ANALISE DE FALHAS

1 ANÁLISE DE FALHAS

1- INTRODUÇÃO

1.1 A análise de falhas

O estudo da confiabilidade de componentes e estruturas admite que os produtos possam falhar. Pode-se recorrer a própria definição - "confiabilidade é a probabilidade de que um componente ou sistema não falhe durante sua vida útil."- Vê-se por aí que a FALHA é algo admissível mesmo em projetos de alta confiabilidade como a indústria aeroespacial, por exemplo.

Torna-se, então, necessária a concepção de componentes que funcionem com baixas taxas de falha durante toda a sua vida útil.

É lógico que a partir do entendimento das inúmeras variáveis presentes em um projeto e produção de um componente tanto qualitativa quanto quantitativamente, as falhas devem ser entendidas e usadas como fonte de realimentação de dados para o projetista.

Dentro deste enfoque, o entendimento das falhas permite aperfeiçoar e otimizar o projeto e a ANÁLISE DE FALHAS passa a funcionar como uma ferramenta de trabalho e não somente como uma investigação que determine o "culpado" pelo incidente.

1.2- Causas das falhas

Uma peça ou componente é considerado como tendo falhado quando ocorre uma das três seguintes condições:

a) Quando fica totalmente inoperante;

b) Quando ainda opera mas sem conseguir exercer sua função satisfatoriamente, ou;

c) Quando tenha ocorrido uma séria deterioração, tornando-o inconfiável ou inseguro para operar em uso continuo, necessitando então sua imediata remoção para reparo ou substituição.

As causas fundamentais de falhas que são comentadas a seguir podem ocorrer isoladas ou em conjunto para um determinado caso.

1.2.1 - Deficiências de Projeto

Entalhes- Talvez o defeito mais freqüentemente encontrado em projetos é a presença de entalhes em zonas de alto carregamento nas peças . O uso de raios de concordância muito pequenos em mudanças de seção, acompanhado ou não por uma má avaliação de sua influência nas tensões naquele ponto tem sido causa de incontáveis falhas em componentes mecânicos. São freqüentes as alterações de projeto com o propósito de ser conseguida determinada função, introduzindo alterações de forma, criando com isso entalhes em zonas já dimensionadas.

A escolha de processo fabricação mais adequado para cada aplicação nem sempre vem ao encontro das propriedades mecânicas desejadas para a peça.

Mesmo quando se conhece corretamente as cargas, a análise das tensões é modelada, e estas determinadas com correção, a resistência é avaliada em função da tensão de ruptura e tensão de escoamento sem levar em conta a possibilidade do componente vir a falhar por ruptura frágil, fadiga de baixo ciclo, corrosão sob tensão ou corrosão- fadiga.

1.2.2- Deficiências na seleção do material

A seleção do material para confecção de peças deve fazer parte do projeto de um produto. Esta seleção deve considerar as condições de carregamento, condições ambientais, funcionabilidade e demais parâmetros das condições de serviço das peças

A resistência mecânica dos materiais é sempre obtida através do ensaio de "corpos de prova" que têm forma, tamanho e acabamento diferentes da peça a ser projetada. Assim sendo, os valores obtidos são propriedades do corpo de prova, mas não da peça. A geometria e as condições de carregamento reais do serviço das peças não são representadas pelos corpos de prova, que possuem geometrias simples, acabamento adequado e carregamento padronizado.

Considerar somente a tensão de ruptura, o limite de escoamento ou a resistência à fadiga no projeto de uma peça, pode resultar em falhas catastróficas.

Além da tensão de ruptura e resistência à fadiga, propriedades como a tenacidade, a ductilidade e, principalmente, a microestrutura de material possuem um importante papel no desempenho de qualquer componente.

1.2.3 - Defeitos no material

Muitas falhas originam-se em defeitos no material de uma peça.

Tanto imperfeições internas quanto superficiais podem reduzir a resistência pois além de funcionarem como pontos de concentração de tensões, constituem-se no local adequado ao desenvolvimento de corrosão do tipo pitting ou então facilitam o surgimento de corrosão intergranular. Além disso, segregações, problemas de laminação, porosidades, vazios, dobras, vincos ou outros tipos de imperfeições são muito freqüentes em componentes mecânicos.

1.2.4 - Defeitos no processo de fabricação

As falhas podem estar em alguns casos relacionados a uma especificação inadequada, incompleta ou ambígua do processo de fabricação do componente. Além disso, mudanças feitas sem uma completa avaliação de sua repercussão, dificuldades de se seguir a especificação e erro operacional, podem resultar em falhas do componente.

Operações como embutimento profundo, estiramento, expansão, redução e dobramento, resultam em tensões residuais que, em alguns casos, alteram as propriedades mecânicas, produzindo micro ou macrotrincas e causando uma redução localizada da dutilidade.

Alterações na superfície e modificações metalúrgicas causadas pelo processo têm influência na resistência à fadiga, resistência à fratura frágil e à corrosão. Propriedades anisotrópicas, zonas de material dissimilar e mudanças na orientação das tensões residuais podem ocorrer com efeitos danosos sobre a suscetibilidade de falha do produto acabado.

A retificação freqüentemente produz uma influência nociva na resistência à fadiga das peças apesar do excelente acabamento superficial que produz, devido às tensões residuais trativas que acompanham o processo e a suscetibilidade de "queima" que é um defeito invisível, mas que provoca modificações microestruturais localizadas com altíssimas tensões residuais as vezes acompanhadas de microtrincas. Nos aços este fenômeno produz o que se chama de martensita não revenida ou queima de retifica.

Os tratamentos térmicos incorretos tais como superaquecimento, uso de temperaturas muito baixas ou incorretas na austenitização e solubilização, velocidades de aquecimento ou resfriamento incorretas e o uso de têmpera, revenido, recozimento e precipitações em condições inadequadas para uma determinada peça. Outro problema