O tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) é crucial para otimizar as propriedades mecânicas de componentes metálicos, mitigando tensões residuais e refinando a microestrutura. A escolha entre o tratamento térmico local em campo e o tratamento térmico em forno industrial é determinada por fatores como tamanho, geometria, material e requisitos normativos. O tratamento em forno, conforme ASME VIII Div. 1 UCS-56(f), oferece controle uniforme de temperatura, ideal para peças menores e geometrias complexas. Em contraste, o tratamento local, guiado pela AWS D10.10 e ASME PCC-2, é aplicado em estruturas de grande porte ou fixas, onde a movimentação para um forno é inviável. Ambos os métodos visam a conformidade com as especificações de projeto, garantindo a integridade estrutural e a vida útil dos equipamentos.
1. Tratamento Térmico Local em Campo (Local PWHT)
O tratamento térmico local em campo, conhecido como Local PWHT (Post Weld Heat Treatment), refere-se à aplicação de calor diretamente em uma área específica de um componente ou estrutura, sem a necessidade de removê-lo para um forno. Este método é crucial para aliviar tensões residuais após a soldagem, otimizar propriedades mecânicas e garantir a conformidade com normas técnicas rigorosas.
Sua aplicação é particularmente relevante em grandes estruturas, tubulações e equipamentos que, por suas dimensões ou complexidade de instalação, não podem ser transportados. O aquecimento é concentrado na junta soldada e suas adjacências, minimizando a exposição térmica do restante do componente.
As principais referências normativas que regem o Local PWHT incluem o ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section VIII Division 1, Article UCS-56, que detalha os requisitos de tratamento térmico pós-soldagem. O ASME Section IX, QW-407, aborda o tratamento térmico em procedimentos de soldagem. Além disso, o ASME PCC-2-2022, Article 209, oferece diretrizes específicas para o tratamento térmico local de soldas, enquanto a AWS D10.10/D10.10M:2016 estabelece práticas recomendadas para o aquecimento local de soldas em tubulações.
Para tubulações de processo, o ASME B31.3:2022, parágrafos 331/332, especifica os requisitos de pré-aquecimento e PWHT. No Brasil, a NR-13 – Caldeiras, Vasos de Pressão e Tubulações, em seu Anexo III, também impõe exigências para o tratamento térmico de soldas, garantindo a segurança e a integridade dos equipamentos.
Os métodos mais comuns para aquecimento em campo são os resistores cerâmicos flexíveis e a indução eletromagnética. Os resistores, geralmente feitos de liga de NiCr ou Inconel, são fixados à peça e isolados com mantas cerâmicas refratárias para garantir a uniformidade e reduzir perdas de calor. A indução, por sua vez, utiliza bobinas que geram um campo eletromagnético, aquecendo o material de forma mais rápida e volumétrica, sendo ideal para grandes diâmetros e espessuras.
2. Tratamento Térmico em Forno Industrial
O tratamento térmico em forno industrial é um processo controlado onde peças são submetidas a ciclos de aquecimento e resfriamento em uma câmara fechada. Este método é amplamente utilizado para uma variedade de tratamentos, incluindo alívio de tensões, normalização, têmpera e revenido, recozimento e solubilização, garantindo a uniformidade das propriedades mecânicas em toda a peça.
Existem diversos tipos de fornos industriais, cada um projetado para aplicações específicas. Os fornos tipo poço (pit furnace) são verticais, ideais para peças longas como eixos ou tubos. Os fornos carro (car bottom) possuem uma base móvel, facilitando o carregamento de peças grandes e pesadas, como vasos de pressão e estruturas soldadas. Já os fornos tipo mufla ou câmara (box furnace) são horizontais, adequados para lotes de peças menores ou componentes forjados. Outros tipos incluem fornos com esteira de malha para tratamento contínuo e fornos a vácuo para tratamentos de alta pureza e ligas especiais.
Os fornos podem ser aquecidos por resistências elétricas, que oferecem controle fino e boa uniformidade, ou por queimadores a gás (GN, GLP, óleo), que proporcionam maior potência e rapidez. A atmosfera dentro do forno pode ser ar (para PWHT e revenido de aços carbono e baixa liga), atmosfera protetora (nitrogênio, misturas com H₂) para reduzir oxidação e descarburização, ou vácuo, para tratamentos de alta pureza em aços ferramenta e superligas.
As normas aplicáveis para tratamento térmico em forno incluem o ASME Section VIII Div.1 – UCS-56, que estabelece os requisitos para PWHT em fornos, e o ASME B31.3 – §331.1–331.3, que aborda o PWHT de tubulações, seja em forno ou em campo. Além disso, especificações de fabricantes e normas de produto, como a ASTM A788 para peças forjadas, frequentemente remetem a tratamentos em forno para garantir as propriedades desejadas.
3. Tabela Comparativa: Campo vs Forno
A escolha entre tratamento térmico em campo e em forno depende de múltiplos fatores técnicos, logísticos e econômicos. Ambos os métodos possuem vantagens e desvantagens distintas, que devem ser cuidadosamente avaliadas para cada aplicação específica. A tabela a seguir oferece uma visão comparativa detalhada, considerando critérios essenciais para a tomada de decisão.
| Critério | Tratamento em Campo (Local PWHT) | Tratamento em Forno | Norma/Referência |
|---|---|---|---|
| Uniformidade Térmica | Variável, dependendo da aplicação e controle. Atende ±14 °C (UCS-56) com boa prática. | Excelente, tipicamente ±5 °C na região útil. | ASME VIII UCS-56 |
| Flexibilidade Geométrica | Alta, adapta-se a qualquer geometria e posição. Ideal para peças instaladas. | Limitada pelo volume da câmara do forno. | ASME PCC-2 Artigo 209 |
| Logística | Não requer transporte da peça. Mobilização de equipe e equipamentos. | Requer transporte da peça até a oficina. Ideal para lotes. | Considerações operacionais |
| Custo | Custo de mobilização e execução por junta. Competitivo para peças únicas ou reparos. | Alto investimento inicial, custo unitário baixo em produção seriada. | Análise de viabilidade econômica |
| Tipos de Tratamento | Principalmente PWHT (alívio de tensões). Pré-aquecimento. | PWHT, normalização, têmpera, revenido, recozimento, solubilização. | ASME IX QW-407 |
| Controle de Atmosfera | Geralmente em ar ambiente. | Ar, atmosfera protetora (N₂, H₂), vácuo. | ASTM A788 (exemplo) |
| Documentação | PWHT Report com gráficos tempo-temperatura e calibrações. | Certificado de tratamento térmico com gráficos e dados. | NR-13, Petrobras N-1859 |
4. Soak Band, Heated Band e Gradient Control Band (ASME UCS-56)
A aplicação do tratamento térmico local em campo exige um controle rigoroso das faixas de temperatura para garantir a eficácia do processo e a conformidade com as normas. O ASME Section VIII Division 1, em seu parágrafo UCS-56(f), estabelece critérios claros para a definição e controle de três regiões críticas: a Heated Band (HB), a Soak Band (SB) e a Gradient Control Band (GCB).
A Heated Band (HB) é a faixa total da peça que é ativamente aquecida à temperatura de PWHT. Esta região deve abranger não apenas a solda, mas também uma área significativa do material base adjacente, garantindo que as tensões residuais sejam aliviadas de forma eficaz. A largura da HB é determinada por cálculos que consideram a espessura do material e o raio da junta, conforme diretrizes da AWS D10.10 e ASME PCC-2 Artigo 209.
Dentro da Heated Band, encontra-se a Soak Band (SB). Esta é a região onde a temperatura do metal deve ser mantida dentro de uma tolerância estrita de ±14 °C (±25 °F) da temperatura de tratamento especificada pelo código. A SB é a área mais crítica para o alívio de tensões, e sua largura mínima é tipicamente de 50 mm para cada lado da junta soldada, ou aproximadamente duas vezes a espessura do material (2·t) a cada lado, respeitando o mínimo de 50 mm.
Adjacente à Heated Band, a Gradient Control Band (GCB) é uma faixa adicional de material que não é aquecida à temperatura de PWHT, mas é isolada termicamente com mantas cerâmicas. O objetivo da GCB é controlar o gradiente de temperatura entre a região aquecida e o metal frio, minimizando as tensões térmicas diferenciais e as distorções que poderiam surgir durante o aquecimento e resfriamento. A largura da GCB é geralmente de uma a duas vezes a espessura do material, garantindo uma transição suave de temperatura.
5. Quando Usar Cada Método: Critérios de Decisão
A escolha entre o tratamento térmico em campo e em forno é uma decisão estratégica que impacta diretamente a viabilidade técnica, econômica e logística de um projeto. Diversos critérios devem ser cuidadosamente avaliados para determinar o método mais adequado para cada situação.
O tratamento térmico em campo (Local PWHT) é a solução ideal quando a peça a ser tratada possui grandes dimensões, peso elevado ou já está instalada em sua posição final. Colunas de destilação, reatores, vasos de torre e tubulações de processo em refinarias ou plantas petroquímicas são exemplos clássicos. A remoção e transporte desses equipamentos para um forno seriam logisticamente inviáveis ou extremamente custosos. Além disso, reparos em serviço, como em nozzles ou bocais, frequentemente exigem o PWHT local para minimizar o tempo de inatividade do equipamento. Normas como o ASME B31.3:2022 para tubulações e o ASME PCC-2-2022, Article 209, para reparos em vasos de pressão, frequentemente permitem e regulamentam o uso do PWHT local nessas circunstâncias.
Por outro lado, o tratamento térmico em forno industrial é a opção preferencial para peças de menor porte, componentes fabricados em oficina (workshop) e lotes de produção. Vasos de pressão fabricados em série, spools de tubulação, conexões, componentes forjados (flanges, eixos) e peças que requerem tratamentos térmicos complexos como têmpera e revenido (Q&T), recozimento pleno ou solubilização de aços inoxidáveis, são tipicamente processados em fornos. A capacidade de controlar a atmosfera (ar, protetora, vácuo) e a uniformidade térmica superior dos fornos são cruciais para garantir as propriedades metalúrgicas desejadas para esses materiais. Normas como o ASME Section VIII Div.1 – UCS-56 e especificações de materiais como ASTM A788 para forjados, frequentemente exigem o tratamento em forno para garantir a conformidade.
6. Aplicações no Polo Industrial de Manaus
O Polo Industrial de Manaus (PIM) é um complexo fabril diversificado, com indústrias que abrangem desde a fabricação de eletrônicos e motocicletas até a produção de componentes metálicos e equipamentos. Dentro deste cenário, a necessidade de tratamentos térmicos, tanto em campo quanto em forno, é constante e vital para a qualidade e segurança dos produtos e infraestruturas.
No PIM, o Tratamento Térmico Local em Campo (Local PWHT) encontra aplicação em diversas situações. Empresas que possuem grandes estruturas metálicas, como vasos de pressão, tanques de armazenamento e extensas redes de tubulações, frequentemente necessitam de reparos ou modificações. Nestes casos, a remoção do equipamento para um forno seria impraticável. O PWHT local é empregado para aliviar tensões em soldas de reparo em tubulações de processo (conforme ASME B31.3), em conexões de vasos de pressão (ASME VIII Div.1, com diretrizes do ASME PCC-2 Artigo 209) e em estruturas metálicas que não podem ser desmontadas. A flexibilidade do método em campo permite que as intervenções sejam realizadas com o mínimo impacto na operação da planta, otimizando o tempo de parada para manutenção.
Por outro lado, o Tratamento Térmico em Forno Industrial é fundamental para as indústrias do PIM que produzem componentes em larga escala ou que exigem tratamentos térmicos mais complexos. Fabricantes de peças forjadas, componentes para motocicletas e bicicletas, ou estruturas metálicas de menor porte que necessitam de tratamentos como normalização, têmpera e revenido, recozimento ou solubilização, utilizam fornos industriais. A capacidade de processar lotes de peças com alta uniformidade térmica e controle de atmosfera é crucial para garantir as propriedades mecânicas e a durabilidade exigidas por essas indústrias. Por exemplo, componentes de aços-liga que requerem têmpera e revenido para atingir alta resistência e tenacidade são invariavelmente tratados em fornos dedicados.
7. Termopares e Documentação QA/QC
A precisão no controle da temperatura é um pilar fundamental em qualquer processo de tratamento térmico, seja em campo ou em forno. Para isso, a utilização e o posicionamento corretos dos termopares, juntamente com uma documentação de Qualidade Assegurada/Controle de Qualidade (QA/QC) rigorosa, são indispensáveis para garantir a conformidade com as normas e a integridade metalúrgica do material.
Os termopares mais comuns para tratamento térmico são do tipo K (NiCr–NiAl), devido à sua faixa de temperatura adequada e estabilidade. É crucial que esses termopares sejam isolados e calibrados por laboratórios acreditados, seguindo padrões como a ABNT NBR ISO/IEC 17025:2017. A calibração garante que as leituras de temperatura sejam precisas e rastreáveis, um requisito básico para qualquer processo certificado.
A fixação dos termopares na peça é um ponto crítico. Em tratamentos em campo, a soldagem por descarga capacitiva (capacitive discharge) é o método preferencial, pois cria uma união robusta e de baixa resistência elétrica, minimizando erros de leitura. Esta técnica é amplamente aceita e recomendada por normas como o ASME PCC-2-2022, Article 209. Em fornos, os termopares podem ser fixados de forma similar ou posicionados em contato direto com a peça, dependendo da geometria e do tipo de forno.
A quantidade e o posicionamento dos termopares são definidos pelas normas e pela geometria da peça. Para juntas soldadas pequenas em campo, um mínimo de dois termopares na Soak Band (SB) é geralmente exigido. Em juntas maiores ou geometrias complexas, o número pode aumentar para quatro, seis ou mais, com termopares adicionais na Heated Band (HB) e Gradient Control Band (GCB) para monitorar os gradientes de temperatura, conforme a AWS D10.10 e o ASME PCC-2 Artigo 209. Em fornos, os termopares são distribuídos estrategicamente para mapear a uniformidade térmica em todo o volume de trabalho.
8. PWHT Report e Conformidade NR-13
O PWHT Report é o documento final e abrangente que consolida todas as informações e evidências do tratamento térmico pós-soldagem. Este relatório é crucial para a rastreabilidade, garantia da qualidade e, no contexto brasileiro, para a conformidade com a Norma Regulamentadora NR-13, que estabelece requisitos mínimos para a gestão da integridade de caldeiras, vasos de pressão e tubulações.
Como Reduzir Seus Riscos?
❌ Risco
Escolha inadequada do método: Optar por PWHT em campo quando a geometria exige forno (ou vice-versa) compromete uniformidade térmica e conformidade ASME Section VIII UCS-56.
✅ Solução
Avaliação prévia do P-Number, espessura governante, geometria e cronograma antes da especificação do método conforme ASME PCC-2 Artigo 209 e AWS D10.10.
❌ Risco
Ausência de ART CREA-AM: Serviços sem Anotação de Responsabilidade Técnica violam a Lei nº 6.496/1977 e expõem o contratante a embargos.
✅ Solução
Toda execução deve incluir ART emitida por engenheiro CREA-AM com rastreabilidade.
❌ Risco
Soak Band insuficiente em campo: Largura insuficiente da Soak Band em PWHT local causa gradiente térmico excessivo e não conformidade com UCS-56(f).
✅ Solução
Dimensionar SB conforme ASME UCS-56(f) e AWS D10.10, com termopares calibrados ISO 17025 nos limites.
Perguntas Frequentes
Sobre PWHT campo vs forno
P:Qual a diferença técnica entre PWHT em campo e em forno industrial?
A principal diferença técnica entre o Tratamento Térmico Pós-Soldagem (PWHT) em forno industrial e em campo reside na uniformidade da temperatura e no controle dos gradientes térmicos. Em um forno industrial, a peça inteira é submetida a uma atmosfera controlada e convecção, garantindo uma uniformidade de temperatura em todo o volume útil, tipicamente de ±10–15 °C. Isso facilita o cumprimento dos requisitos de "soaking" (tempo à temperatura) da norma, assegurando que toda a junta e a Zona Afetada pelo Calor (ZAC) atinjam e mantenham a temperatura mínima especificada. Os menores gradientes térmicos resultam em menor risco de empeno e trincas durante os ciclos de aquecimento e resfriamento. Em contraste, o PWHT em campo utiliza aquecimento localizado, geralmente por resistências, mantas cerâmicas ou indução, aplicado à região soldada. Este método, conhecido como "local band heating", aquece faixas específicas, normalmente de 3 a 5 vezes a espessura do material de cada lado da solda, conforme práticas como a **AWS D10.10** e **ASME PCC-2 Art. 209**. A diferença de temperatura entre a região aquecida e o metal adjacente frio é maior, exigindo um controle rigoroso da taxa de aquecimento/resfriamento e da largura da faixa aquecida para evitar novas tensões e trincas. A norma **ASME PCC-2, Article 209** (Local Heating) estabelece requisitos mínimos para a largura da banda aquecida, posicionamento de termopares e limites de gradiente.
P:O que são Soak Band, Heated Band e Gradient Control Band em PWHT local?
No tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) local, as faixas de temperatura são cruciais para garantir a integridade do material. A **Soak Band (SB)**, ou faixa de encharque, é o volume de metal que deve atingir e manter a temperatura e o tempo de PWHT especificados. Esta faixa inclui o metal de solda, a zona afetada pelo calor (ZTA) e uma porção adjacente do metal de base. A largura mínima da SB é frequentemente definida por normas como a **ASME VIII-1 UCS-56(f)**, que sugere 2t ou 50,8 mm de cada lado da face da solda, o que for menor. Termopares de controle são posicionados dentro da SB para monitorar e validar o processo. A **Heated Band (HB)**, ou faixa aquecida, é a área superficial onde o calor é aplicado para elevar e manter a SB na temperatura correta, enquanto se limita as tensões térmicas. A HB abrange a projeção da SB na superfície externa e uma porção adicional de metal adjacente aquecido. Tipicamente, a largura da HB é maior que a da SB, estendendo-se por aproximadamente 2,5t adicionais de cada lado da SB, conforme práticas amparadas por códigos como a **ASME B31.3 331.1.3**. Esta extensão garante que a SB seja aquecida uniformemente e que os gradientes de temperatura sejam controlados.
P:Quando o PWHT em campo é mais indicado que o tratamento em forno?
O tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) em campo, utilizando métodos localizados como resistência elétrica ou indução, é preferível ao tratamento em forno em diversas situações. Primeiramente, quando as dimensões da peça inviabilizam o transporte ou a inserção em um forno, como vasos de grande porte, linhas de processo extensas ou reparos em tanques já instalados. A norma ASME VIII Div.1, UCS-56(f), reconhece a validade do PWHT localizado, desde que a largura da faixa aquecida, o controle de temperatura e as taxas de aquecimento/resfriamento sejam rigorosamente observados. Essa abordagem é crucial para evitar distorções e garantir a integridade estrutural de componentes que não podem ser movidos. Em segundo lugar, o PWHT em campo é ideal para reparos em serviço ou modificações em plantas existentes, onde a desmontagem completa não é viável ou economicamente inviável. A norma ASME PCC-2 Art. 209 detalha os requisitos para PWHT local controlado, incluindo a localização dos termopares, a largura mínima da banda aquecida (tipicamente duas vezes a espessura da parede) e os gradientes térmicos máximos permitidos. Esta flexibilidade permite a manutenção contínua e a extensão da vida útil de equipamentos sem interrupções prolongadas.
Resumo Estratégico
O tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) é fundamental para a integridade de componentes metálicos, reduzindo tensões residuais e melhorando a microestrutura. A seleção entre tratamento local em campo e em forno industrial depende de fatores como tamanho e geometria da peça, e requisitos normativos como ASME VIII Div. 1 UCS-56(f) e AWS D10.10. Ambos os métodos garantem a conformidade com as especificações de projeto e a segurança operacional.
Se você gostou deste artigo, você precisa ler:
📚 Referências Normativas e Técnicas
[1] ASME Section VIII Division 1 UCS-56(f) — Local PWHT
[2] ASME PCC-2 Artigo 209 — Postweld Heat Treatment Repairs
[3] AWS D10.10 — Recommended Practices for Local Heating of Welds
[4] NR-13 Anexo III — Vasos de Pressão
⚖️ Compromissos Técnicos e Legais
Responsabilidade Técnica (ART): Todos os serviços executados pela Solutec AM são acompanhados de Anotação de Responsabilidade Técnica (ART) emitida por engenheiros registrados no CREA-AM, conforme a Lei nº 6.496/1977 e Resolução CONFEA nº 1.025/2009.
Natureza Informativa: Este artigo tem caráter técnico-consultivo. A aplicação das soluções aqui descritas exige análise individual por engenheiro habilitado, com emissão de ART e projeto executivo adequado às condições específicas de cada obra.
Aléxia Perrone
Engenheira Mecânica
CREA-AM 36950AM · RNP nº 042226912-3
Especialista em construção, montagem e manutenção industrial, com atuação em paradas de manutenção programadas e emergenciais nos segmentos industrial, petroquímico, energético e de infraestrutura. Inspetora de dutos terrestres qualificada e especialista em processos de impermeabilização com geomembranas e geotêxteis. Técnica em Eletrônica Digital e Edificações, possui 9 anos de experiência em gestão da qualidade e de obras, fabricação, soldagem e integridade industrial, com foco em segurança, qualidade e desempenho operacional na região norte.
Excelência em Tratamento Térmico: Precisão e Conformidade para a Indústria.
