Técnicas de endireitamento de metais: Dos métodos manuais aos métodos de chama

Seção Um: Endireitamento manual

I. Causas da deformação do aço

Várias chapas e perfis geralmente se deformam até certo ponto devido a forças externas, soldagem e aquecimento desigual. Se a deformação exceder as especificações técnicas, ela deverá ser corrigida. O endireitamento é o processo de restauração da geometria deformada para dentro da faixa técnica especificada.

As causas da deformação são as seguintes:

1. Deformação causada por tensão residual no aço

Durante o processo de laminaçãoO aço laminado a frio pode desenvolver tensões residuais que causam deformação. Inconsistências no alongamento de chapas finas laminadas a frio também podem levar à deformação.

2. Deformação causada durante o processamento do aço

O metal sofre deformação quando as tensões residuais formadas durante a laminação são liberadas por meio de corte a gás; a deformação ocorre durante a soldagem do aço devido ao aquecimento localizado, e esse aquecimento desigual gera tensão na soldagem; além disso, o transporte, o armazenamento ou o manuseio inadequados também podem causar deformação localizada. Em resumo, as causas da deformação do aço são multifacetadas e complexas.

II. Métodos para medir o grau de deformação do aço

A deformação do aço não deve exceder as tolerâncias, caso contrário, afetará a numeração das peças, o corte e outras etapas de processamento, reduzindo a precisão da usinagem e até mesmo afetando a montagem correta de toda a estrutura. Portanto, é necessário corrigi-lo para eliminar ou limitar sua deformação dentro da faixa especificada.

As tolerâncias para o aço antes do uso são mostradas na Tabela 6-1.

Tabela 6-1 Tolerâncias para aço antes do uso

Precisão geométrica	Diagrama simplificado	Valor de tolerância
Deflexão local de placas de aço e aço plano		Quando δ≥14 mm, f≤1 mm; quando δ<14 mm, f≤1,5 mm
Retidão de cantoneiras de aço, canais de aço, vigas I e tubos		f≤L/1000           ≤5mm
Verticalidade de ambos os lados do ângulo de aço		Δ≤b/100
Inclinação de flanges de vigas I e canais de aço		Δ≤b/80

III. Princípios básicos e métodos de correção manual

A correção manual é uma habilidade básica que deve ser dominada na produção real. Quando não há equipamentos de correção especializados, a correção manual é amplamente utilizada para placas de pequeno porte, perfis, peças cortadas e deformações locais de estruturas soldadas.

A correção manual comum envolve o uso de várias ferramentas, como martelos grandes, martelos e chapas de metal, empregando métodos como martelar, torcer, puxar e empurrar partes específicas da peça de trabalho para estender e expandir o metal mais apertado, tornando os comprimentos de fibra de cada camada consistentes para atingir o objetivo da correção.

1. Correção da deformação da placa fina

(1) Correção da deformação de abaulamento em placas finas

O abaulamento local de placas finas é causado pelo fato de o material estar solto no meio e apertado nas bordas. Durante a correção, comece a martelar a partir da borda da protuberância, irradiando para fora, aumentando a força e a densidade do martelamento à medida que você se move para fora, para esticar as camadas de fibra de dentro para fora em graus variados, eliminando gradualmente a deformação do abaulamento durante o processo de martelamento.

Se houver várias protuberâncias adjacentes no meio da chapa fina, martele suavemente nas junções de cada protuberância para uni-las em uma única protuberância e, em seguida, martele ao redor dela conforme descrito acima para achatá-la. Conforme mostrado na Figura 6-1.

(2) Correção de bordas onduladas em placas finas

Se as bordas da chapa fina estiverem onduladas, isso indica que o material está solto nas bordas e apertado no meio. Durante a correção, martele de fora para dentro, aumentando gradualmente a força e a densidade, para causar maior alongamento das camadas de fibra no meio da placa, conseguindo eliminar a deformação ondulada nas bordas. Conforme mostrado na Figura 6-2.

2. Correção da deformação em placas grossas

A principal deformação em placas grossas é a deformação por flexão. Os dois métodos a seguir são normalmente usados para correção:

1) Martelamento direto no bojo.

A força do martelo deve ser maior do que o ponto de escoamento da placa, fazendo com que a saliência sofra compressão forçada e deformação plástica para achatá-la.

2) Martele a parte côncava da saliência.

O martelamento da área côncava pode usar uma força menor, fazendo com que o material se expanda apenas na área côncava, forçando a área côncava a ser relativamente comprimida, atingindo assim o objetivo de achatamento.

3. Endireitamento manual de perfis e tubos

A deformação por flexão do aço plano, do aço angular, do aço redondo e dos tubos redondos também pode ser corrigida pelo estiramento com martelo, com o ponto de martelamento no lado côncavo da peça de trabalho (a seta no diagrama indica a direção do martelamento e a direção da extensão do material). Conforme mostrado na Figura 6-3.

a) Alongamento de martelo
b) Flexão, torção

Além disso, a deformação por flexão e torção do aço perfilado também pode ser corrigida em plataformas, blocos redondos e tornos de bancada usando ferramentas como martelos e chaves, contando com o momento de flexão formado pela força externa de correção para atingir o objetivo da correção.

Seção dois: Alisamento de chama

I. Princípio do endireitamento por chama

O endireitamento por chama usa a deformação plástica causada pelo aquecimento localizado do metal para compensar a deformação original e atingir o objetivo de endireitar. Durante o endireitamento por chama, o metal nas seções de fibra mais longas do aço ou dos componentes deformados deve ser aquecido de forma controlada com chama focalizada, atingindo uma determinada temperatura para obter uma deformação plástica compressiva irreversível. Após o resfriamento, a tensão de tração é gerada no material circundante, corrigindo a deformação.

O metal tem as características de expansão e contração térmica e pode produzir deformação elástica e plástica sob forças externas. Quando aquecida localmente, a parte aquecida do metal se expande, mas como o metal ao redor é relativamente mais frio, a expansão é impedida, fazendo com que o metal aquecido seja comprimido. Quando a temperatura de aquecimento atinge 600~700°C, a tensão excede o limite de escoamento, resultando em deformação plástica; nesse ponto, a espessura do material aumenta ligeiramente, enquanto o comprimento é menor do que se ele pudesse se expandir livremente.

Para o aço de baixo carbono em geral, quando a temperatura atinge 600~650°C, o limite de escoamento é próximo de zero, e a deformação do material metálico é principalmente a deformação plástica. Agora, vamos explicar usando o exemplo do aquecimento assimétrico em um lado de uma tira longa.

Se o fio de resistência for usado como fonte de calor para aquecer rapidamente um lado AB de uma tira estreita, devido à rápida velocidade de aquecimento, um campo de calor não uniforme distribuído assimetricamente é gerado na tira, conforme mostrado na Figura 6-4 (onde T é a curva de distribuição de temperatura). Cortar tiras estreitas de toda a chapa de aço com um cortador a gás ou soldar ao longo de um lado da tira é semelhante a essa situação.

Para facilitar a compreensão, suponha que a tira seja composta de várias tiras pequenas que não estão conectadas, mas intimamente ligadas umas às outras. Cada tira pequena pode se expandir livremente em sua própria temperatura diferente, resultando em deformações em forma de degrau nas extremidades de cada tira estreita correspondente à curva de temperatura, conforme mostrado na Figura 6-5a.

Na realidade, como a tira é um todo, os materiais em diferentes partes se restringem mutuamente, e a tira apresentará deformação por flexão ao longo da direção do comprimento, conforme mostrado na Figura 6-5b, abaulando-se em direção ao lado aquecido. De acordo com as condições de equilíbrio de tensão, a distribuição de tensão interna da tira durante o aquecimento é mostrada na Figura 6-5c (o metal em ambos os lados é comprimido, o metal no meio é esticado).

Como a temperatura no lado aquecido é alta, a tensão excede o ponto de escoamento, resultando em deformação plástica compressiva. Após o resfriamento, a tira retorna à temperatura inicial, as partes que sofreram deformação plástica compressiva durante o aquecimento se contraem, e a tira terá deformação residual (o lado aquecido é côncavo), com uma distribuição de tensão conforme mostrado na Figura 6-6, que é o oposto da situação durante o aquecimento, com o lado aquecido gerando tensão de tração.

Essa é a regra básica da deformação causada pelo aquecimento localizado da chama e é fundamental para dominar o alisamento por chama.

a) Deformação imaginária da tira
b) Deformação real da face da extremidade
c) Distribuição de estresse

Quando o aquecimento local do metal em forma de tira ou circular é realizado, os padrões de tensão e deformação podem ser analisados de forma semelhante.

II. Características do endireitamento por chama

1) O endireitamento por chama pode alcançar uma força de endireitamento considerável, com efeitos óbvios. Para aço de baixo carbono, o aquecimento de apenas 1 cm ² A área de endireitamento de uma peça de metal para um estado plástico e, em seguida, o resfriamento pode produzir cerca de 24kN de força de endireitamento. Se 0,01 m ² da área de aquecimento do material na peça de trabalho atinge um estado plástico durante o endireitamento, produzirá 2.400kN de força de endireitamento após o resfriamento.

Portanto, o endireitamento por chama não é usado somente para materiais de aço, mas também, de forma mais ampla, para corrigir deformações de várias estruturas de aço de diferentes tamanhos e formas.

2) O equipamento de endireitamento por chama é simples, os métodos são flexíveis e a operação é conveniente. O endireitamento por chama é usado não apenas no processo de preparação de materiais para corrigir chapas e perfis de aço, mas também é amplamente aplicado na correção de várias deformações de estruturas metálicas durante o processo de fabricação, como em navios, veículos, estruturas pesadas, grandes contêineres e correção de caixas, vigas etc.

3) A correção por chama, assim como a correção mecânica, também consome parte da reserva de plástico dos materiais metálicos e deve ser usada com cautela em estruturas particularmente importantes, materiais frágeis ou com pouco plástico. A temperatura de aquecimento deve ser adequadamente controlada. Se a temperatura exceder 850°C, os grãos de metal crescerão e as propriedades mecânicas diminuirão; entretanto, uma temperatura muito baixa reduzirá o efeito da correção.

Para materiais propensos à têmpera, deve-se tomar cuidado especial ao usar o aquecimento por chama com resfriamento a água.

III. Métodos comuns de aquecimento para correção de chamas

De acordo com o formato da área de aquecimento, há três métodos: aquecimento pontual, aquecimento em linha e aquecimento triangular.

1. Aquecimento pontual

Use a chama para se mover em um anel circular sobre a peça de trabalho, aquecendo-a uniformemente em um formato de ponto circular (comumente conhecido como anel de fogo), e aqueça um ou mais pontos conforme necessário. Ao aquecer vários pontos, eles são distribuídos em forma de flor de ameixa na placa, como mostrado na Figura 6-7, e são dispostos em linhas retas para perfis ou tubos.

O diâmetro d do ponto de aquecimento varia de acordo com a espessura da placa (um pouco maior para placas grossas e um pouco menor para placas finas), mas geralmente não deve ser inferior a 15 mm. A distância entre os pontos de aquecimento diminui à medida que a deformação aumenta, geralmente entre 50 e 100 mm.

2. Aquecimento de linha (faixa)

A chama se move em uma direção reta e, ao mesmo tempo, oscila lateralmente para formar uma zona de aquecimento de faixa com certa largura, conforme mostrado na Figura 6-8. Durante o aquecimento da linha, a contração lateral é maior do que a contração longitudinal, e a quantidade de contração aumenta com a largura da zona de aquecimento, que normalmente é de 0,5 a 2 vezes a espessura da chapa, geralmente de 15 a 20 mm.

O comprimento e o espaçamento da linha de aquecimento dependem do tamanho da peça de trabalho e da situação de deformação. O aquecimento linear é frequentemente usado para corrigir estruturas com grande rigidez e deformação.

3. Aquecimento triangular

Gire a chama para tornar a área de aquecimento triangular, com a base do triângulo na borda da chapa de aço ou do perfil a ser corrigido e o vértice apontando para dentro, conforme mostrado na Figura 6-9. Como a área de aquecimento triangular é grande, a quantidade de contração também é grande, e a largura do aquecimento ao longo da altura do triângulo não é igual; quanto mais próximo da borda da chapa, maior a contração.

O método de aquecimento triangular é comumente usado para corrigir deformações em componentes com grande espessura e rigidez. Por exemplo, para corrigir a deformação de flexão de perfis e vigas soldadas, ou para corrigir a deformação ondulada da borda livre da placa de aço em uma estrutura de estrutura de placa. Nesse momento, o ângulo do ápice do triângulo é de cerca de 30°. Ao corrigir perfis ou vigas soldadas, a altura do triângulo deve ser de 1/2 a 1/3 da altura da alma.

IV. Pontos-chave do processo de endireitamento por chama

A correção da deformação por aquecimento por chama é frequentemente usada na fabricação de estruturas metálicas. Para melhorar a eficiência da correção e a qualidade da peça de trabalho, os seguintes pontos devem ser observados durante a operação:

1) Entenda o material da estrutura e suas características com antecedência para determinar se a correção por chama pode ser usada e controle corretamente a temperatura de aquecimento durante o processo de correção de acordo com os diferentes materiais para evitar a degradação severa das propriedades mecânicas do material devido à correção por chama.

2) Analisar as características da deformação estrutural, considerar o método de aquecimento, a posição de aquecimento e a sequência de aquecimento e escolher o melhor esquema de aquecimento.

3) Use uma chama neutra para o aquecimento. Se for necessária uma profundidade de aquecimento rasa para evitar uma deformação angular significativa, uma chama oxidante também pode ser usada para aumentar a velocidade de aquecimento.

4) Ao corrigir chapas grandes e complexas e aço estrutural, podem ocorrer deformações locais e gerais, envolvendo deformações da chapa e do aço estrutural. Durante o processo de correção, esses fatores afetarão uns aos outros, e é necessário dominar seus padrões de deformação, aplicá-los de forma flexível, minimizar a carga de trabalho de correção, melhorar a eficiência e garantir a qualidade da correção.

5) Durante a correção da chama, forças externas também podem ser aplicadas à estrutura. Por exemplo, o uso do peso próprio de estruturas grandes e de objetos pesados adicionados para criar momentos de flexão adicionais, ou o uso de maquinário para puxar e pressionar, pode aumentar a deformação da estrutura.

Em resumo, as operações de correção de chamas são flexíveis e variadas, sem um padrão fixo. Os operadores devem dominar os padrões de deformação por meio da prática, acumular experiência e, assim, obter melhores resultados de correção.

V. Aplicações da correção de chamas

1. Correção da deformação da placa de aço

Quando o meio de uma chapa fina ficar saliente com a área ao redor relativamente plana, coloque o lado saliente da chapa de aço para cima em uma plataforma, prenda as bordas com grampos e aqueça simetricamente a área saliente de fora para dentro, conforme mostrado na Figura 6-10a. Essa protuberância também pode ser corrigida pelo aquecimento linear, com a sequência se movendo das bordas da protuberância para o centro, conforme mostrado na Figura 6-10b.

Quando as bordas da chapa de aço estiverem soltas e formarem uma deformação ondulada, primeiro prenda três lados da chapa de aço na plataforma com grampos, concentrando a deformação em um lado da chapa, e aqueça linearmente de ambos os lados da protuberância em direção ao centro, conforme mostrado na Figura 6-10c. A largura, o comprimento e o espaçamento das linhas de aquecimento dependem da deformação.

a) Aquecimento pontual do bojo médio
b) Aquecimento em forma de linha com uma protuberância central
c) Aquecimento quando a borda estiver ondulada e deformada

Após a união de chapas finas, a deformação ondulada longitudinal e a deformação angular geralmente ocorrem na solda. Nesse momento, o aquecimento em forma de linha deve ser aplicado em ambos os lados ao longo da direção da força da solda para corrigir a deformação ondulada longitudinal e, em seguida, o aquecimento em forma de linha curta perpendicular à direção da solda em ambos os lados da solda para corrigir a deformação angular, conforme mostrado na Figura 6-11.

A deformação mais comum em placas grossas é a deformação por flexão. Para correção, coloque o lado convexo para cima em uma plataforma, execute o aquecimento em forma de linha no ponto mais alto e controle a profundidade do aquecimento para cerca de 1/3 da espessura da chapa. O objetivo é compensar a deformação de flexão por meio da deformação angular causada pelo encolhimento desigual na direção da espessura da chapa de aço. Se a deformação por flexão desaparecer, a chapa de aço voltará a ser plana.

a) Correção da deformação ondulada longitudinal
b) Correção da deformação angular

2. Correção da deformação em perfis e vigas soldadas

As deformações mais comuns em perfis e vigas soldadas são as de flexão, mas às vezes também ocorrem deformações de torção e deformações angulares dos flanges. As vigas em T com flexão em diferentes direções dentro do plano da alma são corrigidas pelo aquecimento triangular na alma ou pelo aquecimento da tira nos flanges.

A flexão dentro do plano do flange (flexão lateral) é corrigida pelo aquecimento triangular no lado saliente do flange. O tamanho e o espaçamento da área de aquecimento dependem da deflexão de flexão f, conforme mostrado na Figura 6-12. Se o flange apresentar deformação angular, o aquecimento em forma de linha deve ser aplicado ao longo da parte posterior da solda no flange. Use uma única linha para deformações menores e linhas duplas para deformações maiores.

a) Flexão no plano da trama
b) Flexão dentro do plano do flange

A deformação por flexão de tubos de grande diâmetro e peças semelhantes a eixos pode ser corrigida pelo aquecimento pontual no lado saliente, conforme mostrado na Figura 6-13.

3. Correção da deformação da estrutura

As estruturas de grandes dimensões compostas por placas e perfis tendem a se deformar de várias formas após a montagem e a soldagem.

A deformação angular causada por soldas de canto feitas de chapas e perfis geralmente pode ser corrigida pelo aquecimento de linha na parte de trás da solda. Quando a chapa é grossa ou a deformação é grave, pode-se aplicar força externa com ferramentas durante o aquecimento.

Quando ocorrerem deformações de ondas côncavas e convexas entre os perfis na grade, primeiro execute o aquecimento de linha na parte de trás da solda de canto e corrija a junção dos pontos convexos e côncavos com aquecimento de linha longa, linha curta ou cruzado. Se a deformação não for completamente eliminada nesse momento, aqueça o meio da saliência. A correção da deformação da estrutura é mostrada na Figura 6-14, onde os números na figura indicam a sequência de aquecimento.

a) Deformação angular simples
b) Deformação de onda côncava-convexa

Quando há deformação contínua da onda em grades de painéis adjacentes, a correção pode ser feita pulando intervalos. Nesse caso, a deformação da grade do painel central é influenciada por ambos os lados, o que pode reduzir a quantidade de trabalho de correção.

A correção das deformações complexas da estrutura da estrutura é difícil e requer muita experiência prática e técnicas especializadas. Em geral, a deformação da estrutura deve ser corrigida primeiro, seguida pela deformação da placa de aço. Quando as estruturas fortes e fracas são adjacentes, a estrutura forte deve ser corrigida primeiro, seguida pela estrutura fraca.

Se as estruturas forem relativamente fracas, a correção do painel e da estrutura pode ser feita alternadamente. Quando a espessura da placa varia, a placa grossa deve ser corrigida primeiro, seguida pela placa fina. Ao corrigir uma determinada parte da deformação, considere o impacto sobre as peças adjacentes e a estrutura geral e preste atenção aos requisitos de montagem do próximo processo.

4. Correção da borda livre da estrutura

As bordas livres da moldura e a periferia de cada furo na placa são propensas a dobras onduladas graves. Nesse caso, a moldura ao redor do furo deve ser corrigida primeiro e, em seguida, usar o método de aquecimento triangular para corrigir a deformação da onda ao longo da moldura ou da borda do furo, conforme mostrado na Figura 6-15.

a) Correção da borda livre da estrutura
b) Correção ao redor do furo

Correção de estruturas grandes

Grandes estruturas metálicas (como seções de casco, suportes de montagem) geralmente apresentam deformações gerais de empenamento, conforme mostrado pelas linhas tracejadas na Figura 6-16 após a soldagem, e a largura das seções também muda. Nesse momento, as seções podem ser colocadas em dormentes (com os dormentes posicionados próximos às laterais da seção, deixando o meio suspenso), e objetos pesados são colocados no meio da seção e, em seguida, o aquecimento de linha é aplicado nas posições mostradas na Figura 6-16.

A flexão adicional causada pelo peso próprio da seção e dos objetos pesados pode aumentar muito o efeito da correção da chama. Quando a seção apresenta deformação de empenamento oposta, ela é girada 180° e colocada de cabeça para baixo nos dormentes para correção.

Seção Três: Treinamento de habilidades de correção

I. Diagrama de correção da peça de trabalho

O diagrama da peça de correção é mostrado na Figura 6-17.

II. Etapas e métodos de correção

1. Preparação da correção

1) Prepare as ferramentas de aquecimento, a tocha do equipamento (H01-20), o cilindro de oxigênio, o cilindro de acetileno, o redutor de pressão, etc.

2) Prepare uma plataforma de 2000 mm x 3000 mm.

3) Prepare ferramentas como parafusos de tensão, parafusos de compressão, placas de pressão, chaves ajustáveis, marretas, etc.

2. Correção da deformação torcida

A viga em I tem alta rigidez, além de exigir uma temperatura de aquecimento um pouco mais alta (750~800°C), a correção também precisa de auxílio de força externa. Primeiro, fixe a viga em I na plataforma e aperte-a diagonalmente em ambas as extremidades com parafusos de tensão e, em seguida, aqueça o flange superior no meio da viga. Se a torção for severa, o calor também pode ser aplicado à alma do meio.

Após o aquecimento, aperte as hastes dos parafusos para aplicar força externa e corrigir a torção. Se um aquecimento não for suficiente para corrigir totalmente a torção, repita o processo de correção, mas tente não sobrepor as posições de aquecimento com as anteriores. Considerando que a torção é uma deformação geral, as posições de aquecimento devem ser sempre distribuídas simetricamente. Conforme mostrado na Figura 6-18.

3. Correção da deformação por flexão

A deformação de flexão da viga em I é dividida em arco vertical (flexão dentro do plano da alma) e flexão lateral (flexão dentro do plano do flange). A correção do arco vertical e da flexão lateral da viga em I pode ser feita usando um método de aquecimento triangular. As posições de aquecimento devem estar no lado externo da parte dobrada da peça de trabalho e devem ser distribuídas uniformemente. Para corrigir o arco vertical, aqueça principalmente a alma, conforme mostrado na Figura 6-19a. Para corrigir a curvatura lateral, aqueça apenas o flange, conforme mostrado na Figura 6-19b.

a) Correção do arqueamento vertical
b) Correção da flexão lateral

4. Inspeção da qualidade da correção

A qualidade das vigas I soldadas corrigidas deve atender às especificações da "Tabela de desvios permitidos para o aço antes do uso".