O tratamento térmico pós soldagem reduz os estresses residuais formados durante a soldagem. Também restaura a estrutura macro do aço. Obrigatório em aplicações de alta pressão, os construtores devem seguir rigorosamente os requisitos da TTAT (Tratamento Térmico pós soldagem para Alivio de Tensão) para evitar falhas de componentes.

Por que precisamos de TTAT?

A soldagem é um dos processos mais críticos na fabricação de recipientes sob pressão, como a caldeira de uma usina termelétrica.

A temperatura do conjunto de solda fundido durante o processo está na faixa de 2000°C. O aumento de calor é rápido e instantâneo. Quando a peça fundida esfria ela reduz, o encolhimento resulta em tensões térmicas que estão trancadas dentro do metal. Isso também pode mudar a macroestrutura do aço. Isto acontece porque:

Grandes quantidades de aço estão quase à temperatura ambiente.

A deposição de camadas de metal soldado cria um gradiente térmico em toda a seção transversal da solda.

Não somente na área de solda, mas toda área adjacente é afetada (ZTA – Zona Térmica Afetada).

O resfriamento súbito e a mudança de fase resultam em uma macroestrutura que não é o mesmo que o aço original, resultando em mudanças na propriedade que tornam o aço mais fraco e quebradiço.

Essas tensões residuais e alterações na macroestrutura, combinadas com tensões operacionais, podem levar à falha catastrófica dos vasos de pressão.

O TTAT elimina esses efeitos por aquecimento, imersão e resfriamento da área de solda de forma controlada a temperaturas inferiores ao primeiro ponto de transformação, proporcionando à macroestrutura tempo suficiente para reajustar seu estado original e remover o estresse residual.

O pré-aquecimento, por outro lado, é o processo de soldagem e aquecimento permanece em temperaturas mais baixas.

Fatores a serem considerados

Os fatores que contribuem para esses estresses e mudanças nas macroestruturas são:

Espessura da solda.  Uma espessura maior aumenta os gradientes térmicos e as tensões residuais resultantes.

Diferença no material. A soldagem de dois materiais de combinações diferentes resulta em diferentes macroestruturas dos metais comuns e do conjunto de solda.

O controle preciso das taxas de resfriamento durante a fabricação de aço é o que dá aos aços como P91 a força aumentada. Uma operação repentina como soldagem resulta em diferentes macroestruturas. Este é o caso de muitos dos aços especiais e materiais exóticos.

A diferença na geometria da solda nas peças pode causar diferentes gradientes térmicos que podem levar a tensões residuais.

A entrada de hidrogênio durante a soldagem pode levar à queima de corrosão sob tensão durante a operação. O hidrogênio tem que se difundir para fora da solda durante o processo TTAT.

A área de solda e ZTA apresentam maior dureza, tornando o aço mais quebradiço. Nas aplicações de gás sujo, isso pode levar à queima de corrosão. O TTAT controla a dureza para níveis aceitáveis.

O TTAT consiste em aquecer o metal após o processo de soldagem de maneira controlada até a temperatura abaixo do primeiro ponto de transformação, embebendo a essa temperatura por um tempo suficientemente longo e resfriando a taxas controladas.

A que temperatura você tem que aquecer o metal?

Isso depende das propriedades dos metais. Para os aços, a mudança de fase ocorre na primeira temperatura de transformação. As temperaturas devem estar abaixo disso. Isso pode variar de 595°C a 775°C, dependendo dos elementos de liga.

Qual é o tempo de espera?

Isto é mais uma função da espessura da solda e geralmente é de 15 minutos por 1″ de espessura com pelo menos 1 hora.

A taxa de aquecimento e arrefecimento também tem que permitir alterações macroestruturais

Considerando a importância e a segurança para os vasos de pressão, o sistema de caldeira e pressão de ASME, seção VIII-1, subseção UG 40, UCS 56 e UHA 32, detalha os parâmetros TTAT para diferentes grupos de solda. Exceto para soldas de espessura mais baixas, menos de 32 mm para aços de carbono, é obrigatório, de acordo com os códigos, para realizar TTAT de acordo com a maneira prescrita.

Os parâmetros TTAT fazem parte Especificação de Procedimento de Soldagem (EPS) e é preciso seguir as especificações.

Métodos TTAT

Os diferentes métodos para realizar TTAT dependem mais de restrições práticas.

– Disparar gás em um forno estacionário. Esse trabalho normalmente é feito nos fabricantes onde é econômico ter um sistema de forno com fornecimento permanente de gás. A maioria dos fabricantes de caldeiras possuem fornos a gás.

  • Os produtos da caldeira são aliviados por estresse após a conclusão da soldagem, aquecendo o tambor inteiro em um forno grande.
  • TTAT de peças pequenas soldadas podem ocorrer ao mesmo tempo no forno ou em lotes.

– Por aquecimento a gás ou aquecimento elétrico em fornos temporários. Isso evita o custo no transporte dos produtos acabados do local de fabricação para instalações com fornos fixos.

– TTAT localizado. Os locais de construção e lojas de fabricação usam esse método.

  • O método mais comum é o aquecimento por resistência elétrica. As bobinas de aquecimento revestidas de cerâmica são enroladas sobre a área de solda. A corrente controla os gradientes de temperatura.
  • O aquecimento por indução é um método que está ganhando popularidade mesmo que o custo seja alto. Este é um processo mais fácil de usar. Ao contrário do aquecimento por resistência, apenas o tubo fica quente. Os gradientes de temperatura são uniformes em toda a espessura.

– Por disparo de gás interno. Grandes vasos, colunas, tanques esféricos, tanques ácidos, etc. são tratados termicamente pelo gás de disparo internamente. Isso requer equipamentos especiais e empreiteiros qualificados e é um processo muito mais elaborado. A expansão térmica do vaso deve ser considerada durante o processo TTAT.

Os termopares na superfície medem e registram as temperaturas durante a TTAT. Esta gravação é uma obrigação e é o único registro do tratamento térmico já foi feito.

A adesão estrita aos parâmetros e procedimentos da TTAT evitará falhas dispendiosas durante a operação.