O único guia sobre barras de perfuração de que alguma vez vai precisar

Barra de perfuração é um termo comum nas indústrias metalomecânica e transformadora. Pode utilizar barras de perfuração para fabricar diversas ferramentas, como cortadores, ferramentas para trabalho a quente, peças de máquinas, punções, limas e muito mais. Mas será que sabemos como escolher a barra de perfuração certa para as nossas necessidades?

As barras de perfuração diferenciam-se em termos de tenacidade, durabilidade, resistência à temperatura e aplicações. Com tantos graus e tipos de material diferentes por onde escolher, como garantimos que escolhemos a barra de perfuração correta?

É aí que entramos nós – este é o único guia de que alguma vez vai precisar sobre barras de perfuração, as suas utilizações e aplicações. Este guia é adequado tanto para principiantes absolutos como para profissionais da indústria.

Vejamos algumas das perguntas mais frequentes sobre o tema das barras de perfuração!

O que é uma barra de perfuração?

Simplificando, uma barra de perfuração é uma peça de aço mais comprida, de aço para ferramentas fácil de moldar, que pode ser utilizada em usinagem para produzir diferentes ferramentas e peças.

Normalmente, as barras de perfuração são redondas. No entanto, existem algumas quadradas, como as kellys quadradas que verá abaixo. As barras de perfuração são geralmente suficientemente macias para serem maquinadas até à sua forma final.

As barras de perfuração têm de ter uma superfície limpa e lisa. Para as fabricar desta forma, utilizamos habitualmente retificação de precisão.

Para que serve uma barra de perfuração?

As barras de perfuração têm muitas aplicações diferentes. Os produtores utilizam habitualmente barras de perfuração para fabricar brocas, veios, pinos de cavilha, alargadores, punções, machos, martelos, limas, ferramentas de corte, ferramentas para trabalho a quente, etc.

Diferentes graus de barras de perfuração são mais adequados a utilizações específicas. Por exemplo:

• O W1 é adequado para ferramentas de trabalho a frio, ferramentas manuais, ferramentas de corte, punções, matrizes, etc.;
• O grau O1 é o melhor para punções, matrizes e calibres;
• O A2 e o D2 podem ser adequados para fresas-mãe, cilindros, molejados, matrizes de cunhagem, punções, matrizes, etc.;
• O grau S7 é perfeito para pinos de extração, pinos de alinhamento, estampas, garras, ferramentas de via, conjuntos de rebitagem, mandris, cortadores circulares de tubos e muito mais;
• O H13 (ou V44) é adequado para ferramentas para trabalho a quente, moldes plásticos, ferramentas de fundição sob pressão, pinos de alma, pinos ejetores e muito mais;

Tipos de barras de perfuração segundo o processo de fabrico

Consoante o processo de fabrico a que são submetidas, existem três tipos diferentes de barras de perfuração: de têmpera ao ar, de têmpera em água e de têmpera em óleo. Cada uma destas barras de perfuração tem diversas utilizações e aplicações. Vamos explicar algo sobre cada um destes diferentes tipos de processos de fabrico e de barras de perfuração.

Têmpera ao ar

Começamos pela categoria mais resistente de aço para ferramentas – a barra de perfuração de têmpera ao ar. O aço de têmpera ao ar tem mais liga, e é isso que o torna tão duro e resistente. Após o tratamento térmico, pode deixar-se as barras de perfuração de têmpera ao ar endurecer em ar calmo.

As barras de perfuração de têmpera ao ar têm maquinabilidade e resistência ao desgaste superiores quando comparadas com as barras de têmpera em óleo ou em água. Além disso, a têmpera ao ar é mais segura do que a têmpera em água ou em óleo no que respeita à distorção e à estabilidade dimensional.

Têmpera em óleo

As barras de perfuração de têmpera em óleo vêm em segundo lugar no que diz respeito à dureza e durabilidade. Embora as barras de têmpera em óleo tenham menos liga do que as barras de têmpera ao ar, continuam a ser suficientemente ricas para suportar soldadura. Além disso, o aço de têmpera em óleo é adequado para maquinagem.

Se não tem a certeza do que significa o termo «têmpera em óleo», implica aquecer a barra até esta ficar vermelho-incandescente e depois mergulhá-la num banho de óleo morno. Com isto, o aço torna-se duro e pronto para maquinagem ou soldadura.

Têmpera em água

E, por fim, temos as barras de perfuração de têmpera em água, que apresentam o menor teor de liga mas são excelentes para maquinagem. No entanto, têm um teor de liga deficiente, o que significa que não são estruturalmente adequadas para fins de soldadura.

Para endurecer uma barra de perfuração com água, aquecemos primeiro o aço até este ficar vermelho-incandescente e depois mergulhamo-lo num banho de água para arrefecer. Uma vez duro, o metal pode ser facilmente maquinado, mas não soldado. Normalmente, pode utilizar-se barras de perfuração de têmpera em água para o fabrico de limas ou martelos.

Tipos de barras de perfuração segundo as diferentes roscas

Podemos classificar as hastes de perfuração em três tipos diferentes, de acordo com as diferentes roscas: hastes de perfuração comuns, hastes quadradas kelly e tubos de perfuração pesados.

A haste de perfuração comum

Podemos reconhecer facilmente a haste de perfuração comum, uma vez que é a parte central ou básica da coluna de perfuração. Na parte superior, a haste de perfuração comum liga-se à haste quadrada kelly (explicada abaixo) e, na parte inferior, está fixada ao tubo de perfuração pesado (drill collar).

Na escavação de furos, a função da haste de perfuração comum é aprofundar o furo, transmitir o binário e movimentar a broca para cima e para baixo.

A haste quadrada kelly

Como referimos acima, a haste quadrada kelly situa-se na parte superior da broca, onde transmite o binário e suporta parte do peso da broca. O termo haste quadrada kelly deriva do facto de estas peças terem normalmente uma forma quadrada.

• A parte de acionamento – geralmente quadrada, mas pode ser hexagonal;
• A junta superior – rosca à esquerda;
• A junta inferior – rosca à direita;

O tubo de perfuração pesado

Referimos acima que a haste de perfuração de base se fixa a um tubo de perfuração pesado (drill collar) na parte inferior. Entre estas duas peças encontra-se o tubo de perfuração pesado. O tubo de perfuração pesado (ou HWDP, abreviadamente) é a peça de transição entre a haste de perfuração comum e o tubo de perfuração pesado (drill collar) na parte inferior.

O papel do tubo de perfuração pesado é proporcionar suporte e estabilidade à coluna de perfuração e aumentar a sua resistência ao desgaste.

De que são feitas as hastes de perfuração?

Pode fabricar uma haste de perfuração com diferentes graus e tipos de aço-ferramenta recozido. O termo aço-ferramenta abrange vários tipos de aço ao carbono e aço ligado adequados ao fabrico de ferramentas.

Produzimos hastes de perfuração em aços-ferramenta devido às suas propriedades de dureza e resistência a choques térmicos, deformação e abrasão. De um modo geral, estes materiais de aço-ferramenta são altamente resistentes ao desgaste.

Pode utilizar muitos graus diferentes de aço-ferramenta para fabricar hastes de perfuração: W1, O1, A2, D2, S7, M2 e V44. Cada um destes graus tem características e propriedades distintas que o tornam superior para uma aplicação específica. Dependendo do tipo, alguns aços-ferramenta são aço inoxidável, enquanto outros são semiaço inoxidável.

Qual é a dureza de uma haste de perfuração?

A dureza de uma haste de perfuração depende do aço-ferramenta que utilizámos para a fabricar. Pode determinar e comunicar a dureza de um material com a ajuda de duas escalas diferentes: a escala de dureza Brinell e a escala de dureza Rockwell.

De acordo com a escala de dureza Brinell, os aços-ferramenta devem ter uma dureza entre 207 e 341. De acordo com as medidas Rockwell, os mesmos materiais devem situar-se no intervalo entre 96 e 110Rb.

A maquinabilidade de uma haste de perfuração está estreitamente relacionada com a dureza. Diferentes graus de aço-ferramenta têm diferentes capacidades de maquinabilidade.

Em comparação com o aço ao carbono a 1,0%, eis a facilidade de maquinagem dos diferentes graus de aço-ferramenta:

Grau de aço-ferramenta	Percentagem de maquinabilidade
W1	100%
O1	95%
A2	65%
D2	50%
S7	95%
M2	65%
H13	75%

Processos de fabrico de hastes de perfuração

Em geral, existem dois tipos principais de fabrico de hastes de perfuração: têmpera em água e têmpera em óleo.

Para criar uma haste de perfuração, o aço-ferramenta é primeiro aquecido até ficar com uma cor vermelho-incandescente. Assim que fica vermelho, tem de ser arrefecido para endurecer e manter a sua forma. Este arrefecimento pode ser feito mergulhando a haste de perfuração em água ou em óleo quente. Vejamos as diferenças entre estes dois processos.

Fabrico de hastes de perfuração com têmpera em água

As hastes de perfuração com têmpera em água são exatamente como o nome indica – hastes de perfuração endurecidas por imersão em água. Primeiro, o aço-ferramenta é aquecido até ficar com uma cor vermelho-incandescente. Depois, é mergulhado num tanque de água para arrefecer e endurecer.

Uma haste de perfuração com têmpera em água tem um baixo teor de liga, o que a torna ideal para maquinagem, mas não suficientemente resistente para soldadura. As hastes de perfuração com têmpera em água são mais adequadas para quem procura peças e ferramentas baratas e altamente maquináveis.

Fabrico de hastes de perfuração com têmpera em óleo

Um processo de fabrico com têmpera em óleo envolve aço que foi tratado termicamente e é mergulhado em óleo quente para arrefecer.

As hastes de perfuração temperadas a óleo têm maior teor de liga, pelo que são adequadas tanto para maquinagem como para soldadura. Quanto à dureza, as hastes temperadas a óleo apresentam valores muito mais elevados na escala. Devido à sua tenacidade, são mais duráveis e resistentes a temperaturas extremas.

Qual é o comprimento de uma haste de perfuração?

O comprimento médio de uma haste de perfuração é de 3 pés (36″) ou 12 pés (144″). Alguns fabricantes de hastes de perfuração aceitam cortar hastes de 12 pés em duas hastes de 6 pés, mais fáceis de trabalhar e manipular.

No sistema métrico, uma haste de 36″ equivale a 91,44 cm, e 144″ corresponde a 3,6 metros.

Qual é o grau de retidão de uma haste de perfuração?

No que diz respeito à tolerância de retidão de uma haste de perfuração, encontramos dois valores diferentes: um em polegadas e outro em milímetros.

Para o aço-ferramenta recozido com 36, 72 ou 144 polegadas de comprimento, a tolerância é de +0/+0,125″, e a retidão deve ser de ±0,005″ máx. T.I.R. por 12″.

As medições em milímetros são as seguintes:

• Uma tolerância de -0,60/+2,60 mm;
• Retidão de ±0,13 mm máx. T.I.R. por 300 mm;

É possível soldar uma haste de perfuração?

A resposta curta é sim – é possível soldar hastes de perfuração. No entanto, tenha em conta que o tratamento térmico resultante do processo de soldadura irá revenir o aço-ferramenta e endurecê-lo. Com isto, o material tornar-se-á mais difícil de trabalhar e manipular.

Assim, ao soldar hastes de perfuração, faça-o sempre segundo as melhores práticas de soldadura, para evitar obter um material demasiado duro para ser manuseado.

Além disso, a maioria das hastes de perfuração temperadas a óleo e temperadas ao ar é adequada para soldadura, enquanto o aço temperado em água não o é. Tenha isto em conta ao preparar o processo de fabrico.

Que tipo de aço é uma haste de perfuração?

Podemos utilizar vários tipos diferentes de aço-ferramenta no fabrico de hastes de perfuração: W1, O1, A2, D2, S7, M2 e V44. Vejamos para que é mais indicado cada um deles.

Aço-ferramenta W1

Decidimos falar primeiro do aço-ferramenta W1 devido à grande utilização e ao baixo custo destas hastes de perfuração. No entanto, o preço baixo vem acompanhado de uma tenacidade reduzida deste material. O aço W1 tem menor teor de liga do que o aço temperado ao ar ou a óleo. Menos liga significa que este material é perfeito para maquinagem, mas não é suficientemente duro para soldadura.

Considerando tudo isto, recomendamos as hastes de perfuração W1 temperadas em água para aplicações que não exijam resistência e dureza adicionais.

Aço-ferramenta O1

O aço-ferramenta O1 tem uma tenacidade notável, considerando o seu preço moderado. Os fabricantes utilizam frequentemente hastes O1 como substituto superior das hastes W1 em aplicações que exigem maior tenacidade e resistência ao desgaste.

Com todas as suas propriedades fantásticas, estas hastes O1 apresentam uma excelente relação preço/valor. O maior teor de liga do aço temperado a óleo torna-o uma alternativa muito melhor ao aço-ferramenta temperado em água, como o W1.

Aço-ferramenta A2

As hastes A2 são temperadas ao ar, o que resulta em boa maquinabilidade e boas características de soldadura. Os tipos de aço-ferramenta temperados ao ar adquirem a sua dureza simplesmente arrefecendo em ar parado. Como se trata de um aço-liga de crómio de qualidade superior, o aço-ferramenta A2 apresenta características de endurecimento profundo, elevada resistência à compressão e excelente estabilidade após o endurecimento.

Em comparação com o O1, o A2 pode servir como um substituto mais sofisticado, proporcionando maior resistência, resistência ao desgaste e estabilidade estrutural.

Aço-ferramenta D2

O aço-ferramenta D2 é um material único, com elevado teor de carbono e crómio. Os níveis de crómio e carbono são superiores aos do aço A2, tornando-o mais durável e resistente ao desgaste.

Não é de estranhar que as hastes D2 estejam habitualmente entre as mais caras que se podem encontrar. Devido à sua elevada resistência e longevidade, pode utilizar hastes D2 em linhas de trefilagem e forjamento.

Aço-ferramenta S7

A haste S7 tem um teor de carbono inferior ao de outros tipos de aço, tornando-a incrivelmente resistente ao choque. É por isso que as hastes S7 são também conhecidas como hastes de perfuração super resistentes ao choque.

Quando sujeita a tratamento térmico, o S7 atinge um elevado nível de dureza. Utilizamos habitualmente hastes S7 para peças que devem resistir a choques a temperaturas extremamente baixas e altas.

Aço-ferramenta M2

A haste M2 é o tipo mais amplamente utilizado no fabrico de ferramentas de corte e outras brocas. Como tal, o M2 é uma espécie de padrão de referência para o aço-ferramenta rápido.

O M2 apresenta excelente dureza e resistência ao desgaste. No passado, utilizávamos frequentemente o T1 para aplicações de alta velocidade. No entanto, devido às suas características e propriedades superiores, o M2 substituiu o T1 numa escala massiva.

Aço Ferramenta V44 (H13)

O Viscount 44 é um aço totalmente pré-aquecido aço ferramenta H13. O processo de pré-endurecimento do V44 torna-o altamente adequado para matrizes de trabalho a quente. Ao utilizar o V44, podemos reduzir o risco de distorção ou alterações dimensionais durante os tratamentos térmicos.

As utilizações e aplicações mais comuns do V44 incluem ferramentas de extrusão, matrizes de forjamento, moldes plásticos e muitas ferramentas diferentes para trabalho a quente.

Qual é a dureza Rockwell de uma haste de perfuração?

A dureza Rockwell é uma escala baseada na dureza à indentação de diferentes materiais. Diferentes valores têm códigos de letras/dígitos variados com base no seu nível de dureza.

Como mencionámos anteriormente, fabricamos hastes de perfuração em aço ferramenta recozido, que apresenta uma dureza Rockwell entre 96Rb e 110Rb.

Tipo de material	Diâmetro de precisão	Dureza Brinell	Dureza Rockwell
Aço ferramenta	0,000″ – 0,124″	341	110Rb
Aço ferramenta	0,125″ – 0,249″	275	104Rb
Aço ferramenta	0,250″ – 0,875″	241	101Rb
Aço ferramenta	0,876″ +	207	96Rb

Em resumo

Por último, mas não menos importante, gostaríamos de voltar à importância de as hastes de perfuração terem acabamentos superficiais lisos, isentos de quaisquer erros ou imperfeições. Além disso, certifique-se de que o aço ferramenta que utiliza é de alta qualidade. Pode consegui-lo colaborando com um fabricante de usinagem de qualidade e comunicando os seus requisitos.

Em suma, esperamos sinceramente ter conseguido explicar-lhe o que é uma haste de perfuração, como a produzimos e todas as suas diferentes utilizações. Escolher o grau de aço ferramenta adequado de acordo com a aplicação da haste de perfuração é algo que tem de praticar. Com este guia de fabrico de hastes de perfuração, pode tomar uma decisão informada.