Um certificado de ensaio de impacto registra os resultados dos ensaios de impacto Charpy V-entalhe realizados em corpos de prova cortados de um material ou solda. Quantifica a resistência do material à fratura frágil em uma temperatura baixa especificada — uma propriedade crítica para vasos de pressão, tubulações e componentes estruturais que operam abaixo da temperatura ambiente.
Resposta Rápida
Quick Answer
Um certificado de ensaio de impacto Charpy relata a energia absorvida (em joules ou libra-pé) medida quando um corpo de prova com entalhe é atingido por um martelo de pêndulo em uma temperatura definida. É usado para verificar que um material atende aos requisitos de tenacidade mínima da especificação ou código aplicável, particularmente para aplicações de baixa temperatura ou serviço criogênico.
Por Que a Tenacidade de Impacto é Importante
Os metais podem exibir uma transição dúctil-frágil (DBTT) conforme a temperatura diminui. Acima da temperatura de transição, a falha é dúctil (absorve energia significativa, deformação plástica). Abaixo dela, a falha é frágil (energia absorvida baixa, pouca deformação, fratura catastrófica).
Para aços carbono e aços de baixa liga, essa transição ocorre na faixa de -50°C a +50°C dependendo da composição e microestrutura. Os aços inoxidáveis austeníticos e a maioria das ligas à base de níquel não exibem transição dúctil-frágil e mantêm boa tenacidade em temperaturas criogênicas.
Vasos de pressão que operam em climas frios, serviço criogênico e aplicações de GNL requerem material com tenacidade mínima garantida na Temperatura Mínima de Projeto do Metal (MDMT) para evitar fratura frágil catastrófica.
O Método de Ensaio Charpy V-Entalhe
Geometria do corpo de prova: Barra de 10 mm × 10 mm × 55 mm com um entalhe V de 2 mm de profundidade, 45° no meio do comprimento. Corpos de prova de tamanho reduzido (7,5 mm × 10 mm ou 5 mm × 10 mm) são usados quando a espessura do material é insuficiente para corpos de prova de tamanho integral.
Procedimento de ensaio (ASTM A370, EN ISO 148-1):
- O corpo de prova é resfriado (ou aquecido) para a temperatura de ensaio especificada em um banho líquido e transferido para a bigorna dentro de 5 segundos da remoção
- Um martelo de pêndulo de 300 J (ou maior) atinge o corpo de prova na face oposta ao entalhe
- A energia absorvida pelo corpo de prova conforme ele se fratura é medida pelo balanceamento residual do pêndulo
- A superfície de fratura é examinada — a porcentagem de área de cisalhamento e expansão lateral também podem ser reportadas
Unidades: Joules (J) conforme padrões EN; libra-pé (ft-lb) conforme ASTM. Conversão: 1 ft-lb = 1.356 J.
Seleção da Temperatura de Ensaio
A temperatura de ensaio é selecionada com base no MDMT do equipamento:
| Padrão | Regra da Temperatura de Ensaio |
|---|---|
| ASME VIII-1 | Conforme curvas de temperatura de ensaio de impacto UCS-66/UCS-66M, ou MDMT marcada na placa de identificação |
| ASME B31.3 | Igual a VIII-1 para curvas de material de tubulação |
| EN 13480 | Temperatura operacional mais baixa (LOT) ou temperatura de projeto, a que for menor |
| API 5L PSL2 | Especificada na designação do grau de tubo (ex., X65 QO a -20°C) |
| EN 10028-3 | Temperatura de ensaio específica do grau (ex., P355NL1 ensaiado a -40°C) |
Para qualificação de procedimento de soldagem (ASME IX QW-406.31), a temperatura de ensaio Charpy requerida é especificada pelo código de referência (ex., ASME VIII-1 ou B31.3) quando o ensaio de impacto variável essencial suplementar é invocado.
Requisitos Mínimos de Energia
Os critérios de aceitação variam de acordo com o código e aplicação. Parâmetros comuns:
| Padrão / aplicação | Energia Média Mínima | Valor Único Mínimo |
|---|---|---|
| ASME VIII Div. 1 (UG-84) | 27 J (20 ft-lb) para tamanho integral | 19 J (14 ft-lb) |
| EN 10028-4 (placa criogênica) | 27-47 J dependendo do grau | 70% da média mínima |
| API 5L PSL2 (corpo) | 40 J (29 ft-lb) para X65 e acima | 27 J (20 ft-lb) |
| NORSOK MDS (Y30) | 45 J média a -46°C | 30 J |
| DNV-ST-F101 tubulação submarina | Mínimo 100 J dependendo do grau | — |
Para corpos de prova de tamanho reduzido, os valores mínimos são proporcionalmente reduzidos. ASME VIII-1 UG-84(b)(4) especifica os fatores de correção.
O Que um Certificado de Ensaio de Impacto Deve Conter
- Identificação do material — número de lote/lote, especificação, grau, forma do produto, dimensões
- Laboratório de ensaio — nome, número de acreditação ISO 17025
- Padrão de ensaio aplicável — ASTM A370 ou EN ISO 148-1
- Dimensões do corpo de prova — tamanho integral ou reduzido (indique fator de redução se aplicável)
- Orientação do entalhe — transversal (T-L ou T-S) ou longitudinal (L-T) em relação à direção de laminação; a orientação afeta significativamente os resultados
- Temperatura de ensaio — especificada e real (temperatura do banho com referência de calibração)
- Resultados do corpo de prova individual — energia absorvida para cada corpo de prova (tipicamente 3 corpos de prova por série)
- Energia média absorvida — calculada a partir dos três resultados
- Aspecto da fratura — % de área de cisalhamento (se necessário)
- Expansão lateral (se exigido pela especificação)
- Aprovado / Reprovado contra critérios de aceitação declarados
- Assinatura do técnico e autorização do laboratório
Ensaio de Impacto da Soldagem (PQR)
Quando o ensaio de impacto é necessário para qualificação de procedimento de soldagem, os corpos de prova são cortados de três localizações:
- Metal de solda (WM): Corpos de prova centrados no depósito de solda
- Linha de fusão (FL): Entalhe centrado na linha de fusão entre a solda e o metal base
- Zona afetada pelo calor (HAZ): Entalhe a 2 mm da linha de fusão na zona afetada pelo calor
Todos os três conjuntos devem atender aos requisitos de energia mínima. Os resultados da HAZ são frequentemente os mais desafiadores de aprovar porque a microestrutura na HAZ de grão grosso tende a ser menos tenaz do que o metal base ou o depósito de solda.
Qual é a diferença entre os ensaios de impacto Charpy e Izod?
Ambos medem a energia absorvida em um corpo de prova com entalhe atingido por um pêndulo. O corpo de prova Charpy é apoiado em ambas as extremidades e atingido no meio; o corpo de prova Izod é em balanço (preso em uma extremidade) e atingido perto do entalhe. Charpy é o padrão para metais em códigos industriais e de equipamentos de pressão. Izod é usado principalmente em ensaios de plásticos.
O aço inoxidável austenítico requer ensaio de impacto Charpy?
Geralmente não. Os aços inoxidáveis austeníticos (série 300), ligas à base de níquel e a maioria das ligas não ferrosas não exibem transição dúctil-frágil e mantêm boa tenacidade em temperaturas criogênicas. ASME VIII-1 isenta esses materiais de ensaios de impacto na maioria das aplicações. No entanto, o metal de solda em soldas austeníticas pode ser submetido a ensaio de impacto quando o código de referência o exigir especificamente.
O que causa falha de um lote de aço no ensaio de impacto Charpy?
Causas comuns: alto teor de enxofre e fósforo (inclusões de sulfeto reduzem a tenacidade), tamanho de grão grosseiro de tratamento térmico inadequado, carbono alto ou manganês baixo, presença de microestruturas bainítica ou martensítica de resfriamento rápido, e orientação inadequada do corpo de prova (usar corpos de prova longitudinais onde transversal é necessário).
Os resultados do ensaio de impacto podem ser retestados se um corpo de prova falhar?
Sim, sob um protocolo de reensaio específico. ASTM A370 Requisito Suplementar S5 e EN ISO 148-1 permitem reensaio se não mais de um corpo de prova cair abaixo do valor individual mínimo e a média ainda atender ao mínimo. Um reensaio de três corpos de prova adicionais pode ser realizado; todos os três devem atender à média mínima, e nenhum corpo de prova individual pode cair abaixo de dois terços da média mínima.
O que é MDMT e como ele se relaciona com o ensaio de impacto?
MDMT (Temperatura Mínima de Projeto do Metal) é a temperatura mais baixa na qual um vaso de pressão é projetado para operar em serviço completamente pressurizado. ASME VIII-1 requer que o material e suas soldas sejam submetidos a ensaio de impacto em ou abaixo da MDMT, a menos que a combinação de grau do material, espessura e temperatura estejam dentro das curvas de isenção de UCS-66. MDMT é permanentemente marcada na placa de identificação do vaso concluído.
Ready to automate your certificate workflow?
Try TestCert free