Análise de tensões residuais e deformações em soldadura

Dissertação apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia da Soldadura

A análise de tensões residuais, provenientes da soldadura utilizada na construção metálica, mais especificamente, no fabrico de elementos estruturais de pontes metálicas e de comportas para barragens é na maioria dos casos, negligenciada no projecto, e tratada de uma forma reactiva no fabrico. Isto é, recorre-se às técnicas de alívio de tensões e de correcção de deformações, após a execução da soldadura, acrescendo ainda as especiais dificuldades da aplicação destas técnicas, decorrentes das grandes dimensões finais dos elementos fabricados e na maioria das vezes, de as ligações finais serem efectuadas em estaleiro. Pretende-se assim com este trabalho, estudar a aplicabilidade da análise dimensional de modelos à escala, na previsibilidade das tensões residuais e consequentes deformações, que ocorrerão na execução dos elementos estruturais de grande porte. Para este efeito, concebeu-se um modelo à escala, de parte de ligação da chapa de face de uma comporta de segmento, que irá ser fabricada e aplicada no Descarregador Complementar de Cheias da Barragem da Paradela, da EDP – Produção. Este modelo, construído à escala 1:4, em aço S355J2, e materializado por soldadura topo a topo de duas chapas de 2 mm de espessura, foi posteriormente instrumentado e feita uma análise às tensões residuais provenientes da soldadura. Para este efeito, foi realizada uma análise comparativa do calor transmitido à soldadura, no protótipo e no modelo à escala, através da estimativa de calor em espessuras intermédias. Para isto, fazem-se dois corpos de prova, um em chapa de 8 mm como a da comporta, e deste provete extraem-se os parâmetros para a soldadura do outro corpo de 2 mm de espessura. Seguidamente, instrumentam-se estes dois provetes, com extensómetros, e analisa-se as tensões em cada um, de modo a poder avaliar a equivalência das tensões presentes. Na sequência da análise anterior, realização de um terceiro provete à escala, em chapa de 2 mm, conforme secção da comporta a estudar, instrumentado com extensometria, para determinação das tensões residuais pelo método das tensões inerentes. Em simultâneo, fez-se a determinação das distribuição das tensões residuais, analiticamente pelas expressões teóricas de Masubuchi e de Tada e Paris, e a comparação dos resultados do cálculo analítico e dos resultados do ensaio experimental, de modo a poder extrapolar as tensões previsíveis na soldadura do protótipo real. Foram analisadas igualmente as deformações resultantes do cordão de soldadura, no modelo à escala. Para este efeito traçou-se uma grelha de pontos na chapa de 2 mm, os quais foram medidos no Laboratório de Tecnologia Industrial do DEMI, da FCT – UNL, antes da realização do cordão de soldadura, de modo a obter as cotas iniciais, e depois de efectuar o cordão de soldadura, para medição das cotas finais, e assim obter as deformações resultantes.No final, e como objectivo último deste estudo, foram comparados os resultados da análise das tensões residuais no modelo à escala com os resultados teóricos do protótipo real, de modo a aferir a sua compatibilidade, e aplicabilidade futura de modelos à escala para previsão de tensões residuais em protótipos reais.