Tempo de arrefecimento t8/5
O tempo que o cordão leva a arrefecer de 800 para 500 °C é o número por trás de metade da metalurgia da soldadura. Sai da energia, da espessura, do pré-aquecimento e da forma da junta.
O que o desloca
Mais energia alonga-o, mais pré-aquecimento também — são estes os dois botões que o soldador tem. Mais espessura encurta-o, porque há mais metal a absorver calor, mas só até à espessura de transição. A forma da junta entra pelo factor de forma: uma junta em T dissipa em três direcções e arrefece mais depressa do que um cordão sobre chapa.
Contam os dois limites
Depressa de mais significa martensite na zona afectada e, com isso, a antessala da fissura a frio; a correcção é pré-aquecer ou aumentar a energia. Devagar de mais significa crescimento de grão e queda da resiliência, sobretudo em aços de grão fino termomecanicamente laminados; a correcção é menos energia e uma temperatura entre passes que seja mesmo respeitada.
A cadeia de calculadoras
O carbono equivalente diz o quão sensível é o aço. A energia de soldadura diz quanto calor metes. Esta calculadora diz o que sai daí. E a temperatura de pré-aquecimento diz com que contrariar.
Factores de forma F2 e F3
| Tipo de ligação | F2 | F3 |
|---|---|---|
| Cordão sobre chapa | 1,0 | 1,0 |
| Cordão topo a topo | 0,9 | 0,9 |
| Cordão em ângulo, ligação de canto | 0,9 | 0,67 |
| Cordão em ângulo, ligação em T | 0,45–0,67 | 0,67 |
Para a ligação em T a norma dá F2 como intervalo, 0,45–0,67. A calculadora usa o valor superior: dá um t8/5 mais longo, ou seja, a estimativa menos prudente — e é essa que convém verificar.
O que significa o número
| t8/5, s | O que significa |
|---|---|
| < 5 | Estrutura temperada na ZTA, dureza acima de 380 HV, risco de fissuras a frio |
| 5–25 | A gama de trabalho para aços estruturais não ligados e de baixa liga |
| > 25 | Grão grosseiro, perda de tenacidade e, em grandes espessuras, também deformações |
Tabela de t8/5 por entrega térmica e espessura da chapa
Tempo de arrefecimento para um cordão topo a topo sem pré-aquecimento (20 °C), calculado com as mesmas fórmulas da calculadora — incluindo a escolha entre a fórmula 2D e a 3D pela espessura de transição.
| Q, kJ/mm | d = 6 mm | d = 10 mm | d = 15 mm | d = 20 mm | d = 30 mm |
|---|---|---|---|---|---|
| 0,8 | 18,2 | 6,5 | 3,83D | 3,83D | 3,83D |
| 1,0 | 28,4 | 10,2 | 4,83D | 4,83D | 4,83D |
| 1,2 | 40,9 | 14,7 | 6,5 | 5,73D | 5,73D |
| 1,5 | 63,9 | 23,0 | 10,2 | 7,13D | 7,13D |
| 2,0 | 113,6 | 40,9 | 18,2 | 10,2 | 9,53D |
| 2,5 | 177,6 | 63,9 | 28,4 | 16,0 | 11,93D |
t8/5 em segundos para um cordão topo a topo (F = 0,9) com temperatura inicial de 20 °C. A marca 3D indica espessura acima da de transição e fórmula tridimensional; sem marca, bidimensional. Janela de 5–25 s como na calculadora.
O que a tabela mostra
Em chapa fina o tempo cresce com o quadrado da entrega térmica: 6 mm a 0,8 kJ/mm são 18,2 s, a 1,5 kJ/mm já 63,9 s — muito fora da janela de 5–25 s, com risco de grão grosseiro. Em chapa grossa (marca 3D) a espessura deixa de contar: 20 e 30 mm a 1,2 kJ/mm dão os mesmos 5,7 s, porque o calor já foge em todas as direcções. Aí o tempo só cresce na proporção da entrega térmica e é difícil alongá-lo sem pré-aquecer.
Exemplos de cálculo
Exemplo 1: chapa de 10 mm, 1,2 kJ/mm, sem pré-aquecimento
São os valores por defeito da calculadora (topo a topo, F = 0,9). A
espessura de transição dá 16,1 mm, portanto a 10 mm vale a fórmula 2D:
t8/5 ≈ 14,7 s, velocidade média de arrefecimento
300 / 14,7 ≈ 20,4 K/s. O resultado fica a meio da janela de
trabalho.
Exemplo 2: a mesma chapa pré-aquecida a 100 e 150 °C
Com T₀ = 100 °C o tempo sobe para 21,1 s; a 150 °C, para 27,5 s, e já passa o limite superior de 25 s. Em chapa fina é fácil exagerar no pré-aquecimento: para 10 mm com esta entrega, 150 °C é demais se o hidrogénio não o exigir.
Exemplo 3: S355 de 20 mm pré-aquecido a 120 °C
Sem pré-aquecimento, 20 mm a 1,2 kJ/mm dão 5,7 s (fórmula 3D) — mesmo no limite inferior. Pré-aquecer a 120 °C, que a calculadora de pré-aquecimento indica para S355 com eléctrodo rutílico, alonga para 7,6 s, e subir a entrega para 1,5 kJ/mm leva a 9,6 s. As duas alavancas juntas põem a junta bem dentro da janela.
Exemplo 4: os mesmos 10 mm em juntas diferentes
A 1,2 kJ/mm e 20 °C: cordão sobre chapa (F = 1,0) — 16,4 s, topo a topo (0,9) — 14,7 s, cordão de ângulo em junta em T (0,67) — 11,0 s. Três chapas levam o calor mais depressa do que duas, por isso a junta em T arrefece um quarto mais depressa do que o topo a topo da mesma chapa.
Que entrega térmica escolher para um t8/5 pretendido
As fórmulas podem ser invertidas. Com fluxo 3D, 20 °C e F = 0,9 o
tempo é proporcional à entrega: t8/5 ≈ 4,76 · Q. Para 10 s em
chapa grossa são precisos cerca de 2,1 kJ/mm — muito para um passe; por isso,
em peças grossas, o tempo alonga-se antes com pré-aquecimento. Com fluxo 2D o
tempo cresce com Q²: para 10 mm, t8/5 ≈ 10,2 · Q², portanto 10 s
pedem cerca de 1,0 kJ/mm e 25 s cerca de 1,56 kJ/mm. A entrega térmica a
partir dos parâmetros de soldadura dá-a a
calculadora de entrega térmica.
Fórmula 2D ou 3D: de que depende a espessura de transição
A espessura de transição cresce com a entrega térmica e com a temperatura inicial. Para topo a topo sem pré-aquecimento é de 13,1 mm a 0,8 kJ/mm, 16,1 mm a 1,2, 18,0 mm a 1,5 e 23,2 mm a 2,5 kJ/mm. A mesma chapa de 20 mm pode ser «grossa» para o passe de raiz e «fina» para um passe de enchimento largo — a calculadora escolhe a fórmula por ti e mostra qual usou.
Erros típicos no cálculo de t8/5
- Energia do arco em vez de entrega térmica. Na fórmula entra
Q com o rendimento térmico do processo, não o
U·I·60/(v·1000)simples. - Unidades. Q em kJ/mm; metê-lo em kJ/cm (dez vezes mais) dá tempos absurdamente longos.
- T₀ do primeiro passe para todo o cordão. Nos passes seguintes a temperatura inicial é a de entre passes, normalmente acima do pré-aquecimento.
- Tipo de junta errado. Uma junta em T calculada como topo a topo exagera o tempo em cerca de um terço (exemplo 4) — a avaliação sai optimista demais.
- Uma janela para todos os aços. Os 5–25 s valem para aços não ligados e de baixa liga; os temperados e revenidos têm uma gama mais estreita, a da ficha do material.
Perguntas frequentes
Porquê justamente de 800 para 500 graus?
Porque é nessa janela que a austenite se transforma e se decide se fica uma estrutura tenaz ou dura. O que acontece acima e abaixo altera pouco isso — por isso mede-se precisamente esse troço.
O que é a espessura de transição?
A espessura a partir da qual o calor deixa de se escoar pelos lados e passa a escoar-se para dentro da massa. Abaixo dela vale a fórmula bidimensional e a espessura entra na conta; acima, a tridimensional, e o resultado deixa de depender da espessura. A calculadora mostra de que lado estás.
Que valor é bom?
Para aço de construção não ligado e de baixa liga, em regra 5 a 25 s. Abaixo há risco de estrutura dura e fissura a frio, acima de grão grosseiro e perda de tenacidade. A gama exacta vem na ficha do aço, não numa regra geral.
Que entrega térmica dá t8/5 = 10 s?
A 20 °C e topo a topo depende da espessura: em 10 mm (2D) cerca de 1,0 kJ/mm, em chapa grossa acima da espessura de transição (3D) cerca de 2,1 kJ/mm. Em peças grossas o pré-aquecimento costuma por isso ser a alavanca mais cómoda.
Uma chapa mais grossa arrefece mais depressa?
Só até à espessura de transição. Abaixo dela (fórmula 2D) o tempo cai com o quadrado da espessura: a 1,2 kJ/mm, 10 mm dão 14,7 s e 15 mm 6,5 s. Acima (fórmula 3D) a espessura já não conta: 20 e 30 mm dão os mesmos 5,7 s.
Quanto é que o pré-aquecimento alonga o t8/5?
Bastante. Chapa de 10 mm a 1,2 kJ/mm: 14,7 s sem pré-aquecimento, 21,1 s a 100 °C, 27,5 s a 150 °C. Chapa de 20 mm: 5,7 s sem e 7,6 s a 120 °C.
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