As tensões residuais na soldagem são causadas principalmente por dois fatores: expansão e contração térmica e transformação de fase. A expansão e contração térmica ocorrem quando o metal de solda e o metal de base são aquecidos e resfriados durante o processo de soldagem, criando diferentes gradientes térmicos e deformações em diferentes regiões do componente. A transformação de fase ocorre quando o metal de solda e o metal de base sofrem alterações em sua estrutura cristalina devido à alta temperatura e taxa de resfriamento, resultando em diferentes mudanças de volume e tensões. Esses fatores criam uma distribuição complexa de tensões residuais no componente soldado, que pode ser dividida em três tipos: longitudinal, transversal e normal.
As tensões residuais podem ter efeitos positivos e negativos sobre os componentes soldados, dependendo da magnitude, direção e localização da tensão. Os efeitos positivos incluem o aumento da força e resistência à fadiga do componente, bem como melhorar a estabilidade dimensional e memória de forma. Os efeitos negativos incluem a redução da ductilidade e tenacidade do componente, bem como o aumento da suscetibilidade à corrosão e fissuração. Os efeitos negativos das tensões residuais podem ser mais pronunciados quando o componente é submetido a cargas externas, mudanças de temperatura ou ambientes agressivos.
The "positive" effects are incorrect. In almost all cases, residual stresses reduce fatigue resistance. Residual stresses have no effect on "strength" - this is fundamental to the material type. Residual stresses cause dimensional instability - hence why stress relieving is required prior to machining
Para reduzir ou eliminar tensões residuais em componentes soldados, dependendo do projeto, material e aplicação, métodos como pré-aquecimento, tratamento térmico pós-soldagem (PWHT), métodos mecânicos e métodos térmicos podem ser utilizados. O pré-aquecimento do metal de base antes da soldagem pode reduzir o gradiente térmico e a taxa de resfriamento, enquanto o PWHT envolve aquecer o componente soldado a uma determinada temperatura e mantê-lo por um determinado tempo seguido de resfriamento controlado. Os métodos mecânicos envolvem a aplicação de forças ou vibrações externas ao componente soldado, enquanto os métodos térmicos envolvem a aplicação de aquecimento ou resfriamento localizado. Esses métodos podem melhorar a dureza, tenacidade, resistência à fadiga e resistência à corrosão do componente, bem como induzir tensões residuais compressivas que podem neutralizar tensões residuais de tração.
Welding speed is an another governing factor, as well as welding fixture frame. Plate thickness less than 12mm will not be affected much.
A seleção do método mais adequado para reduzir ou eliminar a tensão residual em componentes soldados depende de vários fatores, como o tipo, a magnitude e a distribuição da tensão residual, o material, a geometria e a função do componente, o processo e os parâmetros de soldagem, o custo e a disponibilidade dos equipamentos e recursos, e as normas e especificações da indústria e do cliente. Portanto, é essencial realizar uma análise e avaliação minuciosa do componente e seus requisitos antes de escolher um método. Também é aconselhável consultar especialistas e realizar testes e experimentos para verificar a eficácia e viabilidade do método.
Ultrasonic Impact Treatment (UIT) is relatively new and promising process for residual stress relief and fatigue improvement of parts, welded elements and structures. UIT is also known in industrial applications as Ultrasonic Peening (UP). The beneficial effect of UIT is achieved mainly by relieving of harmful tensile residual stresses and introducing of compressive residual stresses into surface layers of material and also on smaller scale by decreasing of stress concentration in weld toe zones and enhancement of mechanical properties of the surface layers of the material (Yuri Kudryavtsev. Ultrasonic Impact Treatment - 30 Years of Practical Application. International Institute of Welding (IIW). IIW Document XIII-2803-19. 2019).
Reduzir ou eliminar tensões residuais em componentes soldados pode ter benefícios significativos para o processo de engenharia de fabricação e o produto final, como melhorar a qualidade e a confiabilidade, melhorar o desempenho e a durabilidade, aumentar a eficiência e a produtividade e atender aos padrões da indústria. Essas vantagens podem ajudar a reduzir defeitos e retrabalho, prolongar a vida útil, reduzir os custos de manutenção e reparo, economizar tempo e energia, ganhar vantagem competitiva e reputação.