Avaliação de uma versão modificada da técnica de TOE Grinding no aprimoramento da vida em fadiga para juntas em T de aço inoxidável AISI 316 L carregadas longetudinalmente

Abstract

Os problemas devido à fadiga em componentes mecânicos e estruturais têm sido tema recorrente de investigações na indústria e no meio científico. Por diversos fatores inerentemente associados ao próprio processo de fabricação da união, tais problemas são ainda mais preocupantes no caso de juntas soldadas. Por esse motivo, estudos têm sido realizados ao longo dos anos com objetivo de desenvolver técnicas que propiciem aumento da vida em fadiga desse tipo de união. Dentre essas técnicas se destacam os procedimentos pós- soldagem, aplicados a toda a peça ou a uma região específica do cordão de solda. Ao longo do presente estudo é realizada a análise do efeito de uma dessas técnicas, o toe grinding, que consiste na usinagem localizada do pé do cordão de solda em prol de uma melhoria geométrica. No presente trabalho é apresentada uma versão modificada do processo usual, a qual é aplicada a uma união em T, cuja nervura não sofre carregamento, fabricada em aço inoxidável AISI 316 L. A nervura foi unida à placa-base por filetes de solda gerados por processo MAG (GMAW - Gas Metal Arc Welding). A avaliação de desempenho em fadiga se deu por meio do levantamento das curvas S-N, obtidas sob carga axial repetida, para dois grupos de corpos de prova: o primeiro apresentando a geometria usual dos filetes, sem qualquer modificação, e o segundo com cordões que sofreram o toe grinding. Além de verificar a influência desse processo com relação à vida em fadiga das uniões, também foram observados alguns outros aspectos, como a iniciação do mecanismo de falha destes componentes, o fator de concentração de tensão macrogeométrico na extremidade do cordão de solda e a influência das tensões residuais sobre os resultados. Por fim, os ensaios de fadiga, apresentados na forma de diagramas S-N, mostraram que por meio da aplicação da técnica pode-se alcançar valores consideravelmente maiores de ciclos até a falha, em torno de 60% para uma vida de 2 milhões de ciclos. Tal resultado indica que essa técnica, quando bem executada, permite um incremento significativo na vida em fadiga de uniões em T soldadas por meio de filetes, sujeitos a uma carga dinâmica longitudinal, quando no regime de alto ciclo.Problems of fatigue in mechanical and structural components have been the subject of investigations by both science and the industry. For many factors inherently associated with the manufacturing process of joining itself, such problems become even more relevant in the case of welded joints. For this reason, over the years, studies have been conducted aiming to develop techniques in order to increase the fatigue life of such joints. Among these techniques, post weld procedures are distinct, being those applied to the whole piece or to a particular area of the weld bead. This study provides an analysis of the effect of one of these techniques, the toe grinding technique, which consists of the local machining of the weld bead toes for geometric improvement. A modified version of the usual process is presented, which was applied to an AISI 316L stainless steel T-joint, whose ribs suffered no load stress. The ribs were connected to the base plate through fillet welds generated by GMAW (Gas Metal Arc Welding). The fatigue performance evaluation was conducted through the analysis of S-N curves under repeated load axial for two different specimen groups: the first presenting the usual fillet geometry without any alteration, and the second with toe grinding weld beads. Besides verifying the influence of such procedures in relation to the fatigue life of such joints, other aspects were observed, such as the failure mechanism initiation of the components, the macro geometric stress concentration at the bottom of the weld bead, and the influence of residual stress in the results. Lastly, the endurance tests, presented in the form of S-N diagrams, showed that through the application of this technique it is possible to achieve considerably higher cycles before the failure, around 60% for a life of 2 million cycles. This result indicates that this technique, when well applied, allows a significant improvement to the T-joint joints welded through fillets and under a longitudinal dynamic load fatigue life, when in a high cycle regime.