Interpretação da norma ISO 7363 «Requisitos de soldadura para estruturas de aço de gruas»
📋 Resumo das normas:A norma ISO 7363 é uma norma de aceitação da qualidade da soldadura de estruturas de aço para gruas, publicada pela Organização Internacional de Normalização (ISO/TC 96 — Comité Técnico de Gruas), que estabelece os princípios de conceção das juntas soldadas das estruturas de aço para gruas, a avaliação dos processos de soldadura, os requisitos de qualificação dos soldadores, os métodos de ensaio não destrutivo e os critérios de aceitação. Esta norma constitui uma especificação técnica complementar ao sistema de classificação de guindastes ISO 4301 e à norma de tolerâncias para guindastes ISO 12488, formando, em conjunto, uma cadeia completa de normas que abrange desde a conceção até à aceitação das estruturas de aço dos guindastes.
A qualidade da soldadura da estrutura de aço de uma grua determina diretamente a capacidade de carga e a vida útil de toda a máquina. Numa grua de ponte de duas vigas com um vão de 30 m, o comprimento total das soldaduras das vigas principais pode atingir mais de 200 m; qualquer ponto sem fusão ou com fissuras pode evoluir para uma ruptura por fadiga sob cargas alternadas. A norma ISO 7363 estabelece requisitos sistemáticos para as juntas soldadas das estruturas de aço das gruas, desde a seleção do projeto até aos ensaios não destrutivos. O presente artigo analisa, ponto por ponto, as disposições técnicas fundamentais desta norma.
I. Princípios de conceção de juntas soldadas
A norma ISO 7363 exige que o projeto das juntas soldadas da estrutura de aço dos guindastes siga o princípio da ”correspondência de resistência” — as propriedades mecânicas do metal da soldadura não devem ser inferiores aos valores especificados para o material de base. No caso das vigas principais de gruas da classe Q355B, a resistência à tração do metal da soldadura deve ser ≥ 470 MPa, a resistência ao escoamento deve ser ≥ 345 MPa e a energia de absorção de impacto a -20 °C deve ser ≥ 34 J (em conformidade com as condições do ensaio KV₂ do material de base).
No que diz respeito à escolha do tipo de junta, a ligação entre a alma e as abas da viga principal deve ser efetuada através de soldaduras de canto em ambas as faces, sendo que a dimensão do pé da soldadura deve corresponder a 0,7 vezes a espessura da alma (mínimo de 6 mm). Em juntas sujeitas a esforços importantes, como a ligação entre a viga terminal e a viga principal, recomenda-se a utilização de soldaduras de topo com penetração total ou soldaduras combinadas (de topo + em ângulo), para evitar que as soldaduras em ângulo simples sofram rasgos na raiz sob a ação de momentos fletores. Para estruturas com chapas de espessura ≥ 30 mm, a norma ISO 7363 exige a utilização de ranhuras em U ou em duplo V em vez de ranhuras em V simples, a fim de reduzir a quantidade de metal de adição na soldadura e diminuir as tensões residuais da soldadura.
II. Requisitos relativos à avaliação do processo de soldadura (WPQR)
A norma ISO 7363 estipula expressamente que todas as soldaduras estruturais de suporte das estruturas metálicas dos guindastes devem ser submetidas a uma avaliação do processo de soldadura (WPQR) antes da soldadura, devendo ser elaborado um relatório de avaliação do processo. O material, a espessura e o estado de tratamento térmico das placas de ensaio utilizadas na avaliação devem corresponder aos do produto real. O conteúdo da avaliação abrange ensaios de tração (determinação da resistência à tração do metal da soldadura e da junta), ensaios de flexão (2 peças para flexão frontal e 2 para flexão traseira, com diâmetro do mandril = 4t e ângulo de flexão de 180°), ensaio de impacto (3 amostras do centro da soldadura e 3 da zona de influência térmica) e exame metalográfico macroscópico.
Âmbito de cobertura da avaliação do processo: quando a espessura do material de base se situa no intervalo de 3 a 150 mm, o processo avaliado pode abranger o intervalo de espessuras reais das chapas de 0,5 t a 2 t (sendo t a espessura da chapa de ensaio). É necessário realizar uma nova avaliação do processo sempre que se verifique uma alteração na designação do material de soldadura (combinação de fio de soldadura/fluxo), uma redução da temperatura de pré-aquecimento superior a 50 °C ou uma variação da entrada de calor de soldadura superior a ±25%.
III. Qualificações e normas operacionais dos soldadores
A norma ISO 7363 remete para as disposições da norma ISO 9606-1 «Exames de qualificação de soldadores — Soldadura por fusão», pelo que os operadores responsáveis pelos trabalhos de soldadura em estruturas metálicas de gruas devem possuir um certificado de qualificação para o projeto em questão, cuja validade é, geralmente, de 2 anos. A qualificação deve abranger os métodos de soldadura efetivamente utilizados (por exemplo, GMAW, FCAW, SAW), os tipos de junta (junta de topo de chapas/junta de topo de tubos/junta em T) e as posições de soldadura (soldadura na horizontal/soldadura na transversal/soldadura na vertical/soldadura em posição invertida).
No que diz respeito à soldadura de componentes essenciais, como as vigas principais, a norma ISO 7363 recomenda que os soldadores realizem, antes de começarem a trabalhar, um teste de soldadura em placas de ensaio que simulem o produto. As placas de ensaio devem ter dimensões não inferiores a 300 mm × 150 mm × a espessura do material de base; a soldadura só pode ser efetuada oficialmente após a aprovação nos ensaios de controlo não destrutivo e nas provas de propriedades mecânicas. A oficina deve estabelecer um sistema de rastreabilidade dos soldadores, devendo cada costura de soldadura principal ser marcada com o número de carimbo do soldador ou um código de rastreabilidade único, de modo a garantir a rastreabilidade da qualidade da costura ao longo de toda a vida útil da peça.
IV. Métodos de inspeção não destrutiva e critérios de aceitação
A norma ISO 7363 divide os requisitos de inspeção em três níveis, de acordo com o nível de solicitação da costura de soldadura:
Nível A (costuras de soldadura críticas) ——Costuras de soldadura de ligação entre as alas e a alma da viga principal, costuras de soldadura de ligação das vigas terminais e costuras de soldadura da base do mecanismo de elevação. 100% Inspeção por ultrassons (UT), com nível de aceitação de acordo com a Norma ISO 11666, Nível 2 (comprimento de indicação de cada defeito ≤ 15 mm, comprimento acumulado dos defeitos ≤ 6% do comprimento da soldadura).
Nível B (costuras de soldadura importantes) ——Costuras de soldadura das placas de fixação dos carris, dos suportes das passarelas e das bases dos corrimões. Inspeção por ultrassons 50% ou inspeção por partículas magnéticas (MT) 100%; a superfície não deve apresentar fissuras, falta de fusão nem defeitos com profundidade de penetração superior a 0,5 mm.
Classe C (costura de soldadura normal) ——Costuras de soldadura não estruturais, tais como corrimões de escadas e suportes de cabos. Inspeção visual (VT): a superfície da costura de soldadura não deve apresentar fissuras, protuberâncias, cavidades de arco nem salpicos. O desvio nas dimensões das saliências das costuras de solda em ângulo deve ser ≤ +2 mm/-1 mm.
No caso de soldaduras com penetração total em chapas com espessura ≥ 40 mm, a norma ISO 7363 exige a realização de um ensaio de deteção de fissuras tardias (utilizando a técnica TOFD ou UT com matriz faseada) 48 horas após a conclusão da soldadura, a fim de excluir o risco de fissuração tardia induzida por hidrogénio.
V. Tratamento térmico pós-soldadura e controlo das tensões residuais
A norma ISO 7363 estipula que, quando a espessura das chapas da estrutura metálica de uma grua for superior a 40 mm (classe Q355) ou a 30 mm (classe Q460 e superiores), e as tensões residuais após a soldadura possam afetar a estabilidade dimensional da estrutura, deve ser realizado um tratamento térmico de eliminação de tensões após a soldadura. Processo de tratamento térmico: taxa de aquecimento ≤ 100 °C/h; temperatura de manutenção entre 550 e 600 °C; tempo de manutenção calculado com base em 1 hora por cada 25 mm de espessura da chapa; taxa de arrefecimento ≤ 80 °C/h; arrefecimento no forno até uma temperatura inferior a 300 °C, após o que se pode retirar a peça do forno para arrefecimento ao ar.
Nos casos em que estruturas de grandes dimensões não possam ser introduzidas no forno na sua totalidade, a norma ISO 7363 permite a utilização de tratamento térmico local — largura da zona de aquecimento ≥ largura da costura + 6 vezes a espessura da chapa (3 vezes a espessura da chapa de cada lado) —, a zona de manutenção da temperatura deve ser isolada termicamente com manta de fibra cerâmica, devendo o gradiente de temperatura ser mantido dentro de 100 °C/150 mm. O envelhecimento por vibração (VSR) pode ser utilizado como alternativa em estruturas soldadas com grau de restrição médio; no entanto, as soldaduras submetidas a esforços críticos devem continuar a ser tratadas principalmente por tratamento térmico, sendo o envelhecimento por vibração utilizado como complemento.
| Classificação das soldaduras | Métodos de ensaio não destrutivo (END) | Taxa de deteção | Critérios de aceitação | Aplicações típicas |
|---|---|---|---|---|
| Nível A | UT 100% | 100% | Comprimento do defeito ≤ 15 mm | Flanco - alma da viga principal |
| Nível B | UT 50%+MT | 50% | Margem de corte ≤ 0,5 mm | Placa de fixação do trilho/plataforma móvel |
| Nível C | VT - Aparência | 100% - Inspeção visual | Sem fissuras/saliências de soldadura | Escada/Corrimão |
Perguntas frequentes
P: Quais são as diferenças entre os requisitos de soldadura da norma ISO 7363 e da norma GB/T 3811?
Resposta: A secção relativa à soldadura da norma GB/T 3811 «Norma de Conceção de Gruas» remete principalmente para a norma GB 50661 «Norma de Soldadura de Estruturas de Aço», com ênfase nos requisitos tecnológicos do sistema nacional de aços e materiais de soldadura. A norma ISO 7363 abrange a compatibilidade dos materiais de soldadura no âmbito do sistema de normas ISO (por exemplo, elétrodos de soldadura ISO 2560 e fios de soldadura ISO 14341) e, no que diz respeito aos critérios de aceitação de ensaios não destrutivos, remete para a série de normas ISO 11666, apresentando níveis de aceitação mais específicos. Os projetos de exportação ou as gruas concebidas de acordo com as normas da FEM utilizam normalmente a norma ISO 7363 como base para a aceitação da soldadura.
P: Quais são os defeitos mais comuns nas soldaduras das gruas? Como devem ser tratados?
Resposta: Os defeitos mais comuns incluem: ① Poros — geralmente causados pela humidade do fluxo ou por um caudal insuficiente do gás de proteção; os poros que excedam os limites devem ser removidos por esmerilagem e, em seguida, reparados por soldadura; ② Falta de fusão — geralmente causada por um ângulo de ranhura demasiado pequeno ou por uma corrente de soldadura demasiado baixa; as áreas que excedam os limites devem ser removidas por escarificação com arco de carbono e, em seguida, soldadas novamente; ③ Incrustação — geralmente causada por uma velocidade de soldadura excessiva; se a profundidade for superior a 0,5 mm, é necessário efetuar uma soldadura de correção e retificação; ④ Fissuras — é estritamente proibido efetuar soldaduras de correção diretamente; é necessário remover completamente a fissura por meio de corte a arco de carbono antes de confirmar que não houve propagação, só então se pode proceder à soldadura de correção; a área de correção deve ser submetida a novos ensaios não destrutivos. A oficina de soldadura de estruturas metálicas da Krude Heavy Industry aplica um sistema de controlo de qualidade de três níveis a cada costura de soldadura principal, que inclui a autoverificação pelo soldador, a inspeção especializada por ultrassons (UT) e a inspeção por amostragem por terceiros.
P: Quais são os requisitos especiais para a soldadura da estrutura de aço de uma grua em ambientes com baixas temperaturas?
Resposta: Quando a temperatura ambiente for inferior a 0 ℃, a norma ISO 7363 exige que, antes da soldadura, se efetue um pré-aquecimento a uma temperatura superior a 50 ℃ numa zona de 100 mm de cada lado da ranhura; Quando a temperatura for inferior a -10 °C, a temperatura de pré-aquecimento deve ser aumentada para 80 a 120 °C, e a temperatura entre camadas durante o processo de soldadura não deve ser inferior à temperatura de pré-aquecimento. A soldadura a baixas temperaturas requer a utilização de materiais de soldadura com baixo teor de hidrogénio e que contenham níquel (como o AWS E7018-C1L ou o ISO E50 4 Ni B 32), para aumentar a tenacidade do metal da soldadura a baixas temperaturas. Após a conclusão da soldadura, deve cobrir-se com um pano de amianto para permitir um arrefecimento gradual; é proibido o arrefecimento forçado por ar ou água.
P: Como se determinam as dimensões dos pés de soldadura numa soldadura em ângulo?
Resposta: A norma ISO 7363 estipula que o valor a da saliência da solda em ângulo seja determinado de acordo com os seguintes princípios: para soldas em ângulo que transmitem carga, a ≥ 0,7t (sendo t a espessura da chapa mais fina) e a ≥ 6 mm; para soldas em ângulo que não transmitem carga, a ≥ 5 mm. No que diz respeito à ligação entre a alma e a alavanca de uma viga principal, se a espessura da alma for de 8 mm e a da alavanca de 12 mm, o valor de a = 0,7 × 8 ≈ 6 mm, sendo que, na prática, se utiliza um valor entre 8 e 10 mm, garantindo que a espessura do colo da soldadura seja ≥ a/√2. Dimensões excessivas do pé de soldadura aumentam a entrada de calor e as tensões residuais; se forem demasiado pequenas, a capacidade de carga será insuficiente, pelo que devem ser claramente indicadas no desenho de execução.
