O ABC da soldadura por arco

CTOD

As construções soldadas podem fracturar rapidamente de maneira instável devido aos defeitos de soldagem e às trincas de fadiga que ocorrem nas áreas de esforços concentrados de soldagem sob esforços mais baixos que o esperado. As fracturas instáveis ou as fracturas frágeis podem ocorrer de maneira inesperada em curtos períodos de tempo, antes do fim da vida útil projetada para a estrutura. Conseqüentemente este tipo de fractura pode causar dano grave de uma construção soldada.

O campo de mecânica da fractura foi estabelecido para impedir as fracturas instáveis. As investigações em parâmetros de fractura permitem que a dureza de fractura de uma construção seja calculada de maneira sistemática.

Os parâmetros de fractura incluem o factor de intensidade do esforço (K), o J-integral e o deslocamento da abertura na ponta da trinca (CTOD = Crack Tip Opening Displacement). Hoje, o CTOD é amplamente empregado na concepção estrutural e de componentes, e na avaliação da aceitabilidade da extensão de trincas e cargas aplicadas permissíveis. O ensaio de CTOD foi usado principalmente para os aços carbono-manganês e de baixa liga, na variação de temperatura de transição dútile/frágil, e foi empregado frequentemente pelos ensaios do procedimento de soldagem para o trabalho nas estruturas offshore do Mar do Norte.

O ensaio de CTOD foi especificado pelo Padrão Britânico (BS 7448-91), pelo Padrão de Engenaria de Soldadura do Japão (WES 1108-95) e pelo Padrão ASTM Americano (EL 290-93).

A maioria dos ensaios CTOD consistem na dobra de três pontos, usando um espécime de curvatura da espessura completa que tem um entalhe e uma pre-trinca de fadiga na ponta do entalhe. Na fase inicial do processo de carga do espécime, a deformação plástica ocorre na ponta original da trinca de fadiga, causando uma determinada quantia de deslocamento da abertura na ponta da trinca no período de R à c - Figura 1.

Introdução aos consumíveis de soldagem para estruturas offshore
KOBELCO Consumíveis de soldagem para aço de baixa temperatura (somente inglês)

O padrão da fractura do espécime é analisado e identificado de acordo com as seguintes descrições; isto é, da fractura completamente frágil ao colapso inteiramente plástico.
(1) Uma fractura frágil (trinca instável ou “Pop-in” no registro de deslocamento da carga) que ocorre na fase inicial do processo de carga; o valor de CTOD é designado como δc.
(2) Uma fractura frágil que ocorre após o crescimento de trinca (dútile) lento; o valor de CTOD é designado como δu.
(3) Um crescimento de trinca (dútile) lenta fractura o espécime na carga máxima sob circunstâncias de crescimento de trinca estável; o valor de CTOD é designado como δm.

O valor de CTOD é determinado como o deslocamento da abertura (mm) medido com um calibre de grampo na ponta da trinca de fadiga original, quando a fractura frágil de (1) ou de (2) acima mencionada ocorre, ou quando a carga máxima for alcançada primeiramente sob a condição de (3). Isto é, o valor de CTOD de uma estrutura especial mostra o grau a que a estrutura é durável sob cargas aplicadas, quando contiver uma trinca que possa ser detectada pelo ensaio não-destrutivo. Com um valor de CTOD maior, a estrutura pode acomodar uma trinca mais longa ou umas cargas maiores.

O valor de CTOD pode ser afectado pela temperatura e pela espessura do material; assim, o requisito para o CTOD é determinada de acordo com a temperatura de serviço e a espessura máxima da parede da estrutura relevante; por exemplo o CTOD à -10°C ≥ 0,25 mm para as estruturas offshore. Com as tendências recentes das construções soldadas sempre maiores e para o funcionamento em uns ambientes sempre mais severos em mares frios congelantes, os requisitos tenderam a tornar-se estritas.

Figura 1. Crescimento da trinca de fadiga original e transição do deslocamento de carga com um espécime da curvatura de três pontos

(Referência: Guia Técnico de Kobe Steel, No. 395, 2003)

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