A36, S355 ou A514: o que o grau do aço faz com o preço da sua estrutura soldada
O material é o item mais fácil de ler em uma cotação de estrutura soldada e aquele a que os compradores mais dão peso demais. O preço da chapa é visível. O que o grau faz com a soldagem, o preaquecimento, a distorção e a usinagem não é, e costuma ser maior.
As famílias
Aço carbono estrutural: ASTM A36, EN S235JR. O padrão. Barato, disponível em qualquer lugar, fácil de soldar, sem preaquecimento em seções normais. Limite de escoamento em torno de 235 a 250 MPa. Planicidade de laminação folgada, então deixe sobremetal de usinagem.
Aço estrutural de maior resistência: ASTM A572 Grade 50, EN S355J2. Cerca de 50% a mais de limite de escoamento por um aumento modesto de preço. Continua soldável pelos mesmos processos, com mais atenção ao aporte térmico em seções mais grossas. O S355J2 tem ensaio de impacto especificado a menos 20 °C, o que importa quando o desenho ou a aplicação exige tenacidade. É o grau de trabalho para quadros de máquina e estruturas pesadas.
Temperado e revenido: ASTM A514, EN S690QL. Limite de escoamento em torno de 690 MPa. Comprado quando o peso importa: estruturas de içamento, lanças, equipamentos móveis. Traz exigências reais de soldagem. Temperatura de preaquecimento e de interpasse são controladas e não opcionais, os consumíveis são compatíveis e com controle de hidrogênio, e o aporte térmico é limitado nos dois extremos, porque pouco demais resfria a junta rápido demais e demais amolece a zona termicamente afetada. O tratamento térmico pós-soldagem pode desfazer o revenimento, então o plano de alívio de tensões precisa ser definido levando o grau em conta.
Antidesgaste: Hardox 400 e 450, AR400. Comprado pela vida útil ao desgaste, não pela resistência. Soldado dentro dos limites de aporte térmico e preaquecimento publicados pelo fabricante da chapa, porque excedê-los elimina na junta a dureza pela qual você pagou. Normalmente usado como face de desgaste sobre uma estrutura de aço carbono, e não na peça inteira.
Inox 304L e 316L. Uma conversa totalmente diferente, tratada no guia de estruturas soldadas em inox.
Alumínio 6061 e 5083. Também diferente, e o problema da zona termicamente afetada é tratado aqui.
Resistência versus rigidez, o erro que vale evitar
Este custa dinheiro de verdade.
Todos os aços estruturais têm praticamente o mesmo módulo de elasticidade, cerca de 200 GPa. O limite de escoamento varia por um fator de três entre os graus acima. A rigidez elástica não varia nada.
Portanto:
- Se a peça é definida pela resistência, subir de grau permite usar chapa mais fina e economizar peso, metal de solda e usinagem.
- Se a peça é definida pela rigidez ou pela deflexão, um grau superior não traz nada. Uma chapa mais fina de alta resistência vai defletir mais, não menos. Você precisa de altura de seção e geometria, não de um grau melhor.
Bases de máquina, pórticos e tudo em que a precisão sob carga importa costumam ser definidos pela rigidez. Estruturas de içamento e elementos portantes costumam ser definidos pela resistência. Inverter isso produz uma peça pesada e cara ou um quadro que flexiona.
O que o grau provoca nas etapas seguintes
| Família de grau | Soldagem | Distorção | Usinagem |
|---|---|---|---|
| A36, S235 | Simples, sem preaquecimento em seções normais | Moderada | Fácil, mas a carepa de laminação é abrasiva |
| A572 Gr 50, S355 | Mesmos processos, controle térmico mais rigoroso | Semelhante ao aço carbono | Semelhante, um pouco mais duro |
| A514, S690QL | Controle de preaquecimento e interpasse, consumíveis compatíveis, controle de hidrogênio | Semelhante, mas os reparos são mais restritos | Mais duro, mais lento, mais desgaste de ferramenta |
| Hardox, AR400 | Limites de aporte térmico, preaquecimento conforme o fabricante da chapa | Moderada | Duro. Muitas vezes retificado em vez de fresado |
O ponto prático é que passar de A36 para A514 não acrescenta 30% ao trabalho porque a chapa custa 30% a mais. Acrescenta tempo de preaquecimento, supervisão, custo de consumíveis, usinagem mais lenta e um caminho de reparo mais restrito.
Misturar graus de propósito
É comum e costuma ser o certo. Uma estrutura de aço carbono com uma face de desgaste antidesgaste, ou um quadro de S355 com proteções e suportes em A36, coloca o material caro apenas onde ele trabalha.
Isso exige que o desenho seja explícito sobre qual peça tem qual grau e qual procedimento se aplica às juntas entre eles, porque uma junta dissimilar é um caso de qualificação próprio.
Planicidade e tolerância de espessura da chapa
Dois fatos que pegam as pessoas desprevenidas:
A chapa laminada a quente chega com uma tolerância de planicidade folgada comparada a qualquer coisa que você usinaria. Essa tolerância está na peça antes de uma única solda ser feita, e é um dos motivos pelos quais o sobremetal de usinagem não é opcional.
A espessura da chapa também tem tolerância. Se um projeto precisa de uma espessura precisa em uma face, ela é usinada. Especificar a espessura nominal da chapa como dimensão acabada é um erro de desenho comum.
Uma regra de escolha curta
- Definida pela rigidez, tamanho sem restrição: A36 ou S355, com mais altura de seção.
- Definida pela resistência, peso importa: S355, ou A514 se a economia de peso justificar o custo de soldagem.
- Superfície de desgaste: estrutura de aço carbono com face antidesgaste.
- Corrosão importa: 316L, e preveja no orçamento o que o inox traz junto.
- Tenacidade a baixa temperatura especificada: um grau com ensaio de impacto, como o S355J2, e diga isso no desenho.
Envie seu desenho com o grau indicado e indicaremos fornecedores qualificados para soldá-lo.
Perguntas frequentes
O aço de maior resistência é sempre mais caro no total?
Nem sempre. A chapa A514 custa mais por quilo, mas, se ela permitir seções mais finas, o peso total, o volume de solda, o tempo de usinagem e o frete podem cair. Onde ela costuma perder é em peças definidas pela rigidez e não pela resistência, porque todos os aços têm praticamente o mesmo módulo de elasticidade.
Posso trocar A36 por S355 para economizar peso?
Em uma peça definida pela resistência, muitas vezes sim. Em uma peça definida pela rigidez, não. A deflexão depende do módulo de elasticidade e da geometria da seção, e o módulo é praticamente o mesmo em todos os aços estruturais, então uma chapa mais fina de alta resistência vai defletir mais.
O grau muda o custo de soldagem?
Sim. Os graus de maior resistência e os temperados e revenidos trazem preaquecimento, controle da temperatura de interpasse, escolha de consumível e às vezes controle de hidrogênio. Isso significa soldagem mais lenta e mais supervisão, e aparece nas horas.
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