Em determinados processos de soldadura industrial, controlar a temperatura do material antes de iniciar a soldadura é fundamental para obter uma união fiável e reduzir o risco de defeitos. Uma das tecnologias utilizadas para este fim é o pré-aquecimento por indução, um sistema capaz de proporcionar um aquecimento rápido, localizado e controlado.
Esta técnica é especialmente relevante em projetos que envolvem componentes de grande espessura, tubagens, virolas, recipientes sob pressão ou estruturas metálicas sujeitas a requisitos térmicos exigentes.
Mas como funciona exatamente o pré-aquecimento por indução e quando é conveniente utilizá-lo?
O que é o pré-aquecimento por indução?
O pré-aquecimento por indução consiste em elevar de forma controlada a temperatura do material antes ou durante uma operação de soldadura através de um campo eletromagnético.
Para gerar este aquecimento, são colocados cabos ou indutores à volta da zona a tratar. Quando uma corrente alternada de alta frequência circula através deles, é gerado um campo eletromagnético que induz correntes no próprio material metálico e provoca o seu aquecimento.
Ao contrário de outros sistemas, a energia térmica é gerada diretamente no componente, permitindo atingir rapidamente a temperatura necessária e com um elevado nível de controlo.
O pré-aquecimento por indução é uma das soluções que podem ser utilizadas num processo de pré-aquecimento de soldadura, juntamente com os sistemas elétricos através de resistências.
Porque é necessário pré-aquecer antes de soldar?
Durante uma operação de soldadura ocorre um aquecimento muito localizado, seguido de arrefecimento. Este ciclo térmico gera diferenças importantes de temperatura entre a zona soldada e o restante componente.
Dependendo do material, da espessura, da geometria e das condições de trabalho, um arrefecimento demasiado rápido pode favorecer problemas como:
- Aparecimento de fissuras.
- Aumentos localizados de dureza.
- Tensões térmicas elevadas.
- Comportamentos indesejados na zona termicamente afetada.
- Maior risco de fissuração associada ao hidrogénio em determinados aços.
O pré-aquecimento ajuda a reduzir a velocidade de arrefecimento da união e a manter uma distribuição térmica mais controlada durante a soldadura.
No entanto, não existe uma temperatura universal de pré-aquecimento. Os valores e as condições do processo devem ser definidos de acordo com o material, a espessura, o procedimento de soldadura e as especificações aplicáveis a cada projeto.
Como é realizado o pré-aquecimento por indução?
Embora cada aplicação exija um estudo específico, um processo de pré-aquecimento por indução pode ser dividido em várias fases.
1. Estudo da peça e do procedimento
Antes de realizar o tratamento, é necessário conhecer aspetos como:
- Material.
- Espessura.
- Geometria.
- Diâmetro, no caso de uma tubagem ou virola.
- Área que deve ser aquecida.
- Temperatura objetivo.
- Condições ambientais.
- Procedimento de soldadura.
Estes parâmetros permitem configurar corretamente o sistema de aquecimento.
2. Instalação dos indutores
Os cabos de indução são distribuídos à volta do componente de acordo com uma configuração previamente definida.
O número de voltas, a posição dos cabos e o comprimento necessário devem ser corretamente calculados para favorecer uma adequada distribuição da temperatura.
3. Instalação dos sistemas de medição
Controlar apenas a potência aplicada não é suficiente.
A temperatura real do componente deve ser medida e monitorizada durante todo o processo através de sensores adequados. Isto permite verificar se se mantém dentro do intervalo estabelecido e atuar perante possíveis desvios.
4. Aquecimento controlado
Depois de configurado o sistema, inicia-se o aquecimento até atingir a temperatura de pré-aquecimento especificada.
A indução permite transferir energia diretamente para o metal, pelo que normalmente proporciona uma resposta térmica rápida.
5. Manutenção durante a soldadura
Em muitos trabalhos, não basta atingir uma determinada temperatura antes de iniciar o cordão de soldadura.
Também é necessário manter determinadas condições térmicas durante a operação de soldadura, evitando que a peça arrefeça abaixo dos valores estabelecidos no procedimento.
Principais vantagens do pré-aquecimento por indução
A escolha do sistema depende das características de cada projeto, mas o pré-aquecimento por indução apresenta várias vantagens importantes.
Rapidez de aquecimento
A energia é gerada diretamente no material, permitindo aumentar rapidamente a sua temperatura.
Esta característica pode ser especialmente interessante em operações em que os tempos de produção ou montagem têm um peso importante.
Aquecimento localizado
É possível concentrar o aporte térmico na zona que necessita de ser pré-aquecida sem aumentar desnecessariamente a temperatura de todo o componente.
Controlo da temperatura
A combinação dos equipamentos de indução com sistemas de medição e regulação permite controlar o processo e manter os parâmetros estabelecidos.
Este controlo é essencial em trabalhos industriais nos quais é necessária uma elevada rastreabilidade do processo térmico.
Distribuição uniforme do calor
Com uma configuração adequada dos indutores, é possível obter uma distribuição térmica homogénea à volta de tubagens, virolas e outras geometrias.
Menor exposição dos elementos de aquecimento
Como o sistema não depende de resistências quentes diretamente aplicadas sobre toda a superfície tratada, são reduzidos determinados elementos de aquecimento expostos na zona de trabalho.
Aplicações industriais do pré-aquecimento por indução
Esta tecnologia pode ser aplicada em numerosos setores industriais nos quais a qualidade das uniões soldadas é crítica.
Tubagens industriais
As soldaduras circunferenciais de tubagens são uma das aplicações mais habituais devido à facilidade com que os cabos podem ser dispostos à volta do componente.
Recipientes sob pressão
Os recipientes sob pressão podem incorporar materiais e espessuras que exigem um controlo térmico preciso durante determinadas operações de soldadura.
Caldeiraria pesada
Em peças de grande espessura, controlar a temperatura antes e durante a soldadura pode ser especialmente importante para manter as condições especificadas no procedimento.
Indústria Oil & Gas
Tubagens, depósitos, refinarias e instalações petroquímicas incluem numerosas uniões soldadas posteriormente sujeitas a condições de serviço exigentes.
Offshore e energia eólica offshore
O fabrico de jackets, estruturas tubulares e componentes offshore exige o controlo de numerosos parâmetros durante a soldadura.
Construção naval
O fabrico e a reparação de estruturas navais também podem necessitar de pré-aquecimento e de outros tratamentos térmicos para controlar as condições das uniões soldadas.
Pré-aquecimento por indução com a Intec-Heat
Na Intec-Heat desenvolvemos soluções de pré-aquecimento de soldadura através de indução e resistências elétricas, selecionando a tecnologia mais adequada às características de cada trabalho.
Analisamos a geometria, o material, as espessuras, os requisitos térmicos e as condições de execução para conceber um procedimento adaptado ao projeto.
A nossa experiência em tratamentos térmicos industriais permite-nos realizar trabalhos em setores como Oil & Gas, Defesa, offshore, naval, energia, siderurgia e caldeiraria.
Se necessita de estudar um processo de pré-aquecimento por indução para uma soldadura ou projeto industrial, contacte a nossa equipa técnica e analisaremos a solução térmica mais adequada.