Distorção - Prevenção no projeto
Figura 1 - Reforços em flange de viga mestra para
prevenir abaulamento cruzado.
As diretrizes gerais dadas abaixo são consideradas como as melhores praticas para limitar a distorção
quando considera-se o projeto de estruturas soldadas.
Princípios do Projeto
Na fase de projeto, as distorções de soldagem podem frequentemente ser prevenidas, ou pelo menos
restringidas ao considerar:
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Eliminação da soldagem;
posicionamento das soldas;
redução do volume de metal de solda;
redução do número de passes;
uso de soldagem balanceada;
Eliminação da soldagem
Como distorção e contração são um resultado inevitável da soldagem, um bom projeto não só requer que
a quantidade de operações de soldagem seja mantida em um mínimo, mas também que uma quantidade
menor de metal de solda seja depositado em cada operação. A soldagem pode ser freqüentemente
eliminada na fase de projeto pela utilização de perfis com dobra ou usando um perfil laminado padrão
(ex. perfil em T, U, etc.) como mostrado na Figura 1.
Figura 2 Eliminação das soldas por: a) dobramento
da chapa; b) uso de perfis laminados ou
extrudados
Se possível, o projeto deve usar soldas intermitentes em lugar de uma solda contínua, para reduzir a
quantidade de soldagem. Por exemplo, em chapas de reforço de fixação, uma redução substancial da
quantidade de soldagem pode ser obtida com a manutenção de uma resistência adequada.
Localização da solda
Posicionamento e balanceamento da solda são importantes para minimizar a distorção. Quanto mais
próxima estiver a solda do eixo neutro de um componente, mais baixo é o efeito de “braço de alavanca”
das forças de contração e, consequentemente, menor a distorção final. Na figura 2 são mostrados
exemplos de projetos ruins e bons.
Figura 3 Distorção pode ser reduzida pelo
posicionamento das soldas próximas ao eixo
neutro.
Como a maioria da soldas são depositadas afastadas do eixo neutro, a distorção pode ser minimizada
durante o projeto de fabricação de tal modo que a força de contração de uma solda individual são
balanceadas colocando outra solda no lado oposto do eixo neutro. Sempre que possível, as soldas devem
executadas alternadamente em lados opostos, em vez de completar um lado primeiro e depois o outro. Em
estruturas grandes, se a distorção está acontecendo preferencialmente em um lado, pode ser possível
aplicar uma ação corretiva, por exemplo, aumentando a solda no outro lado para controlar a distorção
total.
Reduzindo o volume de metal da solda
Para minimizar a distorção bem como por razões econômicas, o volume de metal de solda deve ser
limitado às exigências de projeto. Para a solda em chapas com um único chanfro, a seção transversal da
solda deve ser mantida a menor possível para reduzir o nível de distorção angular, como ilustrado na
Figura 3.
Figura 4 Redução da quantidade de distorção angular e
contração lateral por: a) redução do volume do metal de solda; b)
usando solda de passe único.
O ângulo de abertura da junta e a abertura de raiz devem ser minimizados desde que a solda possa ser
feita satisfatoriamente. Para facilitar o acesso, pode ser necessário especificar uma abertura de raiz (folga)
maior e um ângulo de abertura da junta menor . Reduzindo a diferença na quantidade de metal de solda na
raiz e na face da solda, o grau de distorção angular será correspondentemente reduzido. Juntas de topo
feitas por passo único de soldagem e com grande penetração tem pouca distorção angular, especialmente
se uma junta de topo de bordo reto e sem folga pode ser soldada (Fig 4). Por exemplo, material de
espessura fina pode ser soldado usando processos de soldagem plasma e laser e seções mais espessas
podem ser soldadas, na posição vertical, usando os processos de eletro-escória e eletro-gás. Embora a
distorção angular possa ser eliminada, ainda haverá contração longitudinal e transversal.
Em materiais de seção espessa, como a área da seção transversal de uma preparação de junta duplo V é ,
em geral, somente metade da preparação de junta em V simples, o volume do metal de solda a ser
depositado pode ser substancialmente reduzido. A preparação de junta em duplo V também permite a
soldagem balanceada em redor do meio da junta para eliminar a distorção angular.
Como a contração da solda é proporcional a quantidade de metal de solda, ambos a preparação
inadequada da junta e a soldagem com excesso de reforço aumentarão a quantidade de distorção. A
distorção angular em soldas de filete é particularmente afetada pela soldagem com reforço excessivo.
Como a resistência de projeto é baseada na espessura da garganta, soldagem com reforço excessivo
produzirá um cordão de solda convexo que, por sua vez, não aumentará a resistência de projeto
permissível, mas, aumentará a contração e a distorção.
Redução do número de passes
Não há consenso entre os engenheiros de soldagem se é melhor depositar um determinado volume de
metal de solda em um número pequeno de passes de solda de grandes volumes ou em um número grande
de passes de pequenos volumes. Experiências mostram que em soldas de topo em apenas um lado da
chapa ou em uma solda de filete de único-lado, um único depósito de solda com grande deposição de
metal produz menos distorção angular do que se a solda fosse feita em vários passes com pequena
deposição de metal. Geralmente, em uma junta não-restringida, o grau de distorção angular é
aproximadamente proporcional ao número de passes.
O preenchimento da junta com um número pequeno de depósitos grandes de solda resulta em mais
contração longitudinal e transversal do que uma solda preenchida com um grande número de passes de
pequenos depósitos. Numa solda multi-passes, o metal de solda anteriormente depositado fornece
restrição aos passes subsequentes, de modo que a distorção angular por passe diminui a medida que a
solda é preenchida. Grandes depósitos também aumentam o risco de flambagem elástica, particularmente
em chapas de seção fina.
Uso de solda balanceada
A soldagem balanceada é um meio efetivo de controlar a distorção angular em uma solda de topo de
multi-passes por ordenar a seqüência de passes de soldagem. Esta ordenação dos passes visa assegurar
que a distorção angular está sendo corrigida continuamente e não se acumulando durante a soldagem.
Quantidades comparativas de distorção angular da soldagem de topo balanceada e da soldagem de topo
executa primeiramente em um lado da junta (desbalanceada) são mostradas esquematicamente na figura
4. A técnica de soldagem balanceada pode ser aplicada também em juntas de filete.
Figura 4 Solda balanceada para reduzir a
quantidade de distorção angular
Se não for possível soldar alternadamente em cada lado da junta ou se um lado tem que ser completado
primeiro, uma preparação de junta assimétrica pode ser usada com mais metal de solda sendo depositado
no segundo lado. A maior contração resultante da deposição de metal de solda no segundo lado ajudará a
neutralizar a distorção no primeiro lado.
Melhores práticas
Os seguintes princípios de projeto podem controlar a distorção:
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Eliminar a soldagem utilizando chapas dobradas bem como seções laminadas e extrudadas;
Minimizar a quantidade de metal de solda;
Evitar soldagem com reforço excessivo;
Usar soldagem intermitente preferencialmente em relação a solda contínua;
Soldar próximo do eixo neutro da peça
Balancear a soldagem ao redor do meio da junta usando um chanfro duplo-V em preferência a
um chanfro V simples ;
Ao adotar estes princípios de projeto, um melhor custo/benefício durante a fabricação pode ser obtido.
Por exemplo, para um projeto de comprimento de perna de filete de 6 mm, depositando um comprimento
de perna de 8 mm resultará numa deposição adicional de metal de solda de 57%. Além do custo extra de
deposição de metal de solda e um aumento no risco de distorção, é demorado e caro remover este metal
de solda extra mais tarde.
No entanto, projetos para controlar a distorção podem contrair custos adicionais de fabricação. Por
exemplo, o uso de preparação de junta duplo V é uma excelente prática para reduzir o volume de solda e
controlar a distorção, mas, custos adicionais podem ser contraídos para produzir meios de manipulação
das chapas para que o soldador possa ter acesso ao lado oposto da mesma.