Em projetos de caldeiraria, estruturas metálicas, tubulações ou vasos de pressão sujeitos a operação em baixas temperaturas, “requisito de impacto” refere-se à condição em que a junta soldada deverá atender a uma capacidade mínima de absorção de energia em ensaio de impacto, a uma dada temperatura de projeto. Ou seja: não basta que a resistência à tração ou dureza estejam dentro dos limites, é necessário que a junta apresente tenacidade suficiente, ou seja, resistência à propagação rápida de trincas, especialmente em baixas temperaturas.

Esse requisito normalmente é especificado no projeto ou no cliente, ou por norma de projeto, como ASME VIII Div. 1 (para vasos de pressão), ASME B31.3 (para tubulações), DNV ST-F101 (para tubulações offshore), entre outras. A engenharia de soldagem ou de projeto define a temperatura de qualificação (por exemplo, -20 °C, -40 °C) e a energia mínima absorvida no ensaio de impacto (ex: 27 J, 47 J, etc.).

Energia de impacto versus temperatura: A relação típica

Uma característica central da tenacidade à fratura é que ela declina com a temperatura em muitos materiais metálicos — particularmente em aços de estrutura ferrítica / bainítica — devido à transição dúctil-frágil. Em contrapartida, aços inox austeníticos tendem a manter melhor a tenacidade em temperaturas mais baixas.

No gráfico típico:

• Em um aço carbono comum (ferrítico-pearlítico), à medida que a temperatura de ensaio diminui, a energia absorvida cai drasticamente — por exemplo de 200 J a +20 °C para talvez 50 J a -40 °C, e mesmo menos em temperaturas mais baixas.
• A zona de transição dúctil-frágil é bem marcada: abaixo de certa temperatura, o material passa a absorver manos energia antes da fratura frágil.
• Em contraste, um aço inox austenítico pode exibir uma curva mais “plana”, com queda menos acentuada de energia, mantendo, por exemplo, >100 J até -196 °C ou mais frio.

Dessa forma, se o projeto exigir impacto a, digamos, -20 °C com absorção mínima de 27 J, será necessário garantir que a microestrutura da junta soldada (metal de solda + ZTA (zona termicamente afetada) mantenha tenacidade nesse nível naquela temperatura. Caso contrário há risco de falha frágil, o que em ambiente de serviço, pode significar ruptura repentina e catastrófica.

O ensaio de Charpy: como funciona?

O ensaio de impacto tipo V-notch (ASTM E23 / equivalente), também conhecido como ensaio de Charpy, é o método mais comum para verificação de tenacidade à baixa temperatura. Basicamente:

1.     Um corpo-ensaio padronizado (típica forma retangular, entalhe em “V” central) é resfriado até a temperatura de ensaio (por exemplo: -20 °C).

2.     O ensaio é realizado em pêndulo que fratura o corpo-ensaio numa única batida.

3.     O valor medido é a energia absorvida até fratura, em joules (J). Quanto maior a energia, maior a tenacidade.

4.     No contexto de soldagem, geralmente é requirido um set de ensaio de 3x corpos-prova em cada região da junta soldada: metal de solda, HAZ e quando requerido, do metal de base.

5.     Os resultados são interpretados como: Média mínima e mínimo individual.

5.1.  Média mínima: Soma-se a energia dos 3 corpos de provas ensaiados de uma região e tira-se a média. Este valor tem que estar acima do mínimo especificado.

5.2.  Mínimo individual: É permitido que 1 único corpo de prova tenha energia abaixo da média, porém esta energia tem que ser maior que 70% do valor da média mínima exigida (este percentual pode variar de acordo com a norma aplicável). Se 2 corpos de provas estiverem abaixo da média e acima dos 70%, o ensaio está reprovado.

Na prática industrial de fabricação de equipamentos ou tubulações, o fabricante qualifica o procedimento de soldagem (EPS) considerando ensaios de impacto à temperatura prescrita. Se durante a produção as juntas soldadas forem submetidas à testes de produção, estas precisam demonstrar conformidade com o requisito.

Cuidados em soldagem com requisito de impacto

Quando o requisito de impacto está presente, a engenharia de soldagem e o controle operacional devem observar várias variáveis críticas:

1. Heat Input (energia térmica)

• Quanto maior for o heat input (kJ/mm), pior pode ser a tenacidade na ZTA, pois uma zona afetada maior, grãos maiores, ou maiores zonas de transformação martensítica embutida podem reduzir energia absorvida em impacto. Estudos mostram que juntas fabricadas com heat input de 1,4 kJ/mm apresentaram menor tenacidade que as com 0,9 kJ/mm.
• Portanto, controle do heat input é essencial: definir intervalos máximos no procedimento (EPS/RQPS) e monitorar na produção.

2. Dureza na ZTA (zona termicamente afetada)

• Por outro lado, se o heat input for muito baixo, a ZTA poderá apresentar microestrutura mais dura (martensita ou bainita dura) e, consequentemente, a dureza elevada compromete a tenacidade, ou seja: dureza alta → menor tenacidade.
• O ideal é trabalhar numa faixa adequada de heat input e pós-aquecimento pré-aquecimento/tratamento térmico para manter a dureza sob controle (ex.: ZTA ≤ 350 HV ou conforme especificação) e ao mesmo tempo garantir tenacidade.

3. Pré-aquecimento, interpasse e pós-aquecimento

• Quando o requisito de impacto exige temperatura de ensaio baixa (ex. -40 °C, -60 °C), é prudente adotar pré-aquecimento e interpasse controlados para evitar microestruturas nocivas e, em alguns casos, realizar tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) para reduzir dureza.
• A Engenharia de Soldagem deve dimensionar essas etapas no procedimento e qualificação conforme normas aplicáveis.

4. Consumíveis adequados

• Escolher consumíveis que atenda a exigência mínima de impacto, boa fusão, controle de desoxidação e inclusão de elementos que aumentam a tenacidade em baixas temperaturas (Ni, Mo).

5. Ensaio e inspeção de impacto

• Durante a qualificação do procedimento de soldagem (EPS), a RQPS (Registro de Qualificação de Procedimento de Soldagem) deve identificar as regiões ensaiadas (metal de solda, ZTA, metal de base) bem como temperatura de ensaio e critérios de aceitação.
• Quando requerido ensaio de impacto, geralmente as normas especificam variáveis suplementares que devem ser controladas pela EPS (ex. marca comercial do consumível, faixa de heat input, limitação de espessura mínima de metal de base e etc), onde qualquer variação além do permitido, requer uma nova qualificação.

Por que isso faz tanta diferença?

Quando uma junta soldada falha por fratura frágil, o custo não está apenas no retrabalho, o custo pode escalar para paradas, substituição, repercussão de segurança e reputação. Em cenários como tubulações offshore, vasos de pressão ou estruturas de plataforma, o requisito de impacto é item crítico de integridade.

Um dos exemplos históricos mais marcantes da importância da tenacidade ao impacto foi o caso dos navios Liberty, construídos em grande escala durante a Segunda Guerra Mundial. Fabricados com aços carbono comuns e submetidos a baixíssimas temperaturas no Atlântico Norte, muitos desses navios sofreram fraturas frágeis repentinas, partindo-se ao meio sem aviso. A causa? Perda de tenacidade em serviço, resultado direto da transição dúctil-frágil do aço em temperaturas negativas, um lembrete real de que atender ao requisito de impacto não é apenas questão normativa, mas de segurança e integridade estrutural.

Implementar este requisito significa:

• Reduzir riscos de falha catastrófica.
• Garantir conformidade normativa (ASME VIII Div.1, ASME B31.3, DNV ST-F101, etc.).
• Otimizar custos: menos retrabalho, menos paradas, menos soldas excessivas e mais confiabilidade.