Temperatura de Pré-aquecimento
Estima a temperatura de pré-aquecimento para soldagem, Tp = 350·√(CE − 0,25), em função do carbono equivalente (CE) do aço. O pré-aquecimento reduz a velocidade de resfriamento, dando tempo para o hidrogênio escapar e evitando a formação de martensita frágil e trincas a frio na zona afetada pelo calor. Aços com CE alto exigem maior pré-aquecimento. Informe o carbono equivalente do aço.
Resultado
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Temperatura de pré-aquecimento
Por que aquecer uma peça antes de soldá-la? Para domar o resfriamento. Quando o cordão quente esfria rápido demais sobre um metal frio e espesso, três vilões se juntam: forma-se martensita (microestrutura dura e frágil) na zona afetada pelo calor, o hidrogênio dissolvido não tem tempo de escapar e fica aprisionado, e surgem tensões de contração. O resultado é a trinca a frio (ou trinca induzida por hidrogênio), que pode aparecer horas ou dias após a soldagem. O pré-aquecimento desacelera o resfriamento, dando tempo para o hidrogênio difundir e evitando a martensita. A estimativa Tp = 350·√(CE − 0,25) liga a temperatura ao carbono equivalente do aço: quanto mais ligado o aço, mais quente o pré-aquecimento (de zero, para aços doces, a 200 °C ou mais em aços de alta liga e grande espessura). Informe o carbono equivalente do aço.
Ferramentas Relacionadas
Carbono Equivalente (CEq)
Calcula o carbono equivalente de um aço pela fórmula do IIW (simplificada), CEq = C + Mn/6 + Cr/5 + Ni/15, que pondera o efeito dos elementos de liga em relação ao carbono na tendência ao endurecimento e à fissuração. É o índice-chave da soldabilidade: CEq abaixo de 0,40 indica aço facilmente soldável; acima de 0,45–0,50, exige pré-aquecimento e cuidados para evitar trincas a frio. Informe os teores de carbono, manganês, cromo e níquel (%).
Temperatura Ms de Início da Martensita (Andrews)
Calcula a temperatura Ms, o ponto em que a austenita começa a se transformar em martensita durante a têmpera, pela equação linear de Andrews: Ms(°C) = 539 − 423·C − 30,4·Mn − 17,7·Ni − 12,1·Cr − 7,5·Mo, com todos os teores em porcentagem em massa. Quase todo elemento dissolvido na austenita abaixa Ms — cobalto e alumínio são as exceções, e o sobem —, mas o carbono domina de longe: cada 0,1 % de carbono derruba Ms em 42 °C, quase 14 vezes o efeito do mesmo teor de manganês. Conhecer Ms define a temperatura do banho de martêmpera, indica se vai sobrar austenita retida à temperatura ambiente e prevê a severidade das tensões de têmpera, porque um Ms baixo faz a expansão da martensita acontecer tarde, com a peça já fria e rígida, e é aí que aparecem as trincas. A correlação é ajustada para aços de baixa liga, com carbono até cerca de 0,6 %, e a página recusa composições acima de 0,8 % de carbono, onde a extrapolação deixa de ter respaldo. Informe os teores de carbono, manganês, níquel, cromo e molibdênio.
Tempo de Resfriamento t8/5 na Soldagem
Calcula o tempo que a zona termicamente afetada leva para resfriar de 800 °C a 500 °C, o parâmetro t8/5 da EN 1011-2, a partir da energia de soldagem, da temperatura de pré-aquecimento e do fator de forma da junta. A fórmula multiplica o termo (6700 − 5 × temperatura de pré-aquecimento) pela energia de soldagem, pela diferença entre os inversos de (500 − T₀) e (800 − T₀), e pelo fator de forma tabelado na norma, que vale 1,0 para cordão depositado sobre chapa e cai para cerca de 0,9 em junta de topo e 0,67 em filete de junta em T. É nessa faixa que a austenita se decompõe, então o t8/5 decide a microestrutura da junta: resfriamento rápido demais forma martensita e abre a porta para trinca a frio, resfriamento lento demais engrossa o grão e derruba a tenacidade ao impacto, e a maioria dos aços estruturais pede algo entre 5 e 25 segundos. Foi adotada a equação de fluxo de calor tridimensional, válida quando a chapa é espessa em relação ao cordão; em chapa fina o fluxo é bidimensional e o t8/5 cresce com o quadrado da energia de soldagem, não proporcionalmente a ela. Informe a energia de soldagem, a temperatura de pré-aquecimento e o fator de forma da junta.
Consumo de Eletrodos
Estima a quantidade de eletrodos necessários para uma soldagem, dividindo a massa total de metal a depositar pela massa depositada por eletrodo (arredondando para cima). É um cálculo prático de planejamento e orçamento na soldagem com eletrodo revestido, evitando comprar a mais ou parar o serviço por falta de consumível. Informe a massa total da solda e a massa depositada por eletrodo.
Fração de Martensita (Koistinen-Marburger)
Calcula a fração de austenita já transformada em martensita quando a têmpera é interrompida a uma dada temperatura, pela equação de Koistinen-Marburger, f = 1 − e^(−0,011·(Ms − Tq)), com Ms a temperatura de início da martensita e Tq a temperatura em que a peça parou de resfriar. O resultado é a porcentagem de martensita formada — o que falta para 100 % permanece como austenita retida, macia, dimensionalmente instável e capaz de se transformar mais tarde em serviço, empenando a peça. Como o expoente é linear na diferença de temperatura, 63 °C abaixo de Ms já convertem metade da austenita, mas são precisos 209 °C para chegar a 90 % e o fim da transformação é assintótico, nunca exato — é exatamente por isso que peças de precisão recebem tratamento criogênico depois da têmpera. Informe a temperatura Ms do aço e a temperatura de parada da têmpera.
Taxa de Deposição (Soldagem)
Calcula a taxa de deposição de uma soldagem, dividindo a massa de metal depositado pelo tempo de arco aberto, resultando em kg/h. É um indicador central da produtividade do processo: processos como arco submerso e MIG/MAG têm taxas muito maiores que o eletrodo revestido. Combinada com o fator de operação (tempo real de arco), estima a produção de uma junta. Informe a massa depositada e o tempo de arco.
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