7-Tensoes

Prévia do material em texto

21/03/2011
1
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
Tensões Residuais
e Distorções
Te
ns
õe
s r
es
id
u
Tensões residuais e distorções
• Tensões residuais
– Origem
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es – Caso das 3 barras
– Distribuição
– Controle
• Distorções
Te
ns
õe
s r
es
id
u ç
– Origem
– Tipos
– Controle
21/03/2011
2
• Deformação plástica não uniforme
Causas Básicas:
Introdução
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
Deformação plástica não uniforme
• Forças de reação devido a “apertos”
• Transformações de fase
Esmeril
Te
ns
õe
s r
es
id
u
Compressão Tração
z
Soldagem Variações abruptasde temperatura
Dilatações e contrações
não uniformes
Introdução
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
σ
y
x
Te
ns
õe
s r
es
id
u σx
y
Tensões Residuais Distorção
21/03/2011
3
Tllll ΔΔ α
Tensões Residuais em Soldas
Origem:
Soldagem Variações abruptasde temperatura
Dilatações e contrações
não uniformes
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
Tllll Δ⋅=−=Δ α00
ΔT1
ΔT2
Te
ns
õe
s r
es
id
u ΔT2 >> ΔT1
Δl2 >> Δl1
Origem:
Tensões Residuais em Soldas
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
Te
ns
õe
s r
es
id
u
21/03/2011
4
Três barras 
O caso das três barras
Tensões Residuais em Soldas
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
Três barras 
idênticas unidas 
rigidamente por 
duas bases.
Te
ns
õe
s r
es
id
u
O caso das três barras
Tensões Residuais em Soldas
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
Te
ns
õe
s r
es
id
u
21/03/2011
5
O caso das três barras
Tensões Residuais em Soldas
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
Te
ns
õe
s r
es
id
u
x x
Formação de Tensões Residuais em Soldas:
Tensões Residuais em Soldas
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
y y
Te
ns
õe
s r
es
id
u σx
y
σx
y
21/03/2011
6
SEÇÃO
AA'
T = 0Δ Tração
Tensões Residuais em Soldas
Formação de Tensões Residuais em Soldas:
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
AA'
BB'
CC'
Compressão
yA A'
B B'
C C'
y
Poça de
fusão
Te
ns
õe
s r
es
id
u
DD'
Temperatura Tensão
Tensão
ResidualT = 0Δ
D D'
Solda
y
Tensões Residuais em Soldas
Distribuição:
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
y
xx
y
Solda
σx
σy
Te
ns
õe
s r
es
id
u
Tração
Compressão
xx
σyTraçãoCompressão
y
σx
21/03/2011
7
Tensões Residuais em Soldas
Distribuição:
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
Te
ns
õe
s r
es
id
u
Grupo Técnica
Tensões Residuais em Soldas
Determinação Experimental :
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
Grupo Técnica
• Técnicas de relaxação de tensão
• Técnicas de difração de Raios X
• Técnicas baseadas em propriedades
• Técnicas com “strain gages” elétricos
• Técnicas com “strain gages” mecânicos
• Técnicas com revestimentos frágeis
• Técnicas com revestimentos fotoelásticos
• Difração em filme
• Difração com difratômetro
• Técnicas com ultrassom
Te
ns
õe
s r
es
id
u • Técnicas baseadas em propriedades
sensíveis à tensão
• Técnicas de fissuração
• Técnicas com ultrassom
• Técnicas com medidas de dureza
• Técnicas magnéticas
• Fissuração pelo hidrogênio
• Fissuração por corrosão sob tensão
21/03/2011
8
Tensões Residuais em Soldas
Determinação Experimental :
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
Técnica de 
relaxação de 
tensões 
aplicada a 
Te
ns
õe
s r
es
id
u uma placa
Padrão de trincas induzidas por hidrogênio 
numa estrutura complexa
Tensões Residuais em Soldas
Determinação Experimental :
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
numa estrutura complexa
Te
ns
õe
s r
es
id
u
21/03/2011
9
σ
• Importante para tensões 
Tensões Residuais em Soldas
Consequências - No carregamento estático:
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
1
2
3
4
yy
σx
p p
aplicadas inferiores a σYS.
• Quanto maior o carregamento, 
menor o efeito das tensões 
residuais.
• Se σ > σYS → efeito das 
tensões residuais é desprezível.
Te
ns
õe
s r
es
id
u
σ
0
yy
• Solicitações mecânicas podem 
ser usadas para diminuir as 
tensões residuais.
ão
Tensões Residuais em Soldas
Consequências - No comportamento à fadiga:
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
Tempo
Te
ns
Te
ns
õe
s r
es
id
u
21/03/2011
10
Tensões Residuais em Soldas
Consequências - No comportamento à fadiga:
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
200
300
400
500
σa
Aço 1045
Alumínio
Limite de Fadiga
Te
ns
õe
s r
es
id
u
103 104 105 106 107 108 109 1010
100
Número de ciclos (Nf)
Alumínio
- Na formação de trincas em soldas:
Tensões Residuais em Soldas
Consequências – Na fratura frágil:
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
Te
ns
õe
s r
es
id
u
- Na instabilidade dimensional
21/03/2011
11
- No projeto e na execução da solda:
Tensões Residuais em Soldas
Controle e alívio:
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es • Redução do calor 
fornecido à peça.
• Redução do volume de 
metal depositado
• Uso de metal de 
• Otimização do projeto do 
chanfro
• Controle do reforço da solda
• Seleção do processo de 
soldagem
Te
ns
õe
s r
es
id
u adição com menor 
resistência mecânica
• Uso de menor 
quantidade de vínculos
- Após soldagem:
Tensões Residuais em Soldas
Controle e alívio:
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es Procedimento Descrição Características LimitaçõesRecozimento
para alívio de
tensões
Aquecimento entre 600 e
700oC (aços ferríticos) ou
900oC (aços austeníticos)
seguido de resfriamento
lento. Pode ser local.
Muito utilizado e
bastante eficiente.
Inaplicável para
grandes estruturas e
difícil de ser
executado no campo.
Custo elevado.
Recozimento
a alta
Aquecimento entre 900 e
950oC (aços ferríticos),
Pode eliminar
completamente as
Não aplicável para
grandes estruturas eté
rm
ic
os
Te
ns
õe
s r
es
id
u temperatura seguido de resfriamento
lento. Pode ser local.
tensões residuais. difícil de ser feito no
campo. Custo muito
elevado.
Alívio de
tensões
a baixas
temperaturas
Aquecimento do local da
solda a 150-200oC em
uma largura total de 60 a
130 mm.
Adequado para
grandes
estruturas.
O alívio de tensões é
baixo.
Pr
oc
es
so
s 
21/03/2011
12
di i C í i i i
- Após soldagem:
Tensões Residuais em Soldas
Controle e alívio:
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
Procedim ento D escrição C aracterí sticas L im itaç ões
M arte lam ento M ar telamento do meta l
depositado e de suas
adjacência dura nte ou
a pós a solda gem.
M étodo simples,
pode caus ar ref ino
d e grão.
Inadequado para
materia is de bai xa
ductilidade.
E ncruam ento A junta soldada é
deformada plasticamente
pela aplicação de cargas
de tração.
B as tante ef iciente
para tanques
es féricos e
tubulações.
Inadequado para
es trutura s
complicadas pela
dificuldade de
aplicar te nsõesos
 m
ec
ân
ic
os
Te
ns
õe
s r
es
id
u puniform es.
Vibração Vibrações s ão aplicadas
na estrutura causando
uma res sonância de baixa
frequência o que
ocasiona deform ação
plás tica parcia l da
estrutura e alívio de
te nsões.
O peração simples. Inadequado para
chapas gros sas ou
gra nde s es truturas.
A lívio de te nsões
não é uni forme.
Pr
oc
es
s
Movimento de material (deformação plástica) devido
às tensões térmicas desenvolvidas durante a soldagem
Origem:
Distorções em Soldas
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
às tensões térmicas desenvolvidas durante a soldagem
Deflexão, δ
δ t
Resfriamento
Soldagem
Te
ns
õe
s r
es
id
u
δ t
Tempo
21/03/2011
13
Tipos Básicos:
Distorções em Soldas
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
Contração Transversal Contração Longitudinal
Te
ns
õe
s r
es
id
u
Distorção angular
Tipos Básicos:
Distorções em Soldas
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
Flexão
Te
ns
õe
s r
es
id
u
Flabagem
21/03/2011
14
• Contração Transversal (CT):
Tipos Básicos:
Distorções em Soldas
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es Equação empírica para estimar CT
em soldas de topo ou ângulo com 
chanfro em aços carbono e de 
baixa liga
AAw t
Te
ns
õe
s r
es
id
u
f
t
AC WT 05,02,0 +=
Aw
f C T
t
• Distorção Angular:
Tipos Básicos:
Distorções em Soldas
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
3
4
5
6
Peso de metal
depositado (g/cm)n
g
u
la
r 
(g
ra
u
s)
θ
Aw Aw
t
Te
ns
õe
s r
es
id
u
5 10 15 20 25 30
0
1
2
depositado (g/cm)
2,5
4,0
6,3
10,0
V
a
ri
a
ç
ã
o
 a
n
Espessura (mm)
21/03/2011
15
• Dobramento em Vigas (Δ):
L
Distorções em SoldasTipos Básicos:
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
I
LdAW
2
005,0=Δ
Δd
L
Te
ns
õe
s r
es
id
u I
d - Distância do plano das soldas ao centro de gravidade
Aw - Seção transversal dos cordões de solda
I - Momento de inércia
Efeito das Propriedades do Material na Distorção:
Distorções em Soldas
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
Metal E σYS α k
Aço carbono 1,0 1,0 1,0 1,0
Aço inoxidável 1,0 1,2 1,4 0,3
Ligas de alumínio 0,3 0,5 1,7 4,2
Ligas de cobre 0,5 0,3 1,3 7,5
Te
ns
õe
s r
es
id
u
α↑ ⇒ D↑ k↓ ⇒ D↑
σ↑ ⇒ D↑ E↓ ⇒ D↑
21/03/2011
16
Controle e Correção da Distorção:
N j t d t t ld d
Distorções em Soldas
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es No projeto de estruturas soldadas:
• Projetar estruturas com menos soldas.
• Usar chanfros que necessitem menos metal de adição.
• Usar chanfros simétricos (X, K. duplo U, etc).
Posicionar soldas na linha neutra ou simetricamente a
Te
ns
õe
s r
es
id
u • Posicionar soldas na linha neutra ou simetricamente a
esta.
•Especificar o menor tamanho possível das soldas para
as solicitações existentes
Na fabricação:
Distorções em Soldas
Controle e Correção da Distorção:
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
Na fabricação:
• Estimar a distorção e posicionar as peças para
compensá-la.
• Utilizar dispositivos e técnicas para fixar as peças
(gabaritos, ponteamento, etc).
Te
ns
õe
s r
es
id
u • Utilizar sequências especiais para a deposição de
passes (deposição para trás, em cascata, com
mais de um soldador, etc) e de montagem (por
sub-componentes, etc) que minimizem a distorção.
21/03/2011
17
Controle da seqüência de soldagem
Distorções em Soldas
Controle e Correção da Distorção:
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
Controle da seqüência de soldagem
Te
ns
õe
s r
es
id
u
Dispositivos de fixação
Controle e Correção da Distorção:
Distorções em Soldas
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
Te
ns
õe
s r
es
id
u
21/03/2011
18
Após a soldagem:
Distorções em Soldas
Controle e Correção da Distorção:
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
Após a soldagem:
1 - Remoção a Quente:
• Aquecimento localizado
• Aquecimento uniforme + esforços mecânicos
2 R ã F i
Te
ns
õe
s r
es
id
u 2 - Remoção a Frio:
• Calandragem
• Prensagem
• Martelamento, etc.
Desempeno com aquecimento localizado
Distorções em Soldas
Controle e Correção da Distorção:
ua
is 
e 
di
st
or
çõ
es
p q
Te
ns
õe
s r
es
id
u