FBTS - EnsaiosMecanicos_170508

Curso de Inspetor de Soldagem ENSAIOS MECÂNICOS Fabio Alves – Eng. Metalúrgico

versão versão 17 17 mai mai 08

Inspetor Inspe tor de Soldage Soldagem m – Ensaios Ensaios Mecânicos Mecânicos

SUMÁRIO 1. Introdução; 2. Orientação dos corpos de prova; 3. Ensaio de Dobramento; 4. Ensaios de Dureza; 5. Ensaios Macrogr áficos.

INTRODUÇÃO

INTRODUÇÃO ALGUMAS CONSIDERAÇ ÕES ÕES ... Ensaios mecânicos são ensaios destrutivos pois na maioria das vezes provocam a RUPTURA ou INUTILIZAÇÃO da peça ensaiada. 

Propriedades mecânicas avaliam o comportamento de um material quando submetido à esforços mecânicos aplicados. 

Por que avaliar as propriedades mecânicas de uma junta soldada? A solda é uma forma de união com continuidade entre componentes de uma estrutura ou equipamento.

Inspetor de Soldagem Ensaios Mecânicos

INTRODUÇÃO Emprego dos ensaios mecânicos em atividades de soldagem Atividades de soldagem Qualificação de metal de Adição

Qualificação de Procedimento de Soldagem

Qualificação de Soldadores

Chapas de Teste de Produção

Tração

X

X

-

X

Dobramento

-

X

X

X

Fratura

-

X

X

-

Dureza

-

X

-

X

Impacto Charpy

X

X

-

X

Impacto Drop-Weight

-

X

-

-

Macrográfico

-

X

X

X

Ensaio


ORIENTAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA

ORIENTAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA As propriedades dos materiais podem variar dependendo da direção que são ensaiados (“solicitados”)  ANISOTROPIA. 

Direção Longitudinal

Direção Transversal

Direção Laminação






ORIENTAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA Metal de Base  referência é a direção de laminação 

Referência Soldado  referência é o cordão de solda



Regiões a serem avaliadas no CP soldado: face, raiz e lateral

CP radial

Outras Orientações CP tangencial

Radial x Tangencial


ENSAIO DE DOBRAMENTO

ENSAIO DE DOBRAMENTO

“Consiste na dobra de um corpo de prova de eixo retilíneo e secção circular, tubular, retangular ou quadrada, assentado em dois afastados a uma distância específica, de acordo com o tamanho do CP, por intermédio de um cutelo, que aplica um esforço de flexão no centro do CP até que seja atingido um ângulo de dobramento específico.” 


ENSAIO DE DOBRAMENTO Características 

Indicação qualitativa da ductilidade do material;

A velocidade do ensaio não é importante, desde que o ensaio não seja dinâmico. 

Considerações ↑ Severidade do ensaio

↓ diâmetro do cutelo ↑ ângulo de dobramento



Outro fator que influencia na severidade do ensaio é o tipo de dobramento.


ENSAIO DE DOBRAMENTO Tipos de Dobramento Guiado: “...os apoios sustentam longitudinalmente

os braços do CP” (mais severo). Semi-Guiado: “... os apoios apenas fixam a amostra”. A forma é imposta

pelo cutelo (menos severo que o guiado).


ENSAIO DE DOBRAMENTO Tipos de Dobramento Livre: o dobramento é obtido pela aplicação de força nas extremidades

do corpo de prova, sem aplicação de força no ponto de máximo dobramento. É o tipo de dobramento menos severo.


ENSAIO DE DOBRAMENTO Dobramento de corpos de prova soldados 

Método de dobramento: guiado;



Orientação dos corpos de prova: (a) lateral transversal; (b) transversal

de face; (c) transversal de raiz; (d) longitudinal de face; (e) longitudinal de raiz.


ENSAIOS DE DUREZA

ENSAIO DE DUREZA Conceitos gerais 

A dureza é uma propriedade mecânica obtida pela combinação de

várias outras. Outros conceitos ... “é a resistência à deformação plástica permanente” “é a resistência ao risco ou capacidade de riscar” “é a resistência que um metal oferece à penetração de um corpo duro” 

Em soldagem é influenciada pelo: grau de encruamento do MB;

tratamento térmico; efeitos metalúrgicos do processo de soldagem; composição química do MB e do metal de adição.


DUREZA BRINELL Conceitos gerais



Consiste em comprimir lentamente, por meio de uma carga P, uma

esfera de aço, de diâmetro D, sobre uma superfície plana, polida ou preparada, de um corpo de prova ou peça, durante um certo intervalo de tempo.


DUREZA BRINELL Conceitos gerais 

A dureza Brinell (HB) é definida em kgf/mm2 como quociente entre a

carga aplicada e a superfície da calota esférica (impressão).


DUREZA BRINELL Condições de ensaio Condição padrão: carga 3000 kgf (materiais ferrosos); penetrador: esfera de 10 mm de diâmetro (aço ou carboneto de tungstênio); tempo: 30 segundos.

Outras condições: xxx HB Ø / carga / tempo Ex.: 70 HB 10/500/30 – número 70 de dureza Brinell medido com esfera

Tempo

10 segundos para HB>300; 60 segundos para HB<60.

Material do penetrador (esfera)

Aço temperado; Carboneto de tungstênio

Nota: Dureza da esfera ≥ 2,5 x dureza do CP


DUREZA BRINELL Condições de ensaio 

Teoricamente, não há valor definido para o diâmetro da esfera do

penetrador nem para a carga. No entanto, algumas condições restringem o uso de qualquer valor para diâmetro e carga. São elas: Espessura Raio

da peça: no mínimo igual a 10 x profundidade da impressão;

de curvatura da superfície: mínimo de 5 x diâmetro da esfera

utilizada; Distância

entre os centros das impressões e as bordas do corpo de

prova: mínimo de 2,5 x diâmetro médio da calota; Distancia

entre impressões vizinhas : mínimo de 4 x diâmetro da

impressão (centro a centro)


DUREZA BRINELL Condições de ensaio 

Como identificar condições semelhantes de ensaio?

Para materiais homogêneos, a utilização de diferentes diâmetros da esfera do penetrador (D) e de carga aplicada (Q) podem levar ao mesmo valor dureza desde que seja mantida constante a relação “Q/D2” (quando d= 0,25 a 0,5D).


DUREZA BRINELL Condições de ensaio Graus de carga para diversos materiais Grau de carga

30

15

Ligas ferrosas e ligas de alta resistência Grupos de materiais para os quais devem ser preferencialmente empregados os graus de carga indicados

Ferro Aço Aço fundido Ferro fundido Ligas de titânio Ligas de níquel e cobalto para temperaturas elevadas

5

2,5

1,25

1,0

Metais e ligas não ferrosas Ligas de alumínio Ligas de cobre Ligas de magnésio Ligas de zinco Latões Bronzes Cobre Níquel

Alumínio Magnésio Cobre Zinco Latão fundido

Ligas de chumbo

Ligas de chumbo Ligas de estanho Metal patente

Nota: Nota: As cargas cargas mais mais utilizad utilizadas as são de de 3000 3000 kgf e 500 kgf kgf com esfera esfera de de 10 mm.

Inspetor Inspetor de de Soldagem Soldagem Ensaios Ensaios Mecânic Me cânicos os Mecânicos Mecâni cos

DUREZA BRINELL Condições de ensaio Espessura mínima exigida Espessura mínima do corpo de prova

Dureza mínima mínima para que o ensaio ensaio Brinell Brinell possa ser realizado realizado com segurança

mm

3.000 Kgf

1.500 Kgf

500 Kgf

1,6

602

301

100

3,2

301

150

50

4,8

201

100

33

6,4

150

75

25

8,0

120

60

20

9,6

100

50

17


DUREZA BRINELL Condições de ensaio Faixas Faixas recomendadas recomendadas de dureza dureza brinell para utilizaçã utilização o Diâmetro da esfera (mm)

Força

Faixa de dureza recomendada

10

3.000 Kgf

96 a 600

10

1.500 Kgf

48 a 300

10

500 Kgf

16 a 100


DUREZA BRINELL Aplicações e Características 

Metais ferrosos, ferro fundido, aço e peças não temperadas;



Facilidade de aplicação (equipamentos simples e portáteis);



Escala de dureza contínua


DUREZA ROCKWELL Conceitos gerais 

Baseia-se na medição da profundidade de penetração de um

penetrador, subtraídas a recuperação elástica devida a retirada de uma carga maior e a profundidade causada pela aplicação de uma carga menor. Esférico (aço) 

Penetradores: Cônico (cone de diamante com 120º de conicidade)

Rockwell Normal 

Grupos:

Rockwell Superficial

Várias escalas independentes (carga e penetradores)


DUREZA ROCKWELL Etapas


DUREZA ROCKWELL Condições de ensaio Rockwell Normal (10 kgf) 

Pré-carga Rockwell Superficial (3 kgf)



Carga

Rockwell Normal: 60, 100, 150 kgf Rockwell Superficial: 15, 30, 45 kgf

Representação dos resultados xxx HR (escala) 59 HRC - número 59 de dureza Rockwell na escala Rockwell C. 80 HR30N - número 80 de dureza Rockwell superficial na escala Rockwell 30N


DUREZA ROCKWELL Escalas

Rockwell Normal (10 kgf)

Símbolo da Escala

Maior carga (Kgf)

Rockwell A

60

Rockwell C

150

Rockwell D

100

Rockwell B

100

Rockwell F

60

Rockwell G

150

Rockwell E

100

Rockwell H

60

Rockwell K

150

Rockwell L

60

Rockwell M

100

Rockwell P

150

Rockwell R

60

Rockwell S

100

Rockwell V

150

Penetrador Cone diamante,120º de conicidade

Campo de aplicação Aço cementado ou temperado

Esfera de aço, 1,588 mm de diâmetro Esfera de aço, 3,175 mm de diâmetro

Aço, ferro, bronze, latão,etc. até 240 Brinell

Esfera de aço, 6,350 mm de diâmetro Esfera de aço, 12,70 mm de diâmetro

Material plástico


DUREZA ROCKWELL Escalas Rockwell Superficial (3 kgf)

Símbolo da Escala

Maior carga (Kgf)

15 N

15

30 N

30

45 N

45

15 T

15

30 T

30

45 T

45

Penetrador

Campo de aplicação

Cone diamante, 120º de conicidade

Aços com tratamento térmico superficial, como cementação, nitretação,etc.

Esfera de aço, 1,588 mm de diâmetro

Aço, ferro e outros metais até 240 Brinell,chapa,etc.


DUREZA ROCKWELL Restrições Espessura mínima para os corpos de prova a serem ensaiadas - Rockwell Superficial


DUREZA ROCKWELL Restrições Espessura mínima para os corpos de prova a serem ensaiadas - Rockwell Normal


DUREZA VICKERS Conceitos gerais 

Baseado na resistência que um material oferece à penetração de

uma pirâmide de diamante de base quadrada e ângulo entre faces de 136º, sob uma determinada carga.



O valor da dureza Vickers é o quociente da carga aplicada (P) pela

área da impressão (S). HV = P/S = 1,8544P/d2 kgf/mm2


DUREZA VICKERS Condições de ensaio 

Carga: de 1kgf a 120 kgf;



Penetrador: tipo pirâmide de diamante de base quadrada e ângulo

entre faces de 136º; 

Tempo de aplicação da carga (padrão): 10 a 15 segundos.

Representação dos resultados 

Outras condições: xxx HV carga ou xxx HV carga / tempo

Ex.: 400 HV 30 – dureza Vickers de 400 medida sob uma carga de 30 kgf, aplicada de 10 a 15 segundos. 400 HV 30/20 – dureza Vickers de 400 medida sob uma carga de 30 kgf, aplicada por 20 segundos.


DUREZA VICKERS Características 

Todas as impressões são semelhantes entre si, não importando o

seu tamanho (penetrador praticamente indeformável). Ou seja, a dureza Vickers é independente da carga 

O número de dureza obtido é independente da carga aplicada;



A realização do ensaio com cargas inferiores a 1 kgf (de 1 gf a 1000

gf) necessita de aparelhos especiais  micro-dureza 

Escala de dureza contínua.


DUREZA VICKERS Vantagens 

escala de dureza contínua e única;



impressões pequenas (não inutilizam as peças);



grande precisão;



deformação nula do penetrador;



aplicável a toda gama de durezas encontradas nos diversos

materiais; 

aplicável a qualquer espessura;



permite medir durezas superficiais;


DUREZA VICKERS Cuidados especiais 

A máquina de dureza Vickers requer aferição constante, pois

qualquer erro na velocidade de aplicação da carga traz grandes diferenças nos valores de dureza; 

Evitar erros de impressão

Adequação da carga aplicada


MICRODUREZA Considerações gerais 

A preparação do corpo de prova para microdureza deve ser feita,

obrigatoriamente, por metalografia, utilizando-se, de preferência, o polimento eletrolítico, para evitar o encruamento superficial.

Microdureza Vickers da ZTA e uma turbina de soldada (200 x – 500 gf)

Microdureza Vickers


MICRODUREZA Aplicações 

Determinação

das

profundidade

de

tratamentos

superficiais

(nitretação, cementação, tempera superficial); 

Determinação de constituintes individuais de uma microestrutura;



Determinação da dureza em peças extremamente pequenas e finas;



Determinação da dureza em metais muitos duros ou muito moles.


MICRODUREZA Vickers

250 X

500 gf

300gf

100gf

50gf 10gf


MICRODUREZA Knoop É utilizado para a medição de micro-dureza, na qual um penetrador de diamante, com formato piramidal, é pressionado contra uma superfície devidamente polida. 

300 X

500gf

300gf 100gf 50gf 10gf


MÁQUINA DE ENSAIO DE DUREZA Específicos (um único método de dureza) Durômetros Universais (mais de um método de dureza)


MÁQUINA DE ENSAIO DE DUREZA Medidores Portáteis 

utilizado em situações que o ensaio não pode ser realizado no

laboratório; 

ensaio em equipamentos, peças de grande porte ou quaisquer outras

posições; 

facilidade de manuseio;


MÁQUINA DE ENSAIO DE DUREZA Medidores Portáteis - Brinell Operam pela comparaç ão ão das impressões, provocadas simultaneamente no material testado e numa barra padrão de dureza conhecida por uma esfera de aço de 10 mm de diâmetro, pelo impacto de um martelo sobre um dispositivo de impacto ou haste do medidor. De forma idêntica ao método convencional, são feitas duas leituras de cada impressão por meio de uma lupa graduada, e com os diâmetros médios da barra padrão e da peça determina-se a dureza da peça. 

Tipo “poldi”

Tipo “telebrineller”


MÁQUINA DE ENSAIO DE DUREZA Medidores Portáteis – Brinell – Tipo Poldi

Aplicação da carga

Tipo “poldi”

Identações


MÁQUINA DE ENSAIO DE DUREZA Medidores Portáteis - Rockwell Tipo “Ernst” 

Baseia-se no principio da medição da profundidade da impressão;



Uma pré-carga de 0,5 Kgf e logo após uma carga de 5 Kgf são

aplicadas manualmente por 2 segundos e a leitura é feita num mostrador pela indicação da extremidade de uma coluna de fluido que se desloca num tubo capilar. O comprimento da coluna de fluido é proporcional à profundidade da impressão. 

O aparelho possui mostrador com outras escalas de dureza (Brinell

e Vickers) além da Rockwell C, no entanto, é necessário a utilização dos penetradores correspondentes.


MÁQUINA DE ENSAIO DE DUREZA Medidores Portáteis - Rockwell Tipo “Ernst”


MÁQUINA DE ENSAIO DE DUREZA Medidores Portáteis - Rockwell Tipo “Arco” 

Medidor de dureza pelo método Rockwell A,B e C. O arco do

aparelho funciona como elemento de carga; o relógio indica a carga aplicada (60,100 ou 150 Kgf, conforme se gira o volante) e a dureza Rockwell é lida diretamente no mostrador do aparelho.


MÁQUINA DE ENSAIO DE DUREZA Medidores Portáteis - Vickers 

A dureza Vickers pode ser obtida, indiretamente, pela conversão de

escalas.

RELAÇÃO DE CONVERSÃO DE DUREZA 

São relações empíricas de grande utilidade prática;



Não apresentam valores completamente confiáveis pois há vários

fatores que interferem no valor de dureza obtido, tais como: forma do penetrador e cargas.


MÁQUINA DE ENSAIO DE DUREZA RELAÇÃO ENTRE DUREZA E LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO 

Existe uma correlação aproximada entre os valores de dureza Brinell e

de dureza Rockwell e os valores do limite de resistência à tração dos aços. 

A correlação é aproximada em virtude das diversas composições

químicas e processos de fabricação; 

Quando for necessária uma conversão mais precisa a mesma deve ser

desenvolvida

especificamente

(composição

química

do

aço,

tratamento,etc); 

A conversão da dureza para valores aproximados de limite de

resistência à tração são aplicáveis apenas a aços carbono e aços liga de médio teor em liga (aços com 5 a 10% de elementos de liga)


MÁQUINA DE ENSAIO DE DUREZA Knoop


ENSAIOS MACROGRÁFICOS

ENSAIOS MACROGRÁFICOS Considerações Gerais 

O ensaio macrográfico consiste no exame do aspecto de uma

superfície de uma peça ou corpo de prova, segundo uma seção plana devidamente lixada que, em regra, é atacada previamente por um reativo apropriado. O aspecto, assim obtido, chama-se macro-estrutura. 

O ensaio é realizado à vista desarmada ou com auxílio de uma lupa;



O termo “macrografia” é também empregado para designar os

documentos (fotos, impressões,etc) que reproduzam a macroestrutura, em tamanho natural ou com ampliação máxima de 10 vezes.


ENSAIOS MACROGRÁFICOS Considerações Gerais 

Aspectos da textura: deve-se às diferentes intensidades de reflexão

da luz.


ENSAIOS MACROGRÁFICOS Objetivos 

verificar de que produto siderúrgico se trata;



constatar a existência de descontinuidades

inerentes ao próprio material (porosidade e segregações); 

determinar o processo de fabricação;



“caracterizar” uma junta soldada (número de

passes, zonas, forma do chanfro, etc)

Macrografia de uma junta soldada


ENSAIOS MACROGRÁFICOS Objetivos

Parafuso forjado

Parafuso laminado


ENSAIOS MACROGRÁFICOS Heterogeneidades 

Cristalinas (modo de solidificação, crescimento cristalino, velocidade

de resfriamento, etc); 

Químicas (segregações, inclusões, etc);



Mecânica (encruamento).

Preparação dos CP´s 

Escolha e localização da seção de corte;



Preparação da superfície plana e polida (corte e lixamento);



Lavagem, secagem e ataque da superfície.


ENSAIOS MACROGRÁFICOS Preparação dos CP´s – Seção de Corte 

Qual o objetivo do ensaio?

Preparação dos CP´s – Preparação da Superfície 

Corte (métodos, cuidados);



Lixamento (orientação, granulação das lixas)

Preparação dos CP´s – Lavagem, secagem e ataque 

Lavagem: remoção de impurezas;



Secagem;



Ataque:

Tempo de duração (rápido x lento)

Método de ataque: Imersão x Aplicação

Características do ataque

Profundidade (superficial x profundo) Temperatura (frio x quente)


ENSAIOS MACROGRÁFICOS Reativos 

São, geralmente, soluções ácidas, alcalinas ou substâncias complexas

dissolvidas num solvente adequado, principalmente álcool e água. Reativo de ácido clor ídrico ou ácido muriático 

Composição:

Ácido clorídrico (conc.) - HCI ....................... 50 ml Água ..............................................................50 ml 

Aplicação: A solução deve permanecer ou estar próxima da temperatura de ebulição

durante o ataque. O corpo de prova deve ser imerso na solução por um período de tempo suficiente para revelar todas as descontinuidades que possam existir na superfície de ataque. 

Revelação: segregação, regiões encruadas, regiões afetadas pelo calor, depósitos de

soldas, profundidade de têmpera, trincas, poros, etc


ENSAIOS MACROGRÁFICOS Reativos Reativo de Iodo 

Composição:

Iodo sublimado .................................... 10 g Iodeto de potássio (KI) ........................ 20 g Água .................................................... 100 g 

Aplicação: A solução deve ser utilizada à temperatura ambiente, esfregando-se uma

mecha de algodão, embebida na solução, na superfície a ser atacada, até que se obtenha uma clara definição dos contornos da macro-estrutura. 

Revelação: Mesmas do reativo anterior.


ENSAIOS MACROGRÁFICOS Reativos Reativo de persulfato de amônio 

Composição:

Persulfato de amônio (NH4)2S2O8 ..................... 10 g 

Aplicação:

A solução deve ser usada à temperatura ambiente esfregando-se uma mecha de algodão, embebida na solução, na superfície a ser atacada. Proporciona excelente contraste. 

Revelação:

Identifica soldas, segregação, texturas cristalinas e fibrosas.


ENSAIOS MACROGRÁFICOS Reativos Reativo de Nital 

Composição:

Ácido nítrico (conc.) HNO 3 ................... 5 ml Álcool Etílico ........................................ 95 ml 

Aplicação:

A solução deve ser usada à temperatura ambiente.



Revelação:

É indicado para a localização de soldas, segregação,trincas, profundidades de têmpera, etc.


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