Como Detetar Trincas em Soldas da Viga Principal de Ponte Rolante

A viga principal de uma ponte rolante é o elemento estrutural central que suporta toda a carga de elevação e o peso próprio, pelo que a qualidade dos seus cordões de solda afeta diretamente a segurança e a vida útil do equipamento. Em serviço, os cordões de solda da viga principal estão sujeitos à ação combinada de tensões alternadas, tensões residuais de soldagem e corrosão ambiental, o que favorece o aparecimento de trincas de fadiga. Este artigo segue o enquadramento técnico da norma ISO 23857 — Requisitos de qualidade para soldagem de estruturas de aço em guindastes e da AWS D1.1 — Código de soldagem para estruturas de aço, apresentando de forma sistemática os métodos de detecção, os critérios de avaliação e os procedimentos de reparação para trincas em cordões de solda da viga principal.

Causas das trincas e localizações mais frequentes

O aparecimento de trincas nos cordões de solda da viga principal resulta da combinação de múltiplos fatores. As tensões residuais de soldagem são a causa mais relevante — durante a soldagem da viga, o metal do cordão, ao contrair durante o resfriamento, fica restringido pelo metal base circundante, gerando na zona soldada um campo de tensões de tração que pode atingir 60% a 80% do limite de escoamento do material. Durante o serviço da ponte rolante, as variações periódicas da carga de elevação e os impactos e vibrações resultantes da translação do carro e da ponte sobrepõem tensões de trabalho a esta região de tensões residuais, tornando o cordão de solda e a zona afetada pelo calor locais preferenciais para o início de trincas de fadiga.

Com base em estatísticas de inspeções em campo, as trincas nos cordões de solda da viga principal concentram-se em seis zonas de maior incidência:

Extremidades do cordão de solda entre o flange e a alma — é a localização mais frequente, representando cerca de 35% de todas as trincas em cordões de solda. As trincas propagam-se longitudinalmente ao longo do cordão, com maior concentração a aproximadamente 1/4 do vão a partir da extremidade da viga (zona de esforço transverso máximo).

Bordas dos furos de passagem na base dos reforços — na soldagem dos reforços transversais à alma, é deixado um furo de passagem na zona de encontro entre a base do reforço e o flange. A descontinuidade geométrica na borda do furo gera um coeficiente de concentração de tensões de 3 a 5 vezes, e as trincas propagam-se frequentemente em ângulo de 45 graus em direção à alma.

Raiz do cordão de solda da ligação entre a consola e a coluna — a consola é o nó de ligação entre a viga principal e a cabeceira, suportando todas as reações de apoio. A zona tracionada na raiz do cordão está sujeita a momentos fletores alternados, o que favorece o aparecimento de trincas transversais, detetáveis eficazmente por ensaio ultrassônico com phased array (UT-PA).

Métodos de detecção e parâmetros técnicos

Para trincas em diferentes localizações e tipos de cordão de solda, é necessário combinar vários métodos de ensaio não destrutivo. Cada técnica isolada apresenta limitações — o UT tem baixa sensibilidade a defeitos superficiais, o MT deteta apenas defeitos superficiais e subsuperficiais, e o RT está condicionado por restrições de segurança radiológica em campo — pelo que a combinação dos três métodos é essencial para uma cobertura completa.

Periodicidade de Inspeção e Critérios de Aceitação

O intervalo de inspeção dos cordões de soldadura da viga principal de pontes rolantes não é fixo, sendo ajustado dinamicamente com base na classe de funcionamento, idade do equipamento e condições operacionais. A norma de segurança para equipamentos de elevação exige frequências diferenciadas de ensaio não destrutivo consoante a classe de funcionamento do guindaste. Na fase de fabrico, a solda de topo da viga principal deve ser submetida a ensaio ultrassónico em 100% da extensão e a ensaio radiográfico (RT) comparativo em, pelo menos, 10%. Na fase de inspeção periódica em serviço, a proporção de amostragem é determinada pela classe de funcionamento.

Relativamente aos critérios de aceitação, qualquer trinca, independentemente da profundidade, é considerada defeito não conformidade, não sendo permitida a aceitação por tolerância com o argumento de que "trincas de pequena dimensão não afetam o funcionamento". Os defeitos internos do cordão de soldadura são avaliados pela dimensão equivalente: considera-se conforme quando um defeito individual não excede 2 mm de dimensão equivalente e a distância entre defeitos adjacentes é superior a 20 mm; defeitos com dimensão equivalente superior a 3 mm requerem retrabalho. Para defeitos subsuperficiais (profundidade não superior a 2 mm), recomenda-se a verificação complementar por ensaio por partículas magnéticas (MT), de modo a evitar falhas de deteção na zona cega do ensaio ultrassónico.

Processo de Reparação de Trincas e Validação

Após a deteção de trincas no cordão de soldadura, a escolha do processo de reparação depende da profundidade, comprimento e localização do defeito. Em conformidade com os requisitos da norma ISO 24817 — Especificação Técnica para Reparação de Estruturas de Aço de Guindastes, o procedimento de reparação deve seguir um ciclo fechado de "remoção – confirmação – ressoldagem – validação". A omissão de qualquer uma destas etapas pode comprometer a reparação ou, ainda, provocar o aparecimento de trincas secundárias mais graves.

As etapas principais da operação de reparação são as seguintes:

1.ª etapa — Remoção do defeito por aplainamento com arco de carbono — Utilizar elétrodos de carbono com diâmetro de 6 a 8 mm, corrente de 250 a 350 A, removendo camada a camada ao longo da direção da trinca. A profundidade de aplainamento deve exceder a ponta da trinca em, pelo menos, 3 mm, e a extensão lateral deve ser alargada em mais de 20 mm de cada lado. Após o aplainamento, a superfície deve ser esmerilhada com rebarbadora angular até apresentar brilho metálico, com rugosidade Ra não superior a 25 micrómetros.

2.ª etapa — Confirmação da remoção completa por ensaio de líquidos penetrantes (PT) — Aplicar o penetrante na superfície da cavidade após esmerilagem (tempo de permanência mínimo de 10 minutos). Após a revelação, confirmar a ausência de indicações residuais de trincas. Se forem detetadas indicações, regressar à 1.ª etapa e repetir a remoção até que o ensaio PT seja totalmente aprovado. Esta etapa constitui um ponto crítico de controlo de qualidade para evitar que a trinca fique "soldada no interior".

3.ª etapa — Ressoldagem — Utilizar material de adição compatível com o metal de base (para aço Q355B, utilizar fio ER50-6 com diâmetro de 1,2 mm), com soldagem com proteção gasosa CO2 ou com gás misto. Parâmetros de soldagem: corrente de 200 a 260 A, tensão de 24 a 28 V, velocidade de soldagem de 250 a 350 mm/min, temperatura entre passes não superior a 150 °C. Executar soldagem multicamadas e multipasses, aplicando martelagem após cada camada para alívio de tensões.

4.ª etapa — Reinspeção por ensaio ultrassónico (UT) após soldagem — Após o arrefecimento do cordão de soldadura à temperatura ambiente (aguardar 24 horas), realizar ensaio ultrassónico em 100% da extensão, com critério de aceitação de nível I conforme a norma ISO 11666 (equivalente à GB/T 11345). Se for novamente detetado um defeito na mesma zona, é permitida uma nova reparação, mas o número total de retrabalhos não pode exceder 2. Caso se ultrapasse este limite, a situação deve ser comunicada ao projetista original para avaliação, podendo ser necessária a remoção completa do segmento do cordão de soldadura e a posterior ressoldagem da junta.

Prevenção de Trincas e Monitorização da Integridade Estrutural

A estratégia mais eficaz para a gestão de trincas em cordões de soldadura é "prevenir é melhor do que detetar; detetar é melhor do que reparar". A adoção das seguintes medidas desde a fase de projeto pode reduzir significativamente a probabilidade de ocorrência de trincas: utilizar configurações de junta com maior classe de detalhe de fadiga (por exemplo, solda de penetração total em substituição de solda de filete), posicionar os cordões de soldadura em zonas afastadas de regiões de alta tensão no projeto estrutural, eliminar tensões residuais de tração através de tratamento térmico pós-soldagem ou de tratamento por impacto ultrassónico, e esmerilhar o pé de soldadura até obter uma transição suave com raio de curvatura (superior a 3 mm) para reduzir a concentração de tensões.

Para pontes rolantes já em operação, a criação de um registo de saúde dos cordões de soldadura constitui uma ferramenta de gestão eficaz. Os resultados de cada ensaio ultrassónico devem ser registados no arquivo, identificados pelo número do cordão de soldadura, permitindo acompanhar a evolução das indicações de eco de defeitos na mesma localização. Quando duas inspeções consecutivas revelarem um crescimento da dimensão equivalente do defeito superior a 50% no mesmo cordão de soldadura, mesmo que o limiar de retrabalho de 3 mm não tenha sido atingido, deve ser realizada uma reparação preventiva antecipada, de modo a evitar uma propagação súbita da trinca entre duas inspeções periódicas.

Tabela de Correspondência dos Níveis de Aceitação da Qualidade de Soldadura

Perguntas Frequentes

A Kelude Indústrias Pesadas dedica-se à investigação em segurança de estruturas metálicas de Pontes Rolantes, oferecendo a clientes industriais soluções completas, desde o ensaio não destrutivo de soldas até à reparação de trincas.