Como melhorar a resistência à fadiga em juntas soldadas

1. Reduzir a concentração de tensão

As trincas por fadiga se originam em concentrações de tensão em juntas soldadas e estruturas. Qualquer medida que elimine ou reduza essas concentrações pode aumentar a resistência à fadiga.

Utilize uma forma estrutural sólida

• Dê preferência a juntas de topo e minimize as juntas sobrepostas. Sempre que possível, substitua as juntas em T ou as juntas de canto em estruturas críticas por juntas de topo e mantenha as soldas afastadas dos cantos. Se for inevitável utilizar uma junta em T ou uma junta de canto, utilize soldagem de penetração total.
• Evite cargas excêntricas. A força interna deve fluir suavemente e se distribuir uniformemente, sem criar tensões secundárias.
• Faça transições graduais nos pontos de junção entre placas com espessuras ou larguras substancialmente diferentes. Utilize raios generosos em cantos agudos e curvas.
• Evite interseções espaciais com três soldas. Mantenha as soldas afastadas de zonas de concentração de tensão e evite soldas transversais em elementos principais submetidos a tração. Quando tal for inevitável, garanta alta qualidade interna e externa e minimize a concentração na base da solda.
• Não deixe suporte permanente atrás de uma solda de topo de uma face única em uma estrutura crítica. Evite soldas intermitentes, pois cada segmento apresenta fortes concentrações no início e no final.

Estruturas submetidas a cargas dinâmicas ou que operam em baixas temperaturas exigem um projeto detalhado mais cuidadoso do que as estruturas que suportam cargas estáticas à temperatura ambiente.

Controle da forma e da qualidade da solda

Mantenha o reforço da solda de topo o menor possível e, de preferência, aplaine ou lixe a solda até ficar nivelada. Utilize soldas de filete côncavas, em vez de convexas, para juntas em T. Proporcione uma transição suave na base da solda, lixando-a ou refundindo-a com TIG quando necessário.

Todo defeito de soldagem gera alguma concentração de tensão. Os defeitos planos — trincas, penetração incompleta, falta de fusão e recorte — têm o maior impacto na resistência à fadiga. Projete cada junta de forma a facilitar o acesso e a execução adequada, e remova todos os defeitos que excedam os limites de aceitação.

2. Ajustar o campo de tensão residual

A tensão residual de compressão aumenta a resistência à fadiga, enquanto a tensão residual de tração a reduz. É possível criar um campo de compressão favorável na superfície ou uma concentração de tensão alterando a sequência de soldagem ou aplicando aquecimento localizado.

Em uma junta de topo de viga em I, a solda de topo 1 suporta a maior tensão de flexão. Deixe um pequeno trecho da solda de canto 3 sem soldar em cada extremidade, conclua a solda 1 e, em seguida, conclua a solda de topo da alma 2. A contração da solda 2 coloca a solda 1 em compressão residual. Por fim, solde as partes reservadas da solda 3; a contração delas coloca tanto a solda 1 quanto a solda 2 em compressão residual. Testes demonstraram que essa sequência aumentou a resistência à fadiga do 30% em comparação com a soldagem da costura 2 antes da costura 1. Para uma placa de reforço unida por soldas longitudinais, o aquecimento por pontos devidamente posicionado no entalhe próximo à extremidade da solda pode criar uma compressão residual benéfica no ponto de concentração.

O reforço por deformação superficial, por meio de laminação, martelamento ou jateamento com esferas, também pode deformar plasticamente e endurecer a superfície da junta, deixando uma compressão residual que melhora a resistência à fadiga.

3. Melhorar a microestrutura e as propriedades das juntas

Para melhorar a resistência intrínseca à fadiga do metal da base e do metal de solda, é necessário que tanto o material quanto o fio apresentem melhor qualidade metalúrgica e menos inclusões. Quando viável, o tratamento térmico da junta pode criar uma microestrutura favorável, aumentando a resistência, juntamente com a ductilidade, a tenacidade e a resistência à fadiga.

A resistência, a ductilidade e a tenacidade devem estar equilibradas. A resistência impede a fratura, mas materiais de alta resistência são sensíveis a entalhes. A ductilidade absorve a energia de deformação, reduz os picos de tensão, redistribui as tensões elevadas e suaviza as pontas de entalhes e trincas, de modo que o crescimento seja retardado ou interrompido. Como a ductilidade permite que a resistência seja utilizada de forma eficaz, aumentar a ductilidade e a tenacidade pode melhorar significativamente a resistência à fadiga de juntas de liga de alumínio de alta resistência.