O que é tratamento térmico na soldagem

Neste texto você vai compreender o que é o tratamento térmico e como esse processo funciona. A importância desse assunto se deve à necessidade de aquecimento superficial localizado ou total na peça, durante ou após o processo de soldagem para fabricação, manutenção e recuperação.

O tratamento térmico é basicamente expor o metal ao aquecimento e resfriamento controlado, visando melhorar suas propriedades e características, para melhor aproveitamento e desempenho da peça durante a execução do trabalho de soldagem.

Tópicos do texto:

• Conheça o tratamento térmico
• Entenda as cada tipo de tratamento
• Tratamento térmico pós-soldagem

O que é o tratamento térmico?

O tratamento térmico dos metais consiste no aquecimento e resfriamento através de um conjunto de operações sob condições controladas, com a finalidade de melhorar as propriedades físicas/mecânicas do material e dando-lhe características próprias desejadas (dureza, ductilidade, elasticidade, resistência à tração, tenacidade, homogeneidade, etc.) sem que modifique seu estado físico. 

Para que essas mudanças nas propriedades metalomecânicas ocorram dependem de cinco fatores:

• Temperatura de aquecimento e resfriamento: é primordial para obter o resultado desejado.

• Tempo de permanência em temperaturas: a permanência do tempo no aquecimento e resfriamento é essencial para obter homogeneidade total da peça. 

• Velocidade de aquecimento e resfriamento: lento, moderado ou rápido, para que ocorra a alteração desejada das propriedades do material.

• Composição química do material: cada liga metálica tem uma estrutura que requer um determinado tipo de tratamento térmico para alcançar os melhores resultados.

• Atmosfera do recinto: tem grande influência sobre os resultados da peça que está sendo tratada.

Atenção! É o controle adequado desses fatores principais que determinará as características de usabilidade garantindo sua eficácia, já que a melhora de uma ou mais características é proporcional ao prejuízo de outras.

Exemplo de aplicação do tratamento térmico: na fabricação de molas de suspensão, na soldagem de tubulações, vasos de pressão, peças de navios, instrumentos cirúrgicos e em uma infinidade de peças complexas.

Quais os tipos de tratamentos térmicos 

Existem diversos tipos de tratamentos térmicos aplicáveis com suas especialidades e objetivos, quais devem ser criteriosamente avaliados para definir o processo adequado, sendo estes os principais tratamentos térmicos relacionados às operações de soldagem:

Recozimento

Consiste em aquecer o metal a uma temperatura de patamar por determinado tempo para homogeneizar a microestrutura da peça ajustando o tamanho dos grãos, seguido de um resfriamento lento no próprio forno, temperatura ambiente ou em caixas, eliminando qualquer efeito de tratamentos anteriores. Assim é reduzida a dureza e aumentada a ductilidade para ter uma maior usinabilidade das peças a serem construídas. Alguns motivos para utilizar o recozimento:

• Aliviar tensões internas
• Alterar a resistência mecânica 
• Melhorar as propriedades eletromagnéticas

Normalização

É um tratamento térmico que consiste em aquecer a peça a uma temperatura acima da austenitização (cerca de 900ºC) para homogeneizar e refinar o grão da microestrutura. A próxima etapa é o resfriamento lento do ar até a temperatura ambiente, assim, reduz a dureza, aumenta a resistência mecânica e ductilidade. Esse processo proporciona a facilidade de usinagem da peça e melhores condições para realizar processos posteriores, eliminando vários defeitos provenientes de tratamentos anteriores. 

Resumindo, aqui estão dois fatores para se considerar já que sabe como funciona esse tratamento térmico

• Reduzir tensões internas 
• Melhorar a uniformidade da microestrutura

Revenimento/Revenido como tratamento térmico

Consiste no aquecimento das peças após-têmpera, então a peça é aquecida por um determinado tempo sob temperaturas na faixa de 100ºC até 750ºC, seguindo de resfriamento controlado. A finalidade é diminuir a dureza excessiva, aliviar as tensões internas provocadas pela têmpera e aumentar a tenacidade

Assim, diminui-se a fragilidade do material, corrigindo a chance de trincas e distorções impedindo que a peça se quebre, resultando em um material mais resistente. 

• Aumento da ductilidade
• Estabilidade estrutural 

Solubilização

Consiste em aquecer o metal em temperatura bastante elevada até cerca de 500ºC de forma uniforme, possibilitando transformar elementos de liga antes precipitados em uma solução no estado sólido (solubilizar), seguido do resfriamento rápido (geralmente na água) para manter na matriz os elementos da solução antes precipitados na temperatura ambiente, apropriada para o tratamento posterior (envelhecimento).

Todo esse processo fazer tratamento térmico é controlado visando potencializar a homogeneização (uniformidade) microestrutural promovendo qualidade nas peças.

• Melhora a estrutura do material 
• Aumenta a resistência 
• Obtém ductilidade 
• Reduz a dureza  
• Facilmente conformadas

O que é o tratamento térmico chamado Têmpera

Consiste em aquecer uma peça rapidamente até a temperatura de austenitização (cerca de 900ºC) por um certo tempo para homogeneização da austenita, seguida do resfriamento rápido geralmente em água ou óleo, proporcionando o aumento da resistência e elevar a dureza máxima ficando extremamente endurecido consequentemente se tornam muito mais frágeis. 

• Reduz a ductilidade
• Melhora a resistência ao desgaste e escoamento

Pré-aquecimento

Consiste em aquecer o material em uma faixa de temperatura que varia (6-12 vezes) em relação à espessura da peça, mediante a inclusão de uma fonte de calor adicional conectado a peça durante uma soldagem, que diminuirá a velocidade de resfriamento da junta soldada, reduzindo as tensões residuais tornando-os materiais de alta condutividade térmica e favorecendo a difusão do hidrogênio, assim facilita as operações de soldagem reduzindo a ocorrência (trincas, fissuras, etc.) das zonas afetadas pelo calor com altos níveis de dureza. 

Como funciona tratamento térmico de Pós-aquecimento

Consiste em aquecer o metal a temperatura na faixa entre 150ºC-400ºC na região da junta soldada imediatamente após a soldagem por um tempo de permanência definido (de1-4 horas), eliminando o hidrogênio e aproveitando o pré-aquecimento, tendo seu resfriamento retardado e lento controladamente evitando fissuras de camadas inferiores da solda, imperfeições e retrabalho na peça.

Esse processo é excelente para:

• Reduzir o hidrogênio (responsável por provocar umidade);
• Endurecer as soldas pelo resfriamento;
• Ajustar e estabilizar as microestruturas deformadas após a têmpera ou soldagem.

Alívio de tensões

Consiste no aquecimento lento da peça abaixo da temperatura crítica de transformação (<680ºC) por um tempo, definido pela espessura do metal e seguido do resfriamento lento, permitindo reduzir as tensões internas e homogeneizar a microestrutura, aumentando a ductilidade, tenacidade e resistência, corrigindo falhas provocadas por operações anteriores, assim evitando deformações, trincas, etc., sem modificar a estrutura interna do metal, obtendo melhores propriedades mecânicas, deixando adequada para próxima etapa.

• Diminui a dureza
• Melhora as condições metalúrgicas da zona afetada pelo calor

É necessário executar tratamento térmico pós-soldagem?

Na soldagem a peça passa por um rápido aquecimento e resfriamento durante o processo, após a soldagem as tensões residuais são induzidas provocando tensões de tração e compressão nos arredores de todas as juntas soldadas. 

Exemplo:  A fonte de calor e poça de fusão durante a deposição do cordão de solda sobre a peça provocam um aquecimento localizado na região da junta soldada que devido ao calor tende a se expandir, tornando relativamente dúctil e gerando tensões de compressão causando deformidade local, à medida que a poça de fusão esfria o metal quente se contrai resistindo a expansão para demais imediações, transformando em tensões de tração no metal frio. 

Por isso o tratamento térmico mais empregado na soldagem é o alívio de tensões, logo após a soldagem com temperaturas devidamente controladas para reorganizar as propriedades metalmecânicas da junta soldada, ocorre o alívio das tensões residuais e homogeneização da estrutura evitando o comprometimento de utilização e da vida útil da peça.

Concluindo sobre o que é o tratamento térmico

Aqui você viu que existem diversos tratamentos térmicos que produzem características específicas, qual depende da necessidade de aplicação e onde a peça será utilizada, podendo ser aplicados a vários metais.

Alguns objetivos do tratamento:

• Remoção de tensões internas 
• Ajustar a dureza
• Elevação da resistência 
• Aumentar a ductilidade
• Melhorar a usinabilidade
• Modificar as propriedades elétricas e magnéticas 

Lembrando que a variação de temperatura e resfriamento é o ponto-chave para as alterações nas estrutura e propriedade total ou superficial, que geram impactos nas dimensões das peças.

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