A fragilização pelo hidrogénio é um fenómeno que afecta os aços de alta resistência, provocando uma falha frágil inesperada quando se verificam determinadas condições. Nos parafusos, este tipo de falha representa um risco crítico, pois compromete a segurança das estruturas e dos elementos de fixação.
O que é a fragilização por hidrogénio?
A fragilização por hidrogénio, ou hidrogenação, ocorre quando o hidrogénio é introduzido na estrutura cristalina do aço, causando uma perda de ductilidade e aumentando a sua tendência para a fratura frágil.
Esta condição, combinada com tensões de tração, pode levar a uma falha retardada do parafuso, ou seja, uma falha que ocorre horas ou dias após a instalação, sem sinais visíveis anteriores.
Porque ocorre a falha por fragilização por hidrogénio?
Para que um parafuso sofra uma falha por fragilização por hidrogénio, três factores devem coincidir simultaneamente:
- Um material suscetível à absorção de hidrogénio.
- Presença de hidrogénio.
- Elevadas tensões de tração na peça.
Suscetibilidade do material
O grau de fragilização por hidrogénio de um parafuso depende da dureza do aço. Foi demonstrado que a fragilização por hidrogénio é mais provável quando a dureza da peça é superior a 390 HV, uma vez que a ductilidade do material diminui significativamente e a fragilização aumenta.
Para evitar este problema, recomenda-se que os parafusos de betão tenham uma dureza inferior a 350 HV.
Presença de hidrogénio
O hidrogénio pode ser introduzido no fixador durante o fabrico do aço ou do parafuso, ou através da exposição ambiental.
Tensão no parafuso
O grau de tensão causado pela carga externa aplicada ao fixador é um dos factores desencadeantes.
Tipos de fragilização por hidrogénio
Existem duas categorias principais, dependendo da fonte de hidrogénio:
Fragilização por hidrogénio interno (IHE)
Trata-se do hidrogénio residual que tem origem durante as fases de produção do fixador, nomeadamente a fase de decapagem química e o seu revestimento.
De facto, esta camada protetora impede que o hidrogénio saia da peça por tendência natural de difusão, fazendo com que fique retido no interior da peça.
Se o hidrogénio ficar retido no interior do aço, pode ocorrer uma fratura frágil nas primeiras 48 horas após a instalação, mesmo com cargas muito inferiores ao limite de resistência do parafuso. A rutura ocorre em áreas de concentração de tensão, por exemplo, sob a cabeça ou na área de início da rosca.
Fragilização externa por hidrogénio (EHE)
O hidrogénio também pode penetrar no interior da peça devido à corrosão galvânica em serviço.
Este processo ocorre quando os parafusos são expostos a ambientes húmidos ou agressivos, gerando hidrogénio na superfície do aço.
Medidas para minimizar o risco de fragilização interna por hidrogénio
Para atenuar a probabilidade de fragilização por hidrogénio, a indústria adopta práticas como
- Tratamentos térmicos de desidrogenação (baking), em que os parafusos com durezas superiores a 390 HV são submetidos a temperaturas de 190-220 °C durante um período de 8 a 10 horas para remover o hidrogénio retido.
- Substituição da decapagem química pela limpeza mecânica, evitando a introdução de hidrogénio na estrutura do material.
Medidas para minimizar o risco de fragilização por hidrogénio externo
Para atenuar a probabilidade de fragilização por hidrogénio externo, recomendamos
- Utilizar materiais com potenciais electrolíticos semelhantes para reduzir a corrosão galvânica.
- Optar por revestimentos não electrolíticos, que oferecem proteção contra a corrosão sem o risco de introdução de hidrogénio.
Como os parafusos de betão são testados quanto à resistência à fragilização por hidrogénio?
Para aprovar os parafusos de betão e garantir a sua resistência à fragilização por hidrogénio, são realizados testes específicos ao produto para avaliar o seu comportamento na presença de hidrogénio, tanto interna como externamente.
Além disso, durante o fabrico, são implementados controlos de qualidade rigorosos para evitar níveis de dureza excessivos que possam comprometer a segurança do produto devido a uma falha por fragilização por hidrogénio.
