformação angular de uma viga em I soldada utilizando uma máquina de rolos

A Figura 9-82 mostra um esquema da correção da deformação por flexão de um cilindro de alumínio após a soldadura, utilizando uma máquina de laminagem, em que a costura longitudinal é laminada. Mudando a direção do rolo de pressão, também se pode laminar a soldadura circunferencial. O forjamento por laminagem da soldadura não só elimina a deformação residual da soldadura como também elimina a tensão residual da soldadura.

Os métodos de correção mecânica só são adequados para estruturas simples de peças soldadas médias e pequenas.

Figura 9-82 Esquema da laminagem da soldadura longitudinal de um cilindro de alumínio
Figura 9-82 Esquema da laminagem da soldadura longitudinal de um cilindro de alumínio

3. Método de correção da chama

O método de correção por chama, também conhecido como método de correção por aquecimento, utiliza uma chama como fonte de calor para aquecer localmente o metal, provocando a sua deformação plástica por compressão. À medida que o metal arrefece, contrai-se, e a deformação causada por esta contração é utilizada para contrabalançar a deformação residual causada pela soldadura.

Este método utiliza geralmente um maçarico a gás e não necessita de equipamento especializado. É simples e cómodo de operar, flexível e pode ser utilizado para corrigir estruturas grandes e complexas.

(1) Os três elementos essenciais da correção das chamas

Existem três factores principais que determinam o efeito da correção da chama: a posição de aquecimento, a temperatura de aquecimento e a forma da área aquecida.

1) Posição de aquecimento

É o fator chave para o sucesso ou fracasso. Uma posição de aquecimento incorrecta não só não corrigirá a deformação, como poderá mesmo agravar a deformação existente. Por conseguinte, a posição de aquecimento selecionada deve causar a deformação na direção oposta à deformação residual da soldadura, para a contrariar.

As principais razões para a flexão ou deformação angular são o facto de as soldaduras estarem concentradas num dos lados do eixo neutro da peça de trabalho. Para corrigir estas deformações, a posição de aquecimento deve ser escolhida no lado oposto do eixo neutro, como se mostra na Figura 9-83. Quanto mais longe a posição de aquecimento estiver do eixo neutro, melhor será o efeito de correção.

Figura 9-83 Posição de aquecimento para correção da chama
Figura 9-83 Posição de aquecimento para correção da chama

a) Deformação angular da soldadura de acumulação b) Deformação de flexão do tubo com aletas

2) Temperatura de aquecimento

A temperatura da área aquecida deve ser superior à da área adjacente não aquecida, fazendo com que o metal aquecido se expanda termicamente e seja obstruído, resultando em deformação plástica compressiva. Para chapas grossas de aço-carbono ou componentes soldados com elevada rigidez, temperaturas de aquecimento locais superiores a 100°C podem produzir deformação plástica compressiva. Na produção, a temperatura para o aquecimento por correção de chama do aço estrutural é geralmente controlada entre 600~800°C.

A medição da temperatura no local é inconveniente, geralmente, a cor da parte aquecida é observada com os olhos para estimar a temperatura aproximada. A Tabela 9-13 lista as cores da superfície da chapa de aço durante o processo de aquecimento e as temperaturas correspondentes.

Quadro 9-13 Cores da superfície da chapa de aço e respectivas temperaturas

CorTemperatura (°C)
Castanho-escuro-Vermelho550-580
Castanho-vermelho580-650
Vermelho cereja escuro650-730
Vermelho cereja profundo730-770
Vermelho cereja770-800
Vermelho cereja claro800-830
Vermelho cereja brilhante830-960
Laranja-Amarelo960-1050
Amarelo escuro1050-1150
Amarelo brilhante1150-1250
Branco-amarelo1250-1300

3) A forma da zona de aquecimento.

As formas da área de aquecimento incluem ponto, risca e triângulo, como mostra a Figura 9-84, com o aquecimento por ponto mostrado na Figura 9-85, o aquecimento por linha mostrado na Figura 9-86 e o aquecimento por triângulo mostrado na Figura 9-87.

Figura 9-84 Correção da chama e formas das zonas de aquecimento

a) Ponto b) Risca c) Triângulo

Figura 9-85 Aquecimento por pontos
Figura 9-86 Aquecimento da linha

a) Aquecimento direto b) Aquecimento em cadeia c) Aquecimento em banda

Figura 9-87 Aquecimento triangular

(2) Métodos comuns de correção da chama

Os métodos comuns para corrigir a deformação da soldadura por chama são apresentados na Tabela 9-14.

Tabela 9-14 Métodos para corrigir a deformação da soldadura por aquecimento

Método de aquecimentoMétodosNota
Aquecimento pontilhado
(Ver Figura 9-85)
Dependendo da deformação, o calor pode ser aplicado num ou em vários pontos

d=φ15 a φ30mm
a=50~100mm
1. Utilizar geralmente chama neutra de oxiacetileno

2. Prestar atenção às propriedades do material que está a ser corrigido

3. Prestar atenção à temperatura ambiente do local de trabalho

4. Ao corrigir placas finas, utilizar um martelo de madeira para martelar

5. Primeiro, planear os locais e as etapas de aquecimento de acordo com a deformação

6. Para os aços de alta resistência que tenham sido tratados termicamente, a temperatura de aquecimento não deve exceder a temperatura de têmpera

7. Quando se utiliza o arrefecimento a água em conjunto com a correção da chama, o aço deve ser arrefecido até perder o seu estado vermelho antes de se deitar água

8. O local de aquecimento é normalmente afastado da soldadura

9. Se o processo subsequente após a correção for a soldadura ou o corte a gás, a quantidade necessária de deformação inversa pode ser feita durante o processo de correção da chama

10. A cor correspondente à temperatura durante o processo de aquecimento é apresentada na Tabela 9-13
Aquecimento linear
(Ver Figura 9-86)
A chama move-se em linha reta e pode também fazer oscilações laterais na direção da largura, com uma largura de aquecimento de 0,5 a 2 vezes a espessura da placa
Aquecimento triangular

(ver Figura 9-87)
No bordo do aço corrigido, aquecer um triângulo com o vértice virado para dentro
O calor, a água e a eletricidade são utilizados em combinação.Ao aquecer e corrigir estruturas de placas finas, o arrefecimento com água ou a força externa podem ser utilizados simultaneamente para melhorar o efeito de correção

Na Figura 9-88 são apresentados exemplos de correção por chama da deformação da soldadura.

Figura 9-88 Exemplo de correção por chama da deformação da soldadura
Figura 9-88 Exemplo de correção por chama da deformação da soldadura

a) Flexão lateral de um arco de aço assimétrico

b) Deflexão para cima de uma viga em I assimétrica

c) Deformação angular da junta em arco de topo

d) Deformação ondulada de uma placa fina média

(3) Resultados do ensaio após correção da chama

Os resultados dos ensaios de correção da chama para alguns aços de baixa liga normalmente utilizados são apresentados no Quadro 9-15.

Quadro 9-15 Resultados parciais dos ensaios de aços estruturais de baixa liga comummente utilizados após correção da chama

Grau de açoConclusões experimentais e precauções
14MnNbOs ensaios de correção de chama em vigas soldadas à fadiga mostram que a correção de chama tem pouco efeito nas propriedades do aço
Q345 (16Mn)Com boa correção de chama e placa de flexão hidrotérmica  desempenho. Quando a temperatura de aquecimento da placa de flexão hidrotérmica é de cerca de 650°C, as propriedades mecânicas quase não são afetadas, e mesmo após o aquecimento a 850~900°C, ainda tem força e plasticidade suficientes
Q390(15MnV)A correção do aquecimento local com chama de oxi-acetileno não afecta as propriedades mecânicas do aço
Q420A correção do aquecimento local com chama de oxi-acetileno não afecta as propriedades mecânicas do aço
14MnVTiXtA correção do aquecimento local com chama de oxi-acetileno não afecta as propriedades mecânicas do aço
10MnPNbXtA correção local com chama de oxi-acetileno não afecta as propriedades mecânicas do aço
Q390(15MnTi)Pode ser utilizada a correção com chama de oxi-acetileno e as chapas de aço finas podem também utilizar chapas de flexão hidrotérmica
08MnPXtAo corrigir a deformação com cozedura por chama local, a temperatura deve estar entre 600~700°C. Porque a 600~700°C, os grãos começam a crescer, e a 700~800°C, as estruturas Widmanstätten aparecem
Q345 (09MnCuPTi)Os grãos da placa fina são ainda finos a 900°C, e as estruturas de Widmanstätten aparecem a 900~1000°C, pelo que a temperatura para a correção local da cozedura deve ser de 700~800°C, evitando a utilização da correção hidrotérmica

A placa de flexão por fogo de água é um nome de processo na construção naval. O processo é exatamente o mesmo que o endireitamento por chama; envolve a utilização de uma chama para aquecer localmente a chapa de aço para obter a deformação desejada, com arrefecimento rápido por água durante o processo de aquecimento.

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