O calor introduzido nos materiais pela soldagem provoca contrações e tensões nos componentes processados. Não é possível obter construções soldadas totalmente isentas de distorções e tensões. Já foi comprovado que o desempeno por chama é um processo eficaz para eliminar tais anomalias. Na Alemanha a formação de mão de obra especializada no desempeno com chama é regulamentada pela diretriz DVS 1145. A Linde AG mantém desde 2012 uma unidade de treinamento na Associação Alemã para Soldagem e Processos Aplicados (Deutscher Verband für Schweiβen und verwandt Verfahren - DVS) voltada para o treinamento de profissionais de desempeno por chama.

O desempeno por chama é baseado no princípio de que os materiais se dilatam quando aquecidos e se contraem ao serem resfriados. A figura 1 mostra esse processo de forma esquemática. O aquecimento de uma viga metálica livre faz com que ela se alongue, enquanto o resfriamento a faz retornar ao seu comprimento original.

Fig. 1 – Aquecimento de uma viga metálica com livre deslocamento

Caso a viga metálica esteja firmemente engastada em suas pontas, ao ser aquecida ela não estará em condições de se alongar na direção do comprimento. Surgem dessa forma forças de compressão na barra, as quais se elevam à medida que a temperatura aumenta. Ao se alcançar o regime plástico ocorrerá um recalque em decorrência das forças de compressão atuantes. A viga metálica sofrerá então um encurtamento (figura 2, pág. 17). Durante o processo de desempeno por chama, usa-se uma chama gerada pela mistura de acetileno e oxigênio para aquecer uma determinada parte do componente. A temperatura de início de deformação plástica depende do material que constitui a estrutura e, no caso de aços não-ligados e com baixa liga, ela se situa em torno de 550°C. No caso do alumínio e suas ligas essa temperatura encontra-se entre 350 e 400°C, dependendo do tratamento térmico aplicado ao componente durante a sua fabricação.

É muito importante que a área aquecida seja rigidamente delimitada, o que minimiza a transferência do calor gerado pela chama para as áreas circundantes. Na região aquecida ocorrerá um alongamento do material, o qual será restringido pelo material frio dessas áreas. Durante o resfriamento o material sofrerá uma contração maior que a dilatação ocorrida no seu aquecimento. Dessa forma, partes de estruturas e componentes podem ser desempenadas.

Fig. 2 – Efeito térmico durante o desempeno por chama

Maneiras de Restringir o Alongamento - Processo

O desempeno por chama pode ser executado com ou sem meios auxiliares externos, cuja função é reforçar o efeito de desempeno pela fixação das regiões frias do componente, de forma a direcionar o aquecimento para os pontos a serem processados. O resultado não é visível até que o componente apresente temperatura ambiente. Normalmente o resfriamento ocorre ao ar calmo, contudo, em muitos casos, ele pode ser feito com ar comprimido, água ou dióxido de carbono fluido. É muito importante restringir a dilatação térmica no ponto onde a chama toca o componente, e existem diversos meios que possibilitam esse tipo de controle. Entretanto, a restrição do alongamento irá depender da espessura e da forma do componente. Alguns exemplos são mostrados na figura 3.

Fig. 3 – Diversas possibilidades para a restrição do alongamento

 

O desempeno de componentes feitos com chapas finas pode ser muito efetivo por meio da aplicação de uma placa perfurada, em que a restrição ao alongamento ocorre pela fixação do componente entre a placa perfurada e uma contra-placa. Os furos da placa perfurada definem a distância entre os pontos aquecidos isolados (figura 4).

Fig. 4 – Desempeno por chama com placa perfurada

Como desempenar - Estabelecendo a chama adequada

O acetileno é o gás combustível que deve ser usado para um desempeno bem-sucedido. Dependendo da relação de mistura entre oxigênio e acetileno pode-se obter uma chama neutra, oxidante ou redutora (figura 5, pág. 17). Diversos materiais e aplicações precisam de diferentes tipos de chama. Recomenda-se o uso de chama neutra ou, principalmente, com excesso de oxigênio (de 30 a 50%) para o processamento de aço não-ligados e de baixa liga, uma vez que dessa forma se consegue um aquecimento mais rápido. Por sua vez, aços austeníticos ao cromo-níquel frequentemente requerem excesso de oxigênio (de até 50%) para contrabalançar a oferta adicional de carbono resultante de uma chama neutra e, assim, assegurar a supressão de corrosão intercristalina. Já o desempeno por chama feito em alumínio requer chama com ligeiro enriquecimento de acetileno (até 1%), como é mostrado na tabela 1 (pág. 18). A chama rica em oxigênio reage com a superfície do componente possibilitando o surgimento de uma coloração cinza permanente na região aquecida. Leves excessos de acetileno não prejudicam a superfície.

Fig. 5 – Diferentes condições de regulação de chama: redutora (figura superior), neutra (figura intermediária) e oxidante (figura inferior).

Tipos de aporte de calor

Dependendo do componente a ser desempenado, o calor pode ser nele introduzido de diversas formas como, por exemplo, em áreas em forma de pontos, faixas, chavetas e ovais, ou ainda numa combinação de várias figuras aquecidas (figura 6, pág. 18). Pontos aquecidos são usados para o desempeno de componentes planos, tubulares e ondulados. O ponto precisa ser o menor possível para se obter bons resultados e o aquecimento deve ser feito da área externa à interna.

A faixa aquecida serve para corrigir ângulos associados a distorções como, por exemplo, o contra-aquecimento de cordões soldados inclinados. A região aquecida deve ter, no máximo, um terço da profundidade da chapa. O operador com experiência em desempeno por chama sabe que aplicou um grau adequado de aporte de calor nesse caso quando, ao elevar o maçarico, a aparência de metal incandescente desaparece imediatamente. Para menores efeitos de desempeno, é possível aplicar os pontos aquecidos ao longo de uma linha. Estes surtem menos efeito de desempeno que as faixas aquecidas. No caso de deformação acentuada, é necessário utilizar cunhas aquecidas – por exemplo, na forma de grades ou perfis. A cunha aquecida deve apresentar uma relação de altura/largura igual a 3:1 e promover um aquecimento, desde a ponta até a base, de forma a se alcançar uniformemente a temperatura de desempeno.

Fig. 6 – Figuras aquecidas para desempeno por chama

O formato oval aquecido é usado para desempenar tubos, por exemplo, após a soldagem de derivações. Ele deve ser posiciona- do sobre o lado oposto na direção longitudinal ao eixo do tubo e aquecido. Conforme o formato do componente, uma combinação de figuras aquecidas pode ser mais adequada.

Selecionando o equipamento adequado

Queimadores e tochas

A escolha do queimador adequado depende essencialmente da aplicação, em particular, do material e da espessura do componente. Normalmente, componentes com espessura de até 15 mm podem ser desempenados usando-se tochas de soldagem convencionais. Pode- se adequar o processo em relação à aplicação específica e ao tipo de tarefa pelo uso de diferentes tipos e tamanhos de tocha (figura 7, pág. 19).

Fig. 7 – Tochas autógenas para o desempeno por chama

A tocha de soldagem convencional produz uma única chama cuja concentração de calor é muito alta, a qual é necessária para se produzir figuras térmicas com formato definido. Tochas com múltiplas chamas possuem um anel no orifício do seu bocal, produzindo chamas com formato adequado para o aquecimento planar. Isso diminui o risco de superaquecimento local durante a utilização de tochas de grande porte em materiais sensíveis. Elas são adequadas para a confecção de figuras térmicas de maior tamanho, por exemplo, sobre componentes de grande espessura, possibilitando um aquecimento econômico. Na tocha com bocal “chuveiro” os múltiplos furos geram um feixe de chamas com alta potência de aquecimento e boa transferência de calor. Ele é necessário para o desempeno de componentes de grande porte. Essas tochas são usadas para o desempeno de componentes que apresentam ampla faixa de espessuras e, por esse motivo, estão disponíveis em versões de diversos tamanhos. No desempeno de grandes extensões planas, como conveses ou suas superestruturas, são usadas tochas de dois ou três bocais. A distância entre o bocal e a superfície da peça processada pode ser mantida usando-se um espaçador, sobre o qual há pequenas rodas. Isso possibilita um bom grau de transferência de calor sobre o componente. Além disso, há uma tocha especial com grande oferta de calor para uso em aplicações especiais envolvendo desempeno. A figura 8 (pág. 20) mostra a tocha especial LFH 16 da série “Lindoflamm”, fabricada pela empresa Linde.

Fig. 8 – Sonda especial “Lindoflamm LFH 16” usada em aplicações específicas de desempeno por chama

No caso de chapas com espessura de 3 mm pode-se usar tochas de tamanho semelhante às usadas para soldagem. Para chapas com espessuras superiores a 3 mm a escolha da tocha deve ser feita a partir de um cálculo simples. Para tanto, multiplica-se a espessura da chapa por um fator cujo valor varia entre 2,0 e 2,5. O valor assim calculado fornece uma indicação sobre o tamanho da tocha a ser usada. Por exemplo, para uma chapa com 10 mm de espessura deve-se usar uma tocha cujo tamanho corresponde ao valor 10 mm x 2,5, resultando em 25 mm. Esta fórmula empírica serve, a princípio, para aços pouco ou não-ligados. Nesta aplicação específica, deve-se selecionar uma tocha com tamanho 8 (20 a 30 mm). A tabela 2 (pág. 20) fornece informações sobre o tamanho de tocha para diversas ligas metálicas com diferentes valores de coeficiente de condutividade térmica.

Gases

Os gases necessários para o desempeno por chama são oxigênio e um gás combustível. Para se conseguir uma rápida transferência de calor é preciso usar um gás combustível que apresente valores superiores de temperatura de chama e de poder calorífico. O diagrama na figura 9 (pág. 24) mostra que somente o acetileno é o gás combustível adequado para o desempeno por chama.

A temperatura e intensidade da chama são influenciadas fortemente pela mistura de oxigênio e do gás combustível. Para se obter um valor otimizado de temperatura de chama é necessário que esta seja gerada com excesso de oxigênio – tanto quanto seja permitido. No caso da chama obtida com acetileno e oxigênio, alcança-se o valor máximo de temperatura de chama para uma mistura apresentando relação entre esses gases igual a 1:1,5. Para se conseguir resultados otimizados de desempeno por chama é necessário assegurar o devido ajuste da alimentação do oxigênio e acetileno. A vazão consumida de acetileno de acordo com a forma com que ele é fornecido é mostrada na tabela 3 (pág. 23). Um equipamento dotado de uma única garrafa de acetileno, juntamente com mais uma garrafa de oxigênio, permite o abastecimento de uma tocha para processos de desempeno por chama que apresente consumo de acetileno de até 350 l/h em trabalho contínuo. Uma única garrafa não é suficiente para abastecer tochas de maior por te, sendo necessário juntar várias garrafas, ou grupos de garrafas, ou mesmo grupos de “baterias”. Conforme a necessidade, pode-se usar grupos de garrafas de acetileno com seis ou 16 unidades para o abastecimento do equipamento. Vários grupos com 16 garrafas, que são reunidos na chamada bateria, atendem à demanda de empresas de grande porte que processam aço. Caminhões-reboque equipa- dos com tanques de acetileno são a variante de abastecimento com a maior capacidade possível de alimentação e com máxima segurança de atendimento. Para retirar o acetileno contido numa garrafa isolada, em grupos ou em baterias de grupos de garrafas, é necessário usar um redutor de pressão ou estação para o controle de pressão de equipamentos estacionários ou móveis, além de conexões e dispositivos de segurança que atendam aos requisitos legais. A maioria dos materiais metálicos pode ser submetida ao desempeno por chama. São necessárias diferentes abordagens para os diversos tipos de material. Elas se fundamentam nos diferentes valores de coeficiente de dilatação térmica, capacidade calorífica e natureza das superfícies, bem como nas diferenças das propriedades metalúrgicas e mecânicas dos me- tais processados. Os parâmetros que precisam ser considerados no processo de desempeno por chama são a temperatura de desempeno do componente, o tipo de resfriamento, o tamanho da tocha e as condições adequadas para a regulação da chama.

Fig. 9 – Propriedades do acetileno (gráficos fornecidos pela Linde)


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