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Metalografia de Campo em Aço-carbono e Aço Inox (MoviPol-5)

A Welding possui o equipamento portátil MoviPol-5, fabricado pela Struers, utilizado para o polimento e ataque eletrolítico de superfícies metálicas para análises metalográficas in loco nos equipamentos, muito utilizado para aços inoxidáveis austeníticos (entre outros). Sua principal função é revelar microestruturas dos materiais possibilitando averiguar a sua qualidade metalúrgica, assim como de soldas e zonas termicamente afetadas (ZTA). Dentre as várias aplicações pode-se destacar a detecção de crescimento de grãos e precisa identificação de sensitização em aços inox austeníticos, seja ela por procedimento inadequado de soldagem ou mesmo por eventos de exposição ao calor normal de operação ou em eventos isolados como um incêndio, por exemplo. Desta forma, análises metalográficas que somente eram possíveis de ser realizadas cortando-se amostras para análise em microscópios de bancada, agora podem ser realizadas em vários pontos de interesse nos próprios equipamentos em seus sites de instalação. As fotos abaixo mostram o aparelho aqui citado e algumas microestruturas relevadas nas superfícies de equipamentos em campo.

Positive Material Identification (PMI)

O PMI (Positive Material Identification) Prospector 3 é um equipamento portátil que tem como princípio de funcionamento a fluorescência de raios-x (XRF) para identificação de composições químicas. Além da versatilidade, rapidez e precisão que permitem em segundos se obter a composição química de qualquer liga metálica ou óxidos/incrustações de maneira não destrutiva, com pouco ou nenhum preparo superficial, este equipamento possui como diferencial três programações embasadas em normas internacionais mais recorrentes para rápido enquadramento do produto analisado. No caso deste equipamento em particular, pode-se identificar até a presença de elementos leves (Mg, Z=12 a Cl, Z=17). O Prospector 3 possui a maior taxa de obtenção de dados do mercado, tornando-o o equipamento PMI mais rápido e preciso do mercado atual. Com ele pode-se identificar, in loco, a composição de ligas e incrustações solucionando-se problemas típicos de trocas de materiais, como exemplo aços carbono e aços baixa-liga, identificação correta das ligas de aços inoxidáveis, caracterização de incrustações em equipamentos que operam com vapor de água ou produtos químicos, separação de materiais com perda de rastreabilidade em estoques, entre várias outras situações.

Ensaio de Tração

O ensaio de tração consiste na aplicação de carga uniaxial crescente em um corpo de prova específico até a ruptura. Mede-se a variação no seu comprimento como função da carga aplicada, e após o tratamento adequado dos resultados obtém-se uma curva da tensão versus deformação do corpo de prova. Trata-se de ensaio amplamente utilizado na indústria de componentes mecânicos, devido à vantagem de fornecer dados quantitativos das características mecânicas dos materiais. Dentre as principais destacam-se: limite de resistência à tração, limite de escoamento, módulo de elasticidade, coeficiente de encruamento, coeficiente de resistência e parâmetros relativos à ductilidade (alongamento e estricção). O ensaio de tração é muito utilizado para o controle das especificações técnicas da entrada de matérias-primas e controle de processos. Os resultados fornecidos são fortemente influenciados pela temperatura, velocidade de deformação, anisotropia do material, tamanho de grão e pela porcentagem de impurezas.

Ensaio de Dureza

O ensaio de dureza consiste na aplicação de uma carga na superfície do material empregando um penetrador padronizado, produzindo uma marca superficial ou impressão. A medida da dureza do material ou da dureza superficial é dada como função das características da marca de impressão e da carga aplicada em cada tipo de ensaio realizado. Esse ensaio é amplamente utilizado na indústria de componentes mecânicos, tratamentos superficiais etc., devido à vantagem de fornecer dados quantitativos das características de resistência à deformação permanente das peças produzidas. É muito utilizado para o controle das especificações técnicas da entrada de matérias-primas e durante a fabricação de componentes, e em alguns casos em produtos finais. Os tipos de ensaios de dureza por penetração comumente empregados em componentes mecânicos, principalmente metálicos, são: Brinell, Rockwell e Vickers.

Análise Química

Análises químicas de materiais metálicos, ferrosos e não ferrosos, utilizando-se de espectrômetros de emissão óptica e de fluorescência de raios‐x (inclusive PMI), além de análises de microconstituintes através de espectroscopia por energia dispersiva (EDS) em microscópio eletrônico de varredura (MEV). Estes equipamentos permitem análises precisas de uma grande variedade materiais, tais como: aços carbono, aços ligados e inoxidáveis, ferros fundidos, ligas de cobre, alumínio, níquel, cromo, cobalto, entre outros, além de produtos de corrosão, incrustações em tubulações etc. Realiza-se também testes de corrosão em aços inoxidáveis (ex. Weld Decay Test), entre outros.

O Laboratório de Análises Químicas da Welding Ltda. é equipado com espectrômetros de fluorescência de raios‐x e de emissão óptica, além da utilização de microscópio eletrônico de varredura (MEV) com o auxílio do módulo de espectroscopia por energia dispersiva (EDS). Nosso laboratório também está capacitado a realizar análises químicas de produtos de pouca superfície, já que conta com forno de indução para fusão desses produtos em atmosfera controlada com argônio, o que possibilita a análise espectrométrica destes componentes após fusão das amostras, porém, sem perdas de elementos químicos por oxidação ou volatilização.

Saiba mais: O Laboratório de Análises Químicas da Welding Ltda. é equipado com espectrômetros de fluorescência de raios‐x e de emissão óptica, além da utilização de microscópio eletrônico de varredura (MEV) com o auxílio do módulo de espectroscopia por energia dispersiva (EDS). Também está capacitado a realizar análises químicas de produtos de pouca superfície, como por exemplo, arames, telas e microcomponentes, já que conta com forno de indução para fusão desses produtos em atmosfera controlada com argônio, o que possibilita a análise espectrométrica destes componentes após fusão das amostras, porém, sem perdas de elementos químicos por oxidação ou volatilização. Estes equipamentos permitem análises precisas de uma grande variedade materiais tais como: aços-carbono, aços-ligados e inoxidáveis, ferros fundidos, ligas de cobre, alumínio, níquel, cromo, cobalto, entre outros, além de produtos de corrosão, incrustações em tubulações etc.

Fluorescência de Raios-X (FRX) - Metais em geral - A técnica de fluorescência de raios-x, no âmbito metalúrgico é utilizada a fim de determinar a composição química das mais variadas ligas metálicas, avaliando a sua adequação a normas e especificações técnicas pertinentes. O equipamento portátil utilizado, que pode ser levado a campo para avaliar o componente de interesse, permite a determinação precisa dos elementos químicos de número atômico 12 (Magnésio – Mg) ao 92 (Urânio – U).

Fluorescência de Raios-X (FRX) - Óxidos e incrustações - Uma constante preocupação para componentes industriais, como tubos de caldeira, turbinas, tanques etc., é a ocorrência de incrustações ou precipitação de óxidos que podem acarretar diversas problemáticas, afetando tanto a eficiência do processo (troca térmica) quanto a vida útil dos equipamentos (superaquecimento, corrosão). A determinação da composição química destes depósitos incrustados auxilia na determinação da sua origem e é uma etapa indispensável para a mitigação ou redução de sua ocorrência.

Espectrometria de Emissão Óptica por Centelha (S-OES) - Permitindo avaliar a composição química de aços em geral (carbono, baixa-liga, microligado, inoxidável), assim como ligas de alumínio, níquel e cobre, a espectrometria de emissão óptica tem como diferencial em relação à FRX a determinação precisa do teor de carbono, o que permite que os aços sejam enquadrados em suas respectivas normas.

Espectroscopia por Energia Dispersiva - Análise por EDS - A técnica de EDS/EDX associada à Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) possibilita realizar microanálises químicas, de forma semiquantitativa, visando identificar contaminantes químicos em produtos de corrosão, avaliar camadas de revestimento de pequenas espessuras, composição química de fases do material, entre outras diversas funções.

Análises Metalográfica e Macrográfica

O Laboratório de Análises Metalográficas e Micrográficas da Welding Ltda. possui microscópios ópticos e estereoscópios que permitem análises muito precisas nesta atividade. Com recursos de análise de imagem e registros fotográficos, várias análises podem ser feitas obedecendo‐se as mais variadas normas nacionais e internacionais. Dentre estas análises podemos citar: Metalografia Qualitativa, Metalografia Quantitativa, Macrografias, Metalografia de Campo e Réplicas Metalográficas.

Saiba mais: O Laboratório de Análises Metalográficas e Micrográficas da Welding Ltda. possui microscópios ópticos e estereoscópios que permitem análises muito precisas nesta atividade. Com recursos de análise de imagem e registros fotográficos, várias análises podem ser feitas obedecendo‐se as mais variadas normas nacionais e internacionais. Dentre estas análises podemos citar:

  • Metalografia Qualitativa: identificação das fases constituintes nas microestruturas, determinação de não conformidades metalúrgicas (grafitização, deformações plásticas, coalescimento de microvazios etc).
  • Metalografia Quantitativa: determinação de tamanho de grãos, percentual de fases, forma e tipo de inclusões, forma, tipo e distribuição de grafitas, etc.
  • Macrografias: determinação de camadas endurecidas (nitretação, cementação, têmpera indutiva, cromo duro, galvanização, outras), segregações, reparos por soldagem, ZTAs, porosidades, perfil de corrosão puntiforme, caracterização de conformações plásticas, desgastes localizados etc.
  • Metalografia de Campo: análises microestruturais com registros fotográficos em componentes quando não é possível a retirada de amostras para análise em microscópio de bancada. É uma técnica não-destrutiva que permite a avaliação microestrutural de um componente metálico em seu site operacional.

Ensaio de Impacto

O comportamento dúctil-frágil dos materiais pode ser mais amplamente caracterizado por ensaios de impacto. A carga nesses ensaios é aplicada na forma de esforços por choque (dinâmicos), e o impacto é obtido por meio da queda de um martelo ou pêndulo, de uma altura determinada, sobre a peça a examinar. As massas utilizadas nos ensaios são intercambiáveis, possuem diversos pesos e podem cair de alturas variáveis. Os ensaios mais conhecidos são denominados Charpy e Izod, dependendo da configuração geométrica do entalhe e do modo de fixação do corpo de prova na máquina. Como resultado do ensaio, obtém-se a energia absorvida pelo material até a fratura, ou seja, a tenacidade ao impacto, além da resistência ao impacto relacionando-se a energia absorvida com a área da seção transversal resistente. Esse tipo de ensaio é muito importante na avaliação da qualidade de materiais metálicos utilizados em componentes de alta responsabilidade, como aqueles de redutores de alta performance, rotores de turbinas, eixos de acionamentos, entre outros.

Ensaio de Profundidade de Camada Endurecida

O ensaio de profundidade de camada endurecida normalmente é aplicado a componentes metálicos que sofrem tratamentos termoquímicos para endurecimento da sua superfície, sem alterar a dureza de núcleo. Os tratamentos termoquímicos usuais para metais são os de cementação e nitretação, os quais se diversificam com várias particularidades. Como normalmente as camadas endurecidas superficialmente são delgadas, o procedimento de medição de profundidade mais aplicado é o que utiliza a microdureza Vickers, por empregar baixas cargas para aplicação do penetrador, que normalmente se situam entre 10g e 1kg. Existem normas que regram tais ensaios, como, por exemplo, a norma ISO 18203, que define o limite da camada endurecida por cementação como sendo aquela correspondente a uma dureza de 80% da dureza medida na superfície da peça e que determina também o limite da camada nitretada . Este ensaio muito se aplica na avaliação de dentes de engrenagens de redutores de alta performance, dentre várias outras aplicações.

Ensaios de Achatamento, Expansão e Flangeamento de Tubos

Esses ensaios são muito utilizados na avaliação da qualidade de fabricação de tubos, principalmente daqueles que serão utilizados em equipamentos que envolverão a expansão das suas extremidades (mandrilamento) para fixação em espelhos, geralmente trocadores de calor. Tais ensaios comprimem ou expandem os tubos até limites definidos por normas pertinentes, visando avaliar a sua ductilidade e, também, a qualidade da costura quando forem construídos desta forma.

Ensaio de Dobramento

Frequentemente solicitado para avaliação da qualidade de juntas soldadas, o Ensaio de Dobramento se destaca por sua praticidade e simplicidade em avaliar qualitativamente a ductilidade do material ensaiado. De forma sucinta, o ensaio consiste em deformar um corpo-de-prova por flexão (três pontos) com um cutelo padronizado, até atingir um ângulo pré-determinado, sendo que para a avaliação de juntas soldadas este ensaio normalmente é realizado para verificar a qualidade da raiz e da face da solda aplicada.

Ensaios de Tenacidade à Fratura de Metais: KIC, CTOD e Integral J (corpos‐de‐prova C(T) e SE(B)) - Mecânica da Fratura (KIC, CTOD, Integral J)

Ensaio de tenacidade à fratura permite que se compreenda o comportamento de materiais que contém trincas ou outros defeitos internos de pequenas dimensões pela análise da máxima tensão que um material pode suportar na presença desses defeitos. O ensaio consiste na aplicação de uma força ou tensão de tração ou flexão em um corpo de prova confeccionado com um entalhe e uma pré-trinca obtida por fadiga, induzindo um ponto de triaxialidade ou de concentração de tensão. Graças aos resultados do ensaio mostrados em forma de curvas é possível determinar o valor da intensidade de tensão que causa o crescimento da trinca e a consequente fratura do material. Dentre os principais parâmetros intrínsecos que exercem influência na tenacidade à fratura dos materiais – em especial dos metais -, podem ser destacados: a configuração geométrica, as propriedades físicas do material e o fator intensidade de tensão (K).

O objetivo da mecânica da fratura é estudar o comportamento dos materiais e equipamentos quanto à presença de descontinuidades, permitindo o aumento da confiabilidade na avaliação de possibilidade de acidentes, sendo aplicada em diversas áreas: petroquímica, nuclear, aeronáutica, construção naval, transportes e diversos outros segmentos industriais.

O Laboratório de Ensaios Mecânicos da Welding Ltda. possui equipamentos e pessoal capacitado a realizar ensaios da mecânica da fratura como: KIC, CTOD e Integral J, através de técnicas que podem ser subdivididas em duas categorias:

Mecânica da fratura elástica linear: Aplicada a materiais frágeis, a propriedade utilizada para os cálculos de mecânica da fratura nesses materiais está relacionada com o KIC que corresponde ao “fator de intensidade de tensão no modo crítico”, que é utilizado para prever o tamanho máximo de um defeito ou trinca que um material frágil suporta antes de colapsar.

Mecânica da fratura elasto‐plástica: é aplicada a materiais que apresentam ductilidade antes da falha e a propriedade utilizada para os cálculos de mecânica da fratura está relacionada com o CTOD ou Integral J que, assim como para a mecânica da fratura elástica linear, é utilizada para prever o tamanho máximo de um defeito ou trinca que um material dúctil suporta antes de colapsar.

Ensaio de Fadiga com carregamento Axial: determinação de curvas S‐N e ε-N, fadiga de componentes acabados

De modo geral o ensaio de fadiga consiste na aplicação de carga cíclica em corpo de prova apropriado e padronizado segundo o tipo de ensaio a ser realizado. É extensamente utilizado na indústria automobilística e, em particular, na indústria aeronáutica, existindo ensaios desde pequenos componentes até estruturas complexas. Os tipos de ensaios mais utilizados vão desde flexão rotativa até os com carregamento em tração e compressão uniaxiais. O ensaio de fadiga é capaz de fornecer dados quantitativos relativos às características de um material ou componente ao suportar, por longos períodos, sem se romper, cargas repetitivas ou cíclicas. Os principais resultados do ensaio, normalmente obtidos a partir de gráficos em termos de tensão e número de ciclos, são: limite de resistência à fadiga, resistência à fadiga e vida em fadiga.

O Laboratório de Ensaios Mecânicos da Welding Ltda. possui equipamentos e pessoal capacitado a realizar ensaios de fadiga com carregamento uniaxial em tração e compressão e, também, por flexão rotativa.

Weld Decay Test

O Weld Decay Test (ou teste de decaimento de solda) é muito empregado em tubos de aços inoxidáveis fabricados com costura. O objetivo do ensaio é avaliar a qualidade do tratamento térmico de solubilização da solda (costura) após a sua fabricação. Este ensaio consiste em cortar corpos de prova com comprimento de cerca de 50 mm, dos tubos a serem analisados, representando as corridas de fabricação, onde são feitas medições de espessura no material-base e na costura. Posteriormente, estes corpos de prova são imersos em solução de ácido clorídrico diluído num Erlenmeyer vedado com um condensador, onde a temperatura é elevada até a sua ebulição. O ensaio é interrompido quando a corrosão faz com que a espessura do tubo na região do material-base é reduzida entre 40 e 60% da original. Quando se chega a isto é medida a taxa de corrosão (decaimento) da solda, onde se avalia o quanto a solda corroeu mais que o material-base. A norma permite uma taxa de corrosão de até 1,25, ou seja, uma redução de espessura no máximo 25% maior na costura do que no material-base. Este ensaio é muito utilizado na avaliação da qualidade de fabricação de tubos de aço inoxidável regidos pela norma ASTM A249 (Tubos para superaquecedores, trocadores de calor e condensadores).

- Análise Análise micrográfica (MEV e óptico)

A análise por microscopia eletrônica de varredura (MEV) é uma importante aliada na análise de superfícies de fratura. Através dela se podem confirmar mecanismos de falha que não são identificados através de instrumentos que proporcionam apenas pequenas ampliações, como no caso dos estereoscópios. O MEV proporciona a visualização de situações como a caracterização de fraturas por clivagem ou dimples, que podem caracterizar fraturas frágeis (instáveis) ou dúcteis, respectivamente. Também se pode caracterizar fraturas por fadiga permitindo a constatação da presença de marcas de praia, além de permitir identificar com precisão pontos de nucleação de trincas. Acessório como o EDS (espectroscopia por energia dispersiva) permite determinar a composição química qualitativa de regiões microscópicas da superfície em análise, como, por exemplo, de inclusões ou fases do material. Os engenheiros envolvidos com Análises de Falhas na Welding Ltda. se utilizam rotineiramente de MEV/EDS nos diagnósticos de falha.