Tenacidade à fratura e resistência à fadiga de aços estruturais aplicados em gancho transportador de bobinas de fio máquina – tolerância de danos, efeitos da soldagem, análise experimental e modelamento via MEF.

Abstract

Ganchos de aço são utilizados para transporte de bobinas, com uma carga de aproximadamente duas toneladas, provenientes de um laminador de fio máquina em uma indústria siderúrgica. Recentemente, algumas unidades desses ganchos falharam em serviço, ocasionando grande impacto no processo produtivo do laminador, além de gerar preocupação com danos que podem ser causados à segurança de pessoas que trabalham nesse setor industrial. Uma análise de falha foi realizada, chegando-se à conclusão de que a degradação do componente ocorreu por fadiga. Trincas surgiram, mas a deterioração não foi detectada pela inexistência de um plano de controle de fratura para avaliação da integridade estrutural dos ganchos. Posto isso, este trabalho caracterizou o carregamento real no processo produtivo envolvido na utilização de um gancho de transporte de bobinas, onde extensômetros foram instalados na seção mais crítica do gancho, região onde foi detectada a nucleação de trincas por fadiga. Foram realizados ensaios de fadiga para obtenção de curvas S-N, utilizando corpos de provas do aço original do gancho, tipo DIN S355 J2G3, retirados da seção do gancho onde houve recuperação de trincas pelo processo de soldagem MIG (Metal Inert Gas) e também com corpos de prova de dois outros aços ARBL (Alta Resistência Mecânica e Baixa Liga), não soldados, pensando numa possível seleção de material mais adequado e na eliminação do processo de soldagem. Os resultados dos ensaios de curva S-N, juntamente com os dados das análises por extensometria foram utilizados para análise pelo Método de Elementos Finitos, para se ter uma estimativa da vida do componente sob fadiga com cargas reais de serviço. Adicionalmente, foi realizado a análise de criticalidade de descontinuidades pela metodologia de Análise Crítica de Engenharia (ECA) a partir da Norma BS 7910 (2019), com o objetivo de determinar o tamanho crítico de descontinuidade para estabelecimento de procedimentos adequados de manutenção. Para realizar a avaliação de tolerância de danos foi necessário o uso de ensaios de CTOD para determinação da tenacidade à fratura dos aços analisados. Para avaliação da tenacidade à fratura da Zona Termicamente Afetada (ZTA) do aço do tipo S355 J2G3 foi necessário o uso de simulação de ciclo térmico no corpo de prova por meio do equipamento Gleebe 3800. Concluiu- se que o adequado processo de recuperação dos ganchos juntamente com aplicação de procedimentos de manutenção com identificação e medição de descontinuidades por ensaios não destrutivos com limite de tamanho de descontinuidades, estabelecido pela BS 7910 pode prover a devida segurança ao processo operacional.