Estudo da eficácia da vibração ressonante no alívio das tensões residuais e nas propriedades das juntas soldadas do aço Domex 700MC

Abstract

Durante a soldagem é produzida uma elevada entrada de calor que gera diferentes padrões de tensões residuais na estrutura, resultando em distribuições não uniformes de calor, deformações plásticas e transformações de fases no material. Para reduzir as tensões geradas são utilizados métodos de alívio de tensões residuais por tratamento térmico, que tem custo e tempo de processo muito elevados, e os métodos de alívio de tensões residuais por vibração mecânica que podem apresentar resultados satisfatórios com uma redução significativa no custo e no tempo de processo. O propósito deste trabalho é quantificar a efetividade do método de vibração mecânica ressonante no alívio das tensões residuais e nas propriedades mecânicas de juntas soldadas de chapas de aço ARBL Domex 700 MC, comparando com o alivio de tensões por tratamento térmico. Para alcançar os objetivos foi utilizada uma metodologia experimental com ênfase na aplicação de ensaios mecânicos e na medição das tensões residuais por Difração de Raios-X, nas amostras como soldadas e após submetê-las aos alívios de tensão por vibração mecânica e tratamento térmico. A comparação da largura à meia altura do pico de difração possibilita conhecer os mecanismos geradores do alívio de tensões em cada tratamento. Os ensaios mecânicos aplicados foram de tração, dobramento, tenacidade ao impacto, tenacidade à fratura, dureza e, também, os ensaios metalográficos e fractográficos. Da aplicação desses ensaios foi possível obter e comparar diferentes resultados entre os quais se destacam a redução das tensões residuais na ZAC quando aplicada a vibração. No ensaio de tração houve aumento no limite de escoamento, na tenacidade ao impacto e ensaio de tenacidade à fratura – CTOD o alívio por vibração foi mais eficaz. Por fim, concluiu-se que a vibração ressonante produziu os melhores resultados nas propriedades mecânicas quando comparadas aos resultados alcançados no tratamento térmico de alívio de tensões, principalmente, para o ensaio de tenacidade à fratura – CTOD, pois até agora não existiam dados para avaliar o método de alívio de tensões residuais por vibração mecânica ressonante para esta propriedade.

A high heat input is produced during welding which generates different patterns of residual stresses in the structure, resulting in non-uniform heat distributions, plastic deformations and phase transformations in the material. To reduce the stresses generated, methods of relieving residual stresses by heat treatment are used, which have a very high cost and process time, and methods of relieving residual stresses by mechanical vibration that can present satisfactory results with a significant reduction in cost and in the process time. The purpose of this work is to quantify the effectiveness of the resonant mechanical vibration method in residual stresses relief and in the mechanical properties of welded joints of ARBL Domex 700 MC steel plates, compared to stress relief by heat treatment. In order to reach the objectives, an experimental methodology with emphasis on the application of mechanical tests and the measurement of the residual stresses by X-ray diffraction in the samples as welded and after subjecting them to the stress relief by mechanical vibration and thermal treatment were used. The comparison of the width at half height of the diffraction peak makes it possible to understand the mechanisms that generate stress relief in each treatment. The mechanical tests applied were tensile, folding, impact toughness, fracture toughness, hardness and also metallographic and fractographic tests. The application of these assays was possible to obtain and compare different results among which we highlight the further reduction of residual stresses in the HAZ when applied vibration. For the tensile test, there was an increase in the yield limit, in the impact toughness and fracture toughness test - CTOD the vibration relief was more effective. Finally, it was concluded that the resonant vibration produced the best results in the mechanical properties when compared to the results obtained in the heat treatment of stress relief, mainly for the test of fracture toughness - CTOD, because until now there were no data to evaluate the method of residual stresses relief by resonant mechanical vibration for this property.