Como cálcular conforme códigos de construção
A finalidade do Tratamento Térmico de alívio de tensões (TTAT) após operações de soldagem foi explicado nas colunas anteriores e também como são executados. Neste artigo, será descrito como fazer os cálculos para o ciclo térmico em uma peça construída por soldagem.
Há uma dezena de códigos de construção que normalizam o uso dos TTAT, o ASME (American Society of Mechanical Enginners) é mais antigo e tradicional código que especifica os TTAT. É um código empregado para a construção de caldeiras e vasos sob pressão construídos nas mais diversas formas e materiais. O artigo abordará somente os fabricados para os aços ao carbono e carbono manganês.
Em muitas construções, o TTAT pode ser uma operação opcional ou obrigatória. Nesse caso o código deverá ser consultado, em muitas operações posteriores, como a de usinagem, é necessário o emprego para dar estabilidade dimensional.
Uma vez escolhido o método ou os métodos para executar o TTAT que podem ser em fornos ou localizados em uma única junta soldada, podendo haver mais de uma operação em um único equipamento é realizado o cálculo do ciclo térmico, para o qual deve-se conhecer previamente as dimensões do equipamento, como a largura, a altura e o diâmetro, bem como as dimensões do forno e o tipo de material do equipamento (vaso de pressão). Outro ponto, deve-se levar em consideração se o equipamento pode ser transportado em uma única peça da fábrica até o local da montagem, se há capacidade de manuseio na fábrica, etc., pois pode haver a necessidade de se fazer a operação em partes e ou em várias sequências.
Na Tabela 1 a seguir, estão indicados os principais parâmetros empregados no TTAT, conforme o código ASME seção VIII divisão Normas AWS D1.1, (American Welding Society) e a BS (British Standard).
- As temperaturas indicadas são para aços ao carbono ou carbono mânganes.
- P = 1h para cada 25,4 mm (1 pol) de espessura nominal En, ou fração se menor que 1 pol, considerar no mínimo 15 minutos.
Os principais parâmetros a serem considerados, e os que mais influenciam na diminuição das tensões internas são a temperatura e o tempo de patamar. Esses dois parâmetros devem ser alcançados e controlados para o sucesso dessa operação. A Fig. 1 ilustra todos os paramentos que devem ser considerados no TTAT.
A Temperatura (T) e o tempo (t) são regidos pela determinação da espessura nominal (En), que é determinado pela maior espessura soldada no equipamento ou a garganta efetiva da solda. Normalmente será de 1 hora para cada polegada de espessura, sendo essa taxa válida até duas polegadas. Acima desta deve-se consultar o código para cálculos mais exatos.
Para determinar a axa de aquecimento (Ta) e Taxa de resfriamento (Tr), é necessário conhecer qual a maior espessura envolvida, que muitas vezes é a mesma que foi soldada. Por exemplo, para vasos sob pressão, considera-se o maior entre o casco e o tampo.
Outros parâmetros para o cálculo são de igual importância e contemplados no processo de cálculo: Temperatura inicial de controle (Ti), Temperatura final de controle (Tf), Diferença de temperatura entre termopares no aquecimento (≠a) ou Diferença de temperatura no resfriamento (≠r), Diferenças de temperatura entre termopares no patamar (≠p).
Os termopares são pontos de temperatura em uma certa região do equipamento, obtido através de fixação temporária na face do conjunto soldado, a quantidade (d) é definida pela distância entre eles. Ao todo deve-se calcular 10 parâmetros para um bom procedimento de TTAT. Na Fig. 2, há uma ilustração de um típico ciclo térmico de alivio de tensões. A temperatura atingida foi de aproximadamente de 620°C por uma hora, ou seja, apropriado para um junta soldada com penetração total de 1 polegada de espessura (25 mm).
A ilustração da Fig. 2, apresenta um gráfico real típico com três termopares nas cores verde, azul e vermelho. No eixo X vê-se o tempo em horas com subdivisão de 30 minutos, no eixo Y observa-se a temperatura com intervalo de 0°C até 1000°C com subdivisão de 25°C.
