26 – Avaliação de tensões residuais em chapas planas de aço carbono, destinadas a processos de corte a laser, pelo método da anisotropia planar

O direcionamento deste trabalho está no estudo das tensões residuais de materiais (chapas de aço carbono) que possam interferir na qualidade de processamento necessária para o bom desempenho nos processos de corte a laser. Para tanto, foi avaliada uma metodologia para análise de materiais, especificamente, chapas em aço carbono, laminadas a quente, em relação às tensões residuais, sendo apresentados tópicos referentes à fabricação e à aquisição de materiais, anisotropia, métodos de análise de tensões residuais pela técnica do “furo cego” e pela extensometria. Os resultados apresentados partiram de análises de amostras utilizadas na indústria e indicam uma forma de avaliar se um material pode apresentar tensões durante o corte a laser que prejudiquem o processo, diminuindo com isto as paradas de equipamento, refugo de material e manutenções não programadas por colisões entre a cabeça de corte e o material, gerando não conformidades no processo. O trabalho iniciou com uma apresentação sobre as tensões residuais, suas características e processos geradores como a laminação. Foi apresentada uma breve explanação sobre o princípio do corte a laser, bem como métodos de avaliação de tensões residuais. O método sugerido de investigação foi o da anisotropia planar e seus resultados foram aferidos com análises de tensões residuais pela técnica do furo cego e extensometria uniaxial. A técnica anisotropia planar demonstrou ser efetiva para a verificação de tensões residuais em chapas planas de aço carbono destinadas ao corte a laser. Os resultados indicaram que quanto mais próximo foram de zero, menores foram os efeitos da tensão residual após o corte a laser, sendo considerado um método eficaz à seleção prévia para esta classe de material. A análise dimensional em relação à ondulação das amostras, após o processo de corte a laser, confirmou que a identificação dos seus desempenhos práticos foi coerente com as necessidades e exigências do processo, ou seja, as amostras consideradas “ótimas”, “no limite de aceitação” e “sem condições de uso” para o processo, apresentaram medidas de flechas compatíveis aos limites sugeridos pelo equipamento de corte a laser. Para a análise de tensões foram efetuados testes com dois métodos: técnica do furo cego e extensometria uniaxial. Nos dois métodos os resultados acompanharam as características dos materiais definidas na utilização prática em relação ao seu desempenho, confirmadas na medição física e comprovadas na anisotropia planar. A análise de tensões residuais com a técnica do furo cego não demonstrou ser eficaz em função da não uniformidade das tensões ao longo da espessura do material, porém os valores encontrados nas variações de tensões máximas após o furo cego em cada amostra comprovaram que os desempenhos indicados nestas amostras seguiram as suas características pré definidas, ou seja, quanto menor foi a amplitude média das tensões, melhor foi o desempenho do material. A análise das tensões pela extensometria uniaxial das amostras foi executada durante o corte no equipamento a laser com respectiva medição das tensões: antes, durante e após o corte finalizado. Foram obtidos valores que demonstraram o desempenho do material em processo, sendo que quanto menor foi a tensão final resultante, após o corte a laser, melhor foi o desempenho da amostra. O método de anisotropia planar em comparação aos métodos convencionais de análise de tensões residuais apresentou maior simplicidade na avaliação dos resultados, tanto na padronização e facilidade da confecção das amostras como na capacitação de mão de obra. O método de furo cego, por exemplo, necessitou de cuidados especiais em todas as fases de preparação dos materiais, requerendo ainda de sensores e “softwares” importados. Apesar da análise de anisotropia planar ser de utilização usual nas usinas e laboratórios de testes, principalmente, na determinação da qualidade embutimento de materiais, o método teve caráter inédito quando se tratou de relacionar seu resultado com a análise de tensão residual e possível deformação em chapas planas submetidas a corte a laser (não foram encontradas referências com esta abordagem). Este método pode ser preferencialmente empregado nas usinas produtoras de aço, desta forma, garantindo e selecionando os materiais para o processo de corte a laser. Os equipamentos para o teste de tração para a análise de anisotropia são de uso contínuo destas empresas, portanto, trata-se de uma metodologia que pode ser incorporada aos testes já realizados.