V Richter-Trummer1, P M G P Moreira2, P M S T de Castro1 FEUP 1 INEGI 2 valentin@fe.up.pt
Artigo Técnico
Medição de tensões residuais Resumo Tensões residuais são solicitações internas presentes em muitas estruturas, mesmo sem aplicação de esforços externos. Estas existem na ausência de esforços externos, e a sua distribuição está necessariamente em equilíbrio. Podem resultar do processo de fabrico, como por exemplo na laminagem de chapas, soldadura de estruturas e construções ou mesmo surgir durante a montagem de componentes. Os efeitos destas tensões residuais podem ser benéficos, geralmente quando são compressivas, ou prejudiciais quando tractivas, pois somando-as às tensões resultantes dos esforços aplicados podem levar à falha imprevista de uma estrutura. Com o presente artigo, pretende-se alertar para a existência destas tensões e para a sua influência na resistência de estruturas. São apresentados alguns métodos de medição disponíveis em Portugal, explicando as suas capacidades, vantagens e desvantagens. Palavras chave: Medição, tensão residual
Introdução Tensões residuais e os seus efeitos em estruturas metálicas Os factores económicos e de eficiência energética actualmente exigidos, por exemplo na indústria de transportes, obrigam a um superior desempenho dos materiais utilizados. Os novos processo de fabrico conduzem a componentes de baixo peso que trabalham perto dos seus limites de resistência. Para garantir que estes trabalhem dentro do limite de segurança de projecto é essencial conhecer com rigor o estado das tensões residuais instaladas. Estas podem ser resultado do processo de fabrico, ou ser induzidas em serviço, durante operações de manutenção ou reparação [1]. As tensões residuais podem ser classificadas quanto à sua escala nos tipos I a III, sendo que as do tipo III são tensões intragranulares, as do tipo II são tensões intergranulares e as do tipo I são tensões que abrangem vários grãos e são, por isso, geralmente designadas como macroscópicas. São estas últimas que originam, em geral, os problemas mais graves em aplicações correntes de engenharia, como por exemplo problemas relacionados com fadiga. Os diferentes métodos de medição de tensões residuais podem ser sensíveis às diferentes escalas de tensão. Tensões macroscópicas podem surgir de processos de tratamento térmico, maquinagem, soldadura ou mesmo a assemblagem de componentes mais complexos. As tensões residuais são tensões que existem num componente sem a aplicação de qualquer carregamento externo. Os seus efeitos podem ser benéficos ou prejudiciais em função do seu sinal (tracção ou compressão) e magnitude. As tensões residuais serão somadas a qualquer tensão devida a uma carga externa, sendo essa soma que determina o estado de tensão local num componente.
de medir directamente a grandeza desejada. Estes métodos podem ser divididos em três diferentes grupos. Os destrutivos, baseados na medição da relaxação resultante de um corte ou outro processo de remoção de material. Os semi-destrutivos, baseados na remoção de uma pequena quantidade de material, que poderá ser viável mesmo em estruturas que estão em serviço. Os não destrutivos, geralmente baseados em processos de difracção, que usam diferentes fontes de energia de forma a medir distâncias dentro dos grãos que poderão ser relacionadas com tensões [2]. A Figura 1 sintetiza dados obtidos em [3–8], permitindo comparar o desempenho de diversos processos de medição quanto à gama de profundidades nas quais podem ser usados. Os dados apresentados pretendem dar uma ideia da ordem de grandeza, dependendo o resultado de muitos factores específicos a cada problema. Na secção seguinte serão referidos alguns dos métodos disponíveis em Portugal para a determinação de tensões residuais. Estes estão sinalizados na Figura 1, estando documentados na literatura técnico-científica resultados obtidos em Portugal usando processos dos três grandes grupos de métodos de medição. Foram obtidos resultados entre a superfície e os 32 mm de profundidade.
a) Alumínio
b) Aço
Métodos de medição disponíveis
Figura 1: Profundidade em relação à superfície para a qual cada método pode ser
Existem diversos métodos de medição de tensões residuais, tendo todos eles em comum a particularidade de não serem capazes
utilizado [3–8]. O sombreado mostra a gama de profundidades de cada método de
8 · MANUTENÇÃO
medição aplicado em Portugal.