Pré-aquecimento e Temperatura Entre Passes

1. Fendilhamento a Frio — O Problema de Fundo

O fendilhamento a frio (cold cracking, também designado hydrogen-induced cracking — HIC, ou delayed cracking) resulta da interacção simultânea de três factores:

1. Microestrutura susceptível — martensite ou bainite superior na ZAC (correlacionada com o CE)
2. Hidrogénio difusível — introduzido pelo arco durante a soldadura (humidade, revestimentos, óleos)
3. Tensões residuais — geradas pelo gradiente térmico e restrição da junta

A fractura pode ocorrer horas ou dias após a soldadura, a temperaturas inferiores a 200 °C — daí o nome "retardado". O pré-aquecimento actua sobre os três factores: reduz a velocidade de arrefecimento (evita martensite), aumenta o tempo disponível para a difusão e saída do hidrogénio, e reduz as tensões residuais.

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2. Cálculo do Pré-aquecimento — Método do EN 1011-2

A EN 1011-2:2001 define o método CET (Carbon Equivalent Temperature) para calcular a temperatura mínima de pré-aquecimento (T_p) em aços de construção:

2.1 Equivalente de carbono CET

$$CET = C + \frac{Mn + Mo}{10} + \frac{Cr + Cu}{20} + \frac{Ni}{40}$$

Diferente do CE (IIW) — o CET é específico do método do Anexo A da EN 1011-2 e mais adequado para aços de grão fino e de alta resistência.

2.2 Temperatura de pré-aquecimento

$$T_p = 697 \times CET + 160 \times \tanh\left(\frac{t}{35}\right) + 62 \times HD^{0{,}35} + (53 \times CET - 32) \times Q - 328$$

onde:

• t = espessura do elemento mais espesso da junta (mm)
• HD = teor de hidrogénio difusível do consumível (ml/100 g de metal depositado)
• Q = aporte térmico (kJ/mm)

2.3 Exemplo numérico

Aço S355 (CET = 0,32); t = 25 mm; HD = 5 ml/100 g (elétrodo de baixo hidrogénio); Q = 1,2 kJ/mm:

$$T_p = 697 \times 0{,}32 + 160 \times \tanh\left(\frac{25}{35}\right) + 62 \times 5^{0{,}35} + (53 \times 0{,}32 - 32) \times 1{,}2 - 328$$ $$T_p \approx 223 + 113 + 99 + (-14{,}9) - 328 \approx \mathbf{92\ °C}$$

Arredondando para o múltiplo de 25 °C mais próximo acima: T_p = 100 °C.

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3. Hidrogénio Difusível — Classificação e Controlo

A EN ISO 3690 define o método de medição do hidrogénio difusível (HD) pelo método de recolha em glicerina ou cromatografia gasosa. A classificação dos consumíveis segundo o HD é fundamental para o cálculo do pré-aquecimento:

Medidas de controlo do HD na prática:

• Secagem dos elétrodos básicos: 300–350 °C durante 1–2 h; manter em estufa a 150 °C em obra
• Limpeza rigorosa das superfícies: remover humidade, óleo, ferrugem e tinta
• Gases de protecção secos: verificar o ponto de orvalho (dew point ≤ −40 °C para aplicações críticas)
• Consumíveis sólidos (MIG/MAG, TIG): intrinsecamente de baixo HD, mas sujeitos a contaminação por humidade ambiente e óleo do arame

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4. Temperatura Entre Passes (T_ip)

A temperatura entre passes é a temperatura medida na junta imediatamente antes do início de cada novo passe, após o arrefecimento do passe anterior.

4.1 Temperatura mínima entre passes

A temperatura mínima entre passes é, regra geral, igual à temperatura de pré-aquecimento — não se deve deixar arrefecer a junta abaixo de T_p entre passes.

4.2 Temperatura máxima entre passes

A temperatura máxima entre passes (T_ip máx) limita o aporte térmico acumulado e é crítica para:

• Aços de alta resistência: T_ip máx = 200–250 °C (evitar degradação das propriedades mecânicas)
• Aços inoxidáveis austeníticos: T_ip máx = 150 °C (evitar sensibilização)
• Aços duplex: T_ip máx = 150 °C (manter equilíbrio de fases)
• Aços de construção corrente (S235–S355): T_ip máx = 250–300 °C (salvo indicação contrária do WPS)

4.3 Medição

A temperatura é medida com:

• Termómetro de contacto (termopar): mais preciso; aplicar no metal de base a 75 mm da linha de fusão
• Lápis térmico (Tempilstik): indicação rápida em obra; usar o grau correcto para cada temperatura
• Câmara termográfica: permite mapear a distribuição de temperatura em peças complexas

A EN ISO 13916 define os requisitos de medição e documentação da temperatura de pré-aquecimento e entre passes.

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5. Manutenção do Pré-aquecimento

O pré-aquecimento deve ser mantido em toda a extensão da junta e nas zonas adjacentes (mínimo 75 mm de cada lado), durante toda a operação de soldadura e até ao início do TTPS ou do tratamento de hidrogénio (quando aplicável).

Na soldadura de estruturas espessas ou com elevada restrição, pode ser necessário um tratamento de hidrogénio pós-soldadura (THPS): manutenção a 200–300 °C durante 2–4 h para permitir a saída do hidrogénio antes do arrefecimento total. Este tratamento é particularmente relevante em aços com CE > 0,45 e espessuras superiores a 50 mm.

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6. Registo e Documentação

O WPS deve especificar:

• Temperatura mínima de pré-aquecimento (T_p)
• Temperatura máxima entre passes (T_ip máx)
• Método de medição e posição de medição
• Requisitos de manutenção do pré-aquecimento

O registo das temperaturas medidas durante a produção faz parte do dossier de qualidade da junta e é exigido em estruturas abrangidas pela EN 1090-2 (execução de estruturas de aço) e por códigos de vasos de pressão (EN 13445).

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Referências

1. EN 1011-2:2001 — *Welding. Recommendations for welding of metallic materials. Part 2: Arc welding of ferritic steels.* CEN, Brussels.
2. EN ISO 13916:1996 — *Welding. Guidance on the measurement of preheating temperature, interpass temperature and preheat maintenance temperature.* ISO/CEN.
3. EN ISO 3690:2018 — *Welding and allied processes. Determination of hydrogen content in arc weld metal.* ISO/CEN.
4. Lancaster, J.F. — *Metallurgy of Welding.* 6th ed. Abington Publishing, Cambridge, 1999.
5. Chiaverini, V. — *Tecnologia Mecânica: Estrutura e Propriedades das Ligas Metálicas.* Vol. 1. McGraw-Hill, São Paulo.