Soldagem da Viga Principal de Guindaste: Controle do Cordão

A soldagem da viga principal é a etapa mais crítica na fabricação de vigas caixão e vigas I para guindastes de pórtico e de ponte rolante. A qualidade do cordão de solda determina diretamente a capacidade de carga, a vida útil à fadiga e a segurança operacional da viga. Este artigo aborda de forma sistemática todo o processo de soldagem da viga principal — desde a seleção do material de adição, o projeto do chanfro, a definição dos parâmetros de soldagem e o controle de deformação de solda até a inspeção da qualidade do cordão — com referência às normas GB/T 5117 Eletrodos revestidos para soldagem manual de aços não ligados e de grão fino, GB/T 8110-2017 Arames de aço carbono e aço de baixa liga para soldagem sob proteção gasosa e GB/T 11345 Ensaios não destrutivos de soldas — Técnica de ensaio ultrassônico, níveis de detecção e avaliação, fornecendo uma referência prática completa para engenheiros de soldagem e inspetores de qualidade.

Estrutura da viga principal e tipos de cordão de solda

Na viga caixão, os cordões de solda incluem principalmente as soldas de filete longitudinais entre o Flange e a Alma (quatro cordões contínuos que constituem as juntas críticas para a resistência à flexão da viga), as soldas de filete entre a Alma e os Reforços transversais, as soldas de filete entre os Reforços longitudinais e a Alma, bem como as Soldas de Topo e de filete na ligação entre a viga principal e a Cabeceira. A Garganta das soldas de filete é determinada conforme a norma GB/T 3811 para projeto de estruturas soldadas, adotando-se geralmente 0,7 a 1,0 vezes a espessura da Alma, com um mínimo de 6 mm. As soldas de filete longitudinais são contínuas; a Garganta k é definida pela menor espessura entre o Flange e a Alma: para espessuras ≤20 mm, k≥6 mm; para espessuras entre 20 e 40 mm, k≥8 mm; para espessuras >40 mm, k≥10 mm. As soldas de filete dos Reforços transversais podem ser intermitentes para reduzir a Distorção de Soldagem, porém os Reforços situados no 1/4 do Vão em ambas as extremidades da viga principal devem ser soldados de forma contínua. Na viga I, os cordões incluem as soldas de filete longitudinais entre o Flange e a Alma (dois cordões) e as soldas de ligação da Placa de extremidade; a disposição dos cordões é mais simples que na viga caixão, mas os requisitos de qualidade são igualmente rigorosos.

Seleção de Materiais de Soldadura

Preparação de Chanfros e Montagem

As soldas de filete longitudinais da viga principal são normalmente executadas sem chanfro, utilizando diretamente solda de filete em junta em T. Quando a espessura da alma excede 20mm, para garantir a penetração completa, pode ser maquinado um chanfro em V unilateral na borda da alma (ângulo do chanfro 45°±5°, nariz 2mm). As juntas de topo por emenda da alma (quando o comprimento da chapa é insuficiente) utilizam chanfro em V duplo ou chanfro em X, com ângulo de 60°±5°, nariz de 1~2mm e folga de montagem de 2~3mm. Antes da montagem, a superfície do chanfro deve ser limpa, removendo óleos, ferrugem, humidade e outras impurezas numa faixa de 20mm de cada lado do chanfro, até revelar brilho metálico. Durante a montagem, utilizam-se dispositivos de posicionamento e fixação para garantir a perpendicularidade entre o flange e a alma (desvio de perpendicularidade não superior a 1/500 da altura da alma), bem como o paralelismo entre os flanges e a retilineidade ao longo de todo o comprimento da viga principal. Os cordões de fixação (tack weld) têm comprimento de 30~50mm com espaçamento de 300~500mm; os materiais de soldadura e as condições de processo são idênticos aos da soldagem definitiva, devendo os cordões de fixação ser considerados parte integrante do cordão final.

Parâmetros de Soldagem

A soldagem com proteção gasosa CO₂ é o método mais comum para as soldas de filete longitudinais da viga principal. A pureza do CO₂ não deve ser inferior a 99,5%, com caudal de gás de 15~25L/min. Parâmetros de correspondência entre corrente de soldagem e tensão do arco: para espessuras de 8~12mm, corrente 200~280A, tensão 24~28V, velocidade de soldagem 25~35cm/min; para espessuras de 12~20mm, corrente 280~360A, tensão 28~32V, velocidade de soldagem 20~30cm/min; para espessuras de 20~30mm, corrente 360~420A, tensão 32~36V, velocidade de soldagem 18~25cm/min. O comprimento livre do fio deve ser controlado entre 15~20mm. A soldagem automática por arco submerso é adequada para a soldagem em série de soldas de filete longitudinais contínuas da viga principal, com os seguintes parâmetros: para espessuras de 10~16mm, corrente 500~650A, tensão 32~36V, velocidade de soldagem 30~40cm/min; para espessuras de 16~24mm, corrente 650~800A, tensão 34~38V, velocidade de soldagem 25~35cm/min. A soldagem manual com elétrodo revestido é utilizada principalmente para soldaduras de reforço e cordões curtos nas extremidades, com corrente de 180~240A (elétrodo φ4.0) para espessuras de 8~16mm. A temperatura ambiente de soldagem não deve ser inferior a 0°C, a umidade relativa não deve exceder 80%, e a velocidade do vento para soldagem CO₂ não deve ultrapassar 2m/s (acima deste valor, é necessário instalar proteção contra vento).

Controle de Deformação de Solda

A distorção de soldagem na viga principal é o problema de qualidade mais comum durante o processo de fabrico, manifestando-se principalmente como curvatura lateral (flexão lateral da viga principal no plano horizontal), desvio de contraflecha (a contraflecha da viga principal no plano vertical não está em conformidade com os requisitos do projeto) e deformação por torção (torção da viga principal em torno do seu eixo longitudinal). As medidas de controlo da distorção de soldagem incluem: sequência de soldagem simétrica (soldar primeiro a solda de filete longitudinal de um lado, depois a solda de filete longitudinal correspondente do outro lado, alternando, evitando soldagem contínua de um único lado), método de soldagem por retrocesso segmentado (dividir soldas longas em segmentos de 300~500 mm, soldando do centro para as extremidades em segmentos retrógrados, aguardando o resfriamento de cada segmento até à temperatura de contacto manual antes de soldar o seguinte), método de pré-formação (pré-definir uma deformação reversa durante a montagem, por exemplo, pré-definir uma contraflecha 10~15 mm maior do que a exigida no projeto, que retorna ao valor de projeto após a conclusão da soldagem), método de fixação rígida (usar fixações para prender a viga principal ao berço de soldagem, limitando a deformação durante o processo de soldagem) e sequência de soldagem racional (soldar primeiro as soldas de topo da alma, depois as soldas de filete entre os reforços e a alma, e por fim as soldas de filete longitudinais contínuas). Após a soldagem, a viga principal é submetida a um processo de correção global, incluindo correção por chama (aquecer a flange ou a alma na zona deformada com chama oxiacetilénica a 600~650°C, permitindo o resfriamento natural para contração corretiva) e correção mecânica (correção a frio com prensa). A temperatura de correção por chama não deve exceder 900°C para evitar afetar as propriedades do material base.

Inspeção da qualidade do cordão de solda

A inspeção da qualidade do cordão de solda é realizada de acordo com as normas ISO 5817 e ISO 17635, abrangendo três níveis: inspeção visual, ensaio não destrutivo e ensaios de propriedades mecânicas. A inspeção visual é aplicada a todos os cordões de solda e inclui a verificação da uniformidade da formação da superfície do cordão, a presença de trincas, porosidade, inclusão de escória, falta de fusão, mordedura (profundidade de mordedura não superior a 0,5 mm, comprimento acumulado não superior a 10% do comprimento total do cordão) e a conformidade da garganta com os requisitos do projeto. O ensaio não destrutivo utiliza Ensaio por Ultrassom (UT) para deteção 100% das soldas de filete longitudinais e soldas de topo de emenda, com grau de deteção não inferior a B e grau de avaliação não inferior a 2; as soldas de topo e as soldas de filete dos reforços transversais na zona tracionada são submetidas a Ensaio por Partículas Magnéticas (MT) para deteção de defeitos superficiais e subsuperficiais. O Ensaio por Ultrassom é executado de acordo com a norma ISO 17640, com frequência de sonda de 2,5~5 MHz e sensibilidade de deteção não inferior a φ2×40 mm. Os ensaios de propriedades mecânicas são realizados na fase de qualificação do procedimento de soldagem, incluindo ensaio de tração, ensaio de dobramento e ensaio de impacto (KV₂≥27J a -20°C) do metal do cordão de solda. Para cada lote de soldagem, é preparada uma chapa de ensaio de procedimento para a verificação das propriedades mecânicas. Norma de Aceitação: o interior do cordão de solda não deve apresentar quaisquer trincas, falta de fusão ou falta de penetração; o diâmetro de porosidade individual não deve exceder 3 mm e o número de porosidades por 100 mm de comprimento de cordão não deve exceder 3; o comprimento de inclusão de escória linear não deve exceder 10 mm e o espaçamento entre inclusões não deve ser inferior a 6 vezes o comprimento da inclusão.

Perguntas Frequentes sobre Distorção de Soldagem