O que é fadiga em aço soldado?

A fadiga causa mais de 90% das falhas em componentes de engenharia com peças de aço soldadas. Fadiga em equipamentos estacionários é uma grande preocupação, no entanto, é crucial em equipamentos móveis, que sofrem cargas imprevisíveis, tornando-os suscetíveis a falhas por fadiga.

O que é Fadiga?

A fadiga no aço soldado ocorre quando você remove e reaplica uma carga de magnitude insuficiente repetidamente em uma única aplicação. Quando a carga ultrapassa um determinado limite, ela cria trincas microscópicas no aço, que gradualmente atingem um tamanho crítico e se propagam inesperadamente, causando falha estrutural. Vários fatores, como falta de fusão, forma e falta de penetração, afetam a vida à fadiga de uma estrutura. Em aço soldado, as falhas de projeto fornecem locais ideais para a formação de trincas. Em sua totalidade, a falha por fadiga acontece rapidamente, com uma fase de iniciação inexistente.

O que é vida de fadiga?

O termo vida em fadiga em engenharia refere-se ao número de ciclos de tensão que o aço soldado pode suportar antes que ocorra uma falha estrutural. Ao lidar com aço, os engenheiros sempre trabalham com um valor teórico para a magnitude do estresse, abaixo do qual o aço terá um desempenho ideal, independentemente do número de ciclos de estresse.

Os engenheiros que testam a vida à fadiga do aço soldado concentram-se nas deformações, defeitos internos, na técnica de soldagem e na concentração de tensão no pé da solda.

Na identificação de falhas em estruturas e equipamentos de aço soldados, existem dois tipos comuns de falhas:

1. Falha estática – A falha estática começa com uma deformação plástica óbvia que pode ser facilmente detectada e reparada adequadamente. A falha estática raramente causa acidentes súbitos e catastróficos.
2. Falha por fadiga – A falha por fadiga geralmente começa com trincas microscópicas que aumentam gradualmente de tamanho, reduzindo a capacidade de carga de uma área. A falha em detectar as rachaduras no início geralmente leva a falhas estruturais e de equipamentos catastróficas repentinas.

Fadiga em aço soldado

Nas últimas décadas, os engenheiros passaram muito tempo pesquisando falhas por fadiga em aços soldados, enquanto investiam tempo e energia no desenvolvimento de um sistema que lhes permite prever a vida útil e reduzir o número de falhas estruturais.

Devido à natureza catastrófica das falhas relacionadas à fadiga, existem diferentes técnicas não destrutivas que os engenheiros usam para inspecionar e testar marcas de fadiga, por exemplo, inspeções visuais e imagens ultrassônicas, entre outras. No entanto, as principais conquistas para ajudar a prevenir catástrofes relacionadas à fadiga se concentram em técnicas de soldagem que abordam problemas de fadiga no projeto e na fabricação de uma solda.

Técnicas de Melhoria de Soldagem

A soldagem reduz inerentemente a vida útil de fadiga de peças e estruturas de aço, apresentando um desafio de projeto contínuo. Existem diferentes técnicas que os projetistas e engenheiros usam para aumentar a resistência à fadiga e a resistência do aço soldado e, consequentemente, reduzir as falhas estruturais relacionadas à fadiga. Eles incluem:

Técnicas de esmerilhamento de ponta de solda

Um moedor de rebarbas usa um moedor pneumático de alta velocidade que se move a uma velocidade de até 40.000 rpm. A retificação com rebarbas remove os defeitos da superfície e combina o metal de solda com a placa de base, o que dá à solda uma forma que reduz a concentração de tensão local. O processo se concentra na remoção de defeitos e rebaixos do pé soldado.

Um esmeril de disco modifica a forma da solda removendo inclusões e rebaixos. Em comparação com o moedor de rebarbas, é mais rápido, portanto, mais econômico, mas também deixa marcas de moagem, que servem como locais de iniciação para trincas de fadiga. A retificação do disco reduz o risco de incidentes de fadiga em 20 a 50%, o que é relativamente menor do que a retificação com rebarbas.

Técnicas de refundição de ponta soldada

A técnica de refusão do dedo da solda funde a região da solda em uma profundidade rasa, o que aumenta substancialmente a resistência à fadiga da junta soldada. O processo de refundição utiliza equipamentos de soldagem Plasma ou Tungsten Inert Gas (TIG). A principal deficiência dessa técnica é que não há um critério de inspeção para ajudá-lo a avaliar se o processo foi satisfatório.

Métodos de Peening

A soldagem de dois materiais cria uma tensão residual de tração da contração da solda quando ela esfria, o que enfraquece a resistência à fadiga do aço. Uma forma de melhorar a resistência à fadiga é introduzir tensões residuais compressivas, o que dá melhores resultados.

As técnicas de penning introduzem tensão compressiva; é um processo de trabalho a frio que impacta a superfície com uma ferramenta ou pequenas bolas de metal criando deformações plásticas. Em última análise, o processo de penning melhora a resistência à fadiga, permitindo maior resistência do aço.

Métodos de alívio de estresse

Ao contrário do método de martelamento, os métodos de alívio de tensão trabalham para reduzir a tensão residual de tração criada pela contração. As técnicas de alívio de tensão concentram-se em refinar o procedimento de soldagem e controlar as temperaturas que distorcem a solda.

Diversas indústrias, fabricantes e ferramentas utilizam aço soldado para suas peças. Compreender os fatores internos que contribuem para a falha do equipamento é crucial para o processo de projeto. Os projetistas que trabalham com aço soldado podem criar maquinários que abordam os problemas de fadiga desde o início. Se você tiver uma necessidade de fabricação ou soldagem, entre em contato com a Swanton Welding. Nossa tecnologia inovadora e soldadores especializados fornecerão sempre um ótimo produto.