ANÁLISE DA SEQUÊNCIA DE SOLDAGEM EM PAINÉIS TÍPICOS NAVAIS

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1 ANÁLISE DA SEQUÊNCIA DE SOLDAGEM EM PAINÉIS TÍPICOS NAVAIS Alexandre Maioli Vasconcelos Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Naval e Oceânica da Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro. Orientadora: Prof. Annelise Zeeman, D.Sc. Co-Orientadora: Prof. Marta Tapia, D.Sc. Rio de Janeiro Agosto de 2014

2 ANÁLISE DA SEQUÊNCIA DE SOLDAGEM EM PAINÉIS TÍPICOS NAVAIS Alexandre Maioli Vasconcelos PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE ENGENHARIA NAVAL E OCEÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO NAVAL E OCEÂNICO. Examinada por: Prof. Annelise Zeeman, D.Sc. Prof. Marta Tapia, D.Sc. Prof. Julho Cesar Ramalho Cyrino, D.Sc. Engª. Ana Paula Costa, M.Sc. Dr. Isaías Quaresma Masetti, D.Sc. RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL AGOSTO de 2014 ii

3 Vasconcelos, Alexandre Maioli Análise de Sequência de Soldagem em Painéis Planos Típicos Navais/ Alexandre Maioli Vasconcelos. Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica, XII, 134 p.: il.; 29,7 cm. Orientadores: Annelise Zeeman, D.Sc., Marta Tápia D.Sc Projeto de Graduação UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso de Engenharia Naval e Oceânica, Referencias Bibliográficas: p Análise de Soldagem. 2. Métodos de construção de painéis planos. 3. Descontinuidades de Soldagem. 4.Tensões Residuais e Deformações. 5. Estudo de Caso. I. Zeeman, Annelise et al Tapia, Marta. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Naval e Oceânica. III. Análise de Sequência de Soldagem em Painéis Planos Típicos Navais. iii

4 Agradecimentos Primeiramente, gostaria de dedicar este trabalho à memória de meu pai, Walter Dantas Vasconcelos Junior, que certamente torce muito por meu sucesso e por minha felicidade. Agradeço à minha querida mãe, Maria Alice Maioli Vasconcelos, que desde cedo batalha para a melhor educação, saúde e maior felicidade de seus dois filhos e que sempre nos fortalece em momentos difíceis. Agradeço muito a minha querida irmã Beatriz, que sempre esteve ao meu lado me ensinando, me educando e me incentivando. Gostaria de agradecer a Professora Annelise Zeeman e a toda a sua equipe da empresa Tecmetal por todo apoio, ajuda, dedicação ao meu projeto e conhecimento de soldagem compartilhado. Também gostaria de agradecer à Professora Marta Tapia por todo conhecimento compartilhado sobre a construção naval, e por todo apoio e ajuda no processo. Agradeço também a todos meus colegas de trabalho do setor de Newbuilding da DNV por todos os conhecimentos práticos de campo. Em especial menção ao Engenheiro Rafael Borges, com quem trabalhei junto por um ano e que sempre teve a paciência e disponibilidade de trocar conhecimentos sobre a construção naval, fundamentais para a realização deste projeto. Por fim, meus agradecimentos a todos os amigos que fiz ao longo do curso e a todos os professores do Departamento, que me ajudaram nesta campanha para me tornar um Engenheiro Naval. Alexandre Maioli Vasconcelos Rio de Janeiro Agosto de 2014 iv

5 Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Naval e Oceânico. Análise da Sequência de Soldagem em Painéis Típicos Navais Alexandre Maioli Vasconcelos Agosto/2014 Orientadora: Professora Annelise Zeeman, D.Sc. Co-orientadora: Professora Marta Tapia, D.Sc. Curso: Engenharia Naval e Oceânica As soldagens afetam diretamente a segurança e a qualidade da estrutura de um navio, além da economia da construção naval. O uso de técnicas inadequadas de soldagem é um dos principais fatores para que o retrabalho seja alto (acima de 40%) e consequentemente a produtividade seja relativamente baixa, nos estaleiros da região do Rio de Janeiro destinados principalmente à construção de navios de apoio às plataformas. Existe a necessidade de se entender melhor os processos de soldagem utilizados, as descontinuidades típicas e como as deformações na soldagem ocorrem. O presente trabalho foca neste estudo, apontando técnicas existentes que minimizem as distorções que geram problemas dimensionais em blocos de navios na edificação, com especial foco nas sequencias de soldagem. Um estudo de caso em um estaleiro da região foi realizado, com acompanhamento da soldagem na construção de um painel plano e com medições de parâmetros de soldagem utilizados, para uma posterior análise da qualidade e da sequência de soldagem utilizada. Adicionalmente, as soldagens foram simuladas em um corpo de prova e macrografias foram geradas, tornando a análise de caso mais confiável da soldagem. Adicionalmente, uma nova sequência de soldagem foi proposta para uma melhoria em curto prazo na produtividade. Palavras-chaves: Produtividade, Qualidade, Sequências de Soldagem, Distorções, Estudo de Caso, Análise de Caso. v

6 Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Engineer. WELDING SEQUENCY ANALYSIS IN SHIP FLAT PANELS Alexandre Maioli Vasconcelos Agosto/2014 Advisor: Prof. Annelise Zeeman, D.Sc. Co-advisor: Prof. Marta Tapia, D.Sc. Course: Naval Architecture The welding directly affects the safety and the quality of a ship s structure, in addition to the shipbuilding economy. The use of improper welding techniques is a major factor for rework to be high (above 40%) and consequently for productivity to be relatively low in the shipyards of the Rio de Janeiro designed mainly for the construction of supply vessels. Understanding better the welding processes used, the typical discontinuities in welding, and how the distortions occur is definitely a need. The present work focuses in this study, pointing existing techniques that minimize distortions which generate dimensional problems in ships panels, with a special focus on welding sequences. A case study at a shipyard in the region was carried out with monitoring of welding and measurements of welding parameters used in a flat panel s assembly, for further analysis of the quality and the sequence of welding used. Additionally, similar welds were simulated in a specimen and macrographs were generated, making the analysis more reliable. Then, a new sequence welding has been proposed for an improvement in short term productivity. Keywords: Productivity, Quality, Welding Sequences, Distortions, Case Study, Case Analysis vi

7 Sumário 1. Introdução Uma visão geral sobre a montagem de painéis Métodos de construção de painéis planos: Método tradicional: Método da Caixa de Ovos ( egg-box ): Método das chapas individuais: A Soldagem na Construção Naval Processos de soldagem mais comuns em Estaleiros da Região Eletrodo Revestido (SMAW): Arco Submerso (SAW): Arame Tubular (FCAW): As Juntas soldadas: O Aporte de Calor (E) na Soldagem: Efeito da variação da Velocidade de soldagem (v): Efeito da variação de Corrente (I): Efeito da variação de Tensão (V): Não Conformidades na Soldagem: Desalinhamento da junta: Distorção Angular: Perfis incorretos de solda: Inclusão de escória: Falta de fusão: Falta de Penetração: Porosidade: Mordedura: Trincas: Tensões e Deformações provocadas pela Soldagem: Tensões residuais: Deformações resultantes das tensões residuais: Técnicas na Soldagem a evitar deformações: Sequências de Soldagem utilizadas: Estudo de caso Soldagem na construção de um painel típico naval: vii

8 4.1. O Bloco estudado: Etapa 1: Soldagem das Chapas de Convés SAW: Deformações medidas após a soldagem das chapas de convés: Etapa 2: Montagem dos Reforçadores: Etapa 3: Soldagem em Posição Plana (2F) de elementos estruturais: Etapa 4: Nivelamento e Travamento do Bloco: Etapa 5: Soldagem Vertical de elementos estruturais: Soldagem Simulada: Análise do Estudo de Caso: Soldagem das chapas de convés (topo - SAW): Soldagem dos Perfis e Gigantes ( T-joint FCAW): Proposta de Sequência de Soldagem: Considerações Finais: Referências Bibliográficas ANEXO I A. Corpo de Prova C 2G - SAW: i. Corte C5: ii. Corte C4: iii. Corte C3: iv. Corte C2: v. Corte C1: B. Corpo de Prova HP 2F - FCAW: i. HP 1: ii. HP 2: iii. HP 3: iv. HP 4: C. Corpo de Prova G 2F FCAW: i. G1: ii. G2: iii. G3: iv. G4: v. G5: viii

9 Lista de Figuras Figura 1 - Bloco torcido e Pesos para Correção Dimensional Figura 2 - Abertura Excessiva para Soldagem na Fase de Edificação (no caso aprox. 20 mm) Figura 3 - Diferenças dimensionais do Trincaniz de um PSV [2] Figura 4 - Edificação de blocos em um dique Figura 5 Esquema de União de Chapas e Ponteio dos Reforçadores Longitudinais [4] Figura 6 - União de Chapas e Ponteio dos Reforçadores Longitudinais Figura 7 - Colares necessários caso os gigantes são colocados por cima Figura 8 - Montagem em paralelo reforçadores / gigantes e chapas (egg-box) [4] Figura 9 Diversos métodos utilizados em estaleiros japoneses (egg-box) [4] Figura 10 Montagem de painéis individuais Figura 11 - Ilustração do Processo SMAW Figura 12 - Ilustração do processo SAW Figura 13 - Ilustração do processo FCAW Figura 14 - Tipos de Juntas Soldadas Figura 15 - Efeito da Velocidade de Soldagem na Junta Soldada Figura 16 - Efeito da Corrente na Junta Soldada Figura 17 - Efeito da Tensão na Junta Soldada Figura 18 - Desalinhamento de chapas Figura 19 - Distorção em junta "T" soldada em ambos lados Figura 20 - Embicamento em junta de topo Figura 21 - Convexidade excessiva / Normal / Concavidade Excessiva Figura 22 - Solda assimétrica em junta "T" Figura 23 - Altura e Angulação de Acabamento Figura 24 - Inclusão de Escória Figura 25 - Falta de Fusão na linha de fusão (parede do chanfro) Figura 26 - Falta de Penetração na Raiz da Solda Figura 27 - Porosidade no interior e na superfície Figura 28 - Mordedura em soldas de ângulo Figura 29 - Possibilidade maior de trinca em altas correntes e baixas tensões Figura 30 Exemplo real de trinca por solidificação Figura 31 - Exemplo de trinca induzida por hidrogênio na ZTA Figura 32 - Desenvolvimento de tensões longitudinais na junta de topo na soldagem [11] Figura 33 - Desenvolvimento de transversais em junta de topo [11] Figura 34 - Deformações usuais em soldagem de topo e em ângulo [12] Figura 35 - Esquema Distorções - Aberturas - Retrabalho ix

10 Figura 36 - Dispositivos de montagem para restrição [12] Figura 37 - Fixação de um bloco para soldagem [13] Figura 38 - Exemplo de tabela de solda para inspeção de gargantas de solda (no caso, no Proa) Figura 39 - Exemplos de distorções em fixação (restrição) inadequada [13] Figura 40 - Tipos de Sequências de Soldagem Utilizadas Figura 41 - Soldagem com passes a ré (Back Step Technique) Figura 42 - Ilustração de Sequência em Cascata Figura 43 - Soldagem "Center-Out" em gigantes transversais [13] Figura 44 Visualização da posição do Bloco estudado Figura 45 - Informações do bloco estudado Figura 46 - Disposição das chapas de convés e sequência de soldagem utilizada nesta etapa (SAW) Figura 47 - Chanfro reto e verniz utilizados nesta etapa SAW Figura 48 - Comprimento de pontos em juntas de topo (100 mm) Figura 49 - Distancia entre pontos adjacentes (250 mm) Figura 50 - Chapas para continuidade SAW ("espera") Figura 51 - Parâmetros soldagem 1-2 e Observações Figura 52 - Realização do Passe 1 (1-2) Figura 53 - Furo em região do descarrilamento da maquina Figura 54 - Parâmetros soldagem 2-3 e Observações Figura 55 - Soldador reparando poro com SMAW após esmerilhamento Figura 56 - Furo devido ao descarrilamento Figura 57 - Parâmetros soldagem 3-4 e Observações Figura 58 Poros após 1 passe Figura 59 - Parâmetros soldagem 4-5 e Observações Figura 60 - Abertura entre chapas aproximadamente 4 mm (até 0,3L) Figura 61 - Passe de eletrodo (SMAW) na região onde a abertura é de 4 mm (até 0,3L) Figura 62 - Parâmetros soldagem 5-6 e Observações Figura 63 - Poros ao longo do cordão Figura 64 - Alta densidade de poros no final do cordão Figura 65 - Esmerilhamento antés de reparo SMAW Figura 66 - Parâmetros soldagem 6-7 e Observações Figura 67 - Aplicação de calor antes da soldagem do 1 passe Figura 68 - Falta de fusão no início devido ao furo na espera curta Figura 69 - Parâmetros soldagem 7-8 e Observações Figura 70 - Esmerilhamento antes do início da soldagem Figura 71 - Alta concentração de poros ao longo do cordão Figura 72 - Furo no final da Soldagem do passe único Figura 73 - Reparo somente com SMAW na região do furo nas chapas Figura 74 - Aplicação de Primer para evitar oxidação das soldas Figura 75 - Visualização do painel formado (Chapas 1 a 8 convés do bloco) Figura 76 - Contração transversal medida x

11 Figura 77 - Pontos e Medições de embicamento (z) Figura 78 - Embicamento em 6-7 (A) Figura 79 - Montagem dos longitudinais de convés Figura 80 - Cunhas para fixação para ponteamento adequado Figura 81 - Montagem dos gigantes transversais no painel Figura 82 - Representação da sequência de soldagem na posição plana (2F) utilizada. 77 Figura 83 - Trecho na extremidade sem soldagem para evitar goivagem e retrabalho na Edificação Figura 84 - Soldador B soldando os HPs verticas Figura 85 - Medição de Garganta da solda ascendente 3F (4mm) Figura 86 - Sequência de soldagem realizada na região Figura 87 - Soldador A soldando a região Figura 88 - Sequência de soldagem realizada na região Figura 89 - Primer antes de soldar Figura 90 - Poros mesmo após a limpeza Figura 91 - Sequência de Soldagem realizada na região Figura 92 - Soldador C soldando a região 3 (falta de limpeza antes da soldagem) Figura 93 - Poros incorretamente reparados Figura 94 - Sequência de Soldagem realizada na região Figura 95 Soldadores D e E soldando simultaneamente as regiões 4 e 5, respectivamente Figura 96 - Sequência de Soldagem realizada na região Figura 97 Soldador E fazendo a limpeza da região 5 antes de ser soldada. Não houve poros Figura 98 - Sequência de Soldagem realizada na região Figura 99 Alta garganta encontrada na região 6 (7mm) em região soldada sobre ponto Figura Soldador A soldando a região Figura Reparos de poros sem o esmerilhamento necessário Figura 102 Sequência de Soldagem realizada na região Figura 103 Sequência de Soldagem realizada na região Figura Solda com garganta alta (5mm - tabela 9) Figura Sequência de Soldagem realizada na região Figura Sequência de Soldagem realizada na região Figura Soldador A soldando a região Figura Sequência de Soldagem realizada na região Figura Pontos de medição de nível e valores das diferenças medidas Figura Referencia #1 em Figura Diferença de 20 mm no ponto 4 (#1"-#1) Figura Diferença de 43 mm no ponto 3 (#1"-#1) Figura Macaco Hidráulico para elevar os pontos em relação a # Figura Tortolho: ferramenta para "puxar" o bloco, não utilizada nesta etapa Figura Trabalhador sustentando o nível em #2 (ponto 3) para nivelamento Figura Elevação do local até o nível d'água atingir # xi

12 Figura Travamento do ponto nivelado Figura Pontalete de improviso não fixado se elevando com elevação do ponto adjacente Figura Costado BB já montado e Soldas 3G de anteparas transversais sendo realizadas Figura Soldagem 3F dos HPs perto da emenda 3G soldada Figura 121 Realização da solda até a extremidade, sem a espera necessária Figura 122 Eletrodos Revestidos sem cuidado especial Figura Corte com maçarico das Chapas representativas de convés Figuras 124 Abertura de 2 mm e Pontos de 80 mm no centro e nas extremidades Figura 125 Dados dos dois passes utilizados e descontinuidades observadas ao longo da soldagem Figura passe Arco Submerso Figura Reparo com esmeril e eletrodo após descontinuidades do 1 passe Figura passe Arco Submerso Figura Representação de pontos e descontinuidades (Arco Submerso) Figura 130 Esmerilhamento para limpeza da região a ser soldada, antes da montagem do HP Figura HP e "Gigante ponteados na chapa Figura Região com tinta "primer" no interior antes da soldagem ( PULL Welding) Figura Parametros da Soldagem (Soldador D - interior) Figura Ponto Externo "Zerado" com esmeril Figura Parâmetros da Soldagem (Soldador B - exterior) Figura Soldador B soldando o "gigante" Figura Representações da Região Soldada (interna e externa) do HP e do "Gigante" Figura Região soldada com a presença de tinta. Poros somente ponteados com FCAW, sem esmeril e respingos devido à instabilidade do arco elétrico em contato com tinta. ( gigante ) Figura Furo ocorrido no final da soldagem SAW Figura Corpo de Prova Final antes do corte Figura Cortes realizados em cada parte do corpo de prova (maior detalhe no ANEXO I) Figura Alguns Parâmetros de Soldagem da EPS preliminar Figura Porcentagem de retrabalho em relação ao tempo total trabalhado Figura Dados dos dois passes e descontinuidades observadas Figura parâmetros de soldagem utilizados pelos soldadores D(solda Interna) e B(solda externa) Figura Sequência para soldagem SAW das chapas de convés Figura Sequência de soldagem FCAW HPs (simultânea, simétrica, e nos cordões do centro para as extremidades) Figura Soldagem "Center-Out" em gigantes longitudinais. O mesmo vale para os transversais [13] xii

13 1. Introdução Atualmente, a soldagem é amplamente empregada na união de componentes estruturais metálicos que compõem o navio. Desde a década de 1950, quando inicialmente aplicada na Construção Naval, a soldagem efetivamente melhorou a qualidade dos navios e a produtividade nos estaleiros, que antes utilizavam a técnica de rebites para união. Desta maneira, algumas vantagens foram imediatas no processo de construção: a divisão do trabalho mais racional e objetiva, a preparação de componentes do navio de modo independente e simultâneo, redução do peso do navio (cerca de 15 a 20% em relação a navios rebitados) e do tempo de construção do casco, etc. As soldagens afetam diretamente a segurança e a economia da construção, e logo seu estudo torna-se cada vez mais necessário. Desta maneira, além do projeto adequado da junta soldada, é necessário seguir uma sequência de operações, que inclui a qualificação dos procedimentos e dos soldadores, bem como a seleção dos métodos de inspeção para garantir à estrutura as características funcionais as quais foi concebida e projetada. [1] Dois dos maiores problemas de qualquer processo de soldagem são as tensões residuais e a distorção. As tensões residuais são primariamente causadas pela compressão que ocorre ao redor da poça de fusão quando o material se aquece e se expande durante a soldagem. No momento em que o metal de solda se resfria, esse se contrai causando o aparecimento de tensões residuais no material. Para aliviá-las, a estrutura se deforma, causando a distorção. Na fase de edificação dos blocos em um dos estaleiros da região do Rio de Janeiro, foram verificados pelo aluno muitos blocos torcidos e aberturas excessivas para a soldagem, o que causaram muitas inserções de chapas e consequentemente retrabalho e perda de produtividade no processo de construção. Abaixo seguem exemplos reais desses problemas encontrados. Na figura 1, pode-se ver um bloco de duplo fundo torcido e muitos pesos colocados para a distorção do mesmo, prática de correção não aconselhada neste caso, o que causaria mais tensões residuais na estrutura. Já na figura 2, se vê uma abertura excessiva separando dois blocos, inviabilizando uma boa qualidade para a prática da soldagem. 13

14 Figura 1 - Bloco torcido e Pesos para Correção Dimensional Figura 2 - Abertura Excessiva para Soldagem na Fase de Edificação (no caso aprox. 20 mm) 14

15 Muitos casos como esses citados ocorrem nos estaleiros da região. São fatos comuns que geram medidas corretivas demoradas e afetam diretamente a produtividade. A motivação para a execução deste projeto veio dessas ocorrências. Os motivos para tais deformações são relacionados à qualidade da soldagem utilizada na construção dos blocos e da falta de uma análise dimensional correta em todo o processo. Após as deformações vistas, uma análise dimensional foi feita no final do ano de 2013 em um navio do tipo PSV (Platform Supply Vessel) em um dique no estaleiro tomado como base neste projeto. Na ocasião, a região do corpo paralelo foi analisada, entre as cavernas 36 e 78, considerando que o espaçamento entre cavernas é de 650 mm. Verificou-se que o trincaniz estava sendo raspado e estava variando entre 58 e 70 mm. A diferença de um bordo para o outro chega a 11 mm e de vante para ré a 17 mm, como dados medidos registram na figura 3 [2]. Figura 3 - Diferenças dimensionais do Trincaniz de um PSV [2] 15

16 Assim, fica evidenciado que há problemas no processo de construção dos navios em estaleiros da região, desde a soldagem inicial das primeiras chapas até a análise dimensional dos blocos. Os blocos muitas vezes chegam torcidos na Edificação. O atual projeto visa realizar um estudo de caso, com a análise das sequências de soldagens utilizadas na construção de um bloco de um navio de apoio em um estaleiro da região, e visa analisar a qualidade desse processo de construção. Além disso, ao final, propostas de melhoria na sequência de soldagem serão sugeridas, visando uma melhor qualidade e melhor produtividade nos estaleiros da região, que atendem principalmente à construção de navios de apoio à plataformas. 2. Uma visão geral sobre a montagem de painéis. Os navios são constituídos basicamente da estrutura e equipamentos, e tem de ser construído sobre alguma superfície, podendo ser uma carreira, cais de edificação ou dique. Nos estaleiros da região do Rio de Janeiro, as carreiras transversais e longitudinais e os diques são constantes. A estrutura é responsável pela integridade e resistência do navio a esforços, sendo constituída por aço ou alumínio basicamente, dependendo da embarcação. O termo equipamentos engloba é utilizado para se referir basicamente a: sistemas de propulsão (motores, eixo, hélice); sistemas de posicionamento dinâmico (Thrusters); sistemas de manipulação de carga e descarga (bombas de lastro, agua doce, etc.); equipamentos de serviço (navegação); acessórios (portas de visitas, calhas, bujões de fundo, escadas, estrado), e da parte elétrica (cabos, painéis, etc.). A estrutura do navio é formada por painéis reforçados e anéis enrijecedores tanto longitudinais como transversais. Os painéis reforçadores são formados pelas chapas com os reforçadores secundários, que podem ser perfis de diversas formas dependendo do projeto ( Holland Profile (HP), perfil T, etc.). Já os anéis enrijecedores são transversais (Hastilha no fundo, caverna no costado, vau no convés e prumo gigante na antepara longitudinal) e longitudinais (longarinas no fundo, escoas no costado, sicordas no convés e travessas nas anteparas transversais). Estes painéis e anéis são unidos por soldagem, formando blocos, que são unidos em uma área de edificação (dique, carreira ou cais de edificação), formando assim a estrutura do navio (figura 4). 16

17 Figura 4 - Edificação de blocos em um dique Dependendo do projeto e da forma do navio, podemos ter um navio de estrutura reforçada longitudinal, transversal ou ainda com estrutura mista, tendo partes com reforçamento transversal e outras longitudinal. No corpo paralelo, a estrutura do navio é basicamente longitudinal. Já nas extremidades (proa e popa), essa estrutura é transversal, devido à maior curvatura da região e maior facilidade de construção. Quando se trata da instalação dos equipamentos, o ideal atualmente é que a técnica de construção seja de acabamento avançado, ou seja, é que haja uma construção integrada aço/equipamento/pintura. A estrutura e os equipamentos como atividades integradas, assim como nos estaleiros mais modernos da Ásia (Coréia e Japão principalmente) onde os equipamentos são montados nos blocos antes de irem para a cabine de jato e pintura. O casco não é considerado só formado por blocos de aço e sim por unidades de montagem com equipamento quase completo e integrando trabalhos de pintura. A instalação dos equipamentos na fase inicial de construção do bloco é muito mais simples e prática, já que há melhores condições de ventilação, iluminação, etc., garantindo uma maior produtividade ao estaleiro. 17

18 2.1. Métodos de construção de painéis planos: Os navios possuem normalmente 60% do seu comprimento constituído pelo corpo paralelo. Isso fez com que a produção de blocos pudesse ser feita em série de maneira bastante automatizada, principalmente nos estaleiros do leste asiático. Porém na maioria dos estaleiros brasileiros, a montagem é feita basicamente manualmente. Na tentativa de se encontrar a forma mais eficiente de se construir painéis planos, alguns métodos se consolidaram ao longo dos anos. Os principais métodos estão apresentados abaixo: [3] Método tradicional: É o método mais utilizado atualmente para a construção de navios, podendo ser automatizado ou manual. A sequência dos processos de uma montagem de painel plano tradicional é a seguinte: 1. As chapas devidamente codificadas e dimensionadas de acordo com o bloco são posicionadas no inicio da linha. 2. As chapas são devidamente posicionadas, fixadas e devidamente ponteadas, tendo em mente os processos de soldagem utilizados. 3. As juntas de topo das chapas são soldadas. Essa solda pode ser unilateral ou bilateral. No primeiro caso, se utiliza uma cobre-junta (ou backing) de cerâmica, que é uma peça acoplada na região a ser soldada com a função de evitar que o metal de adição quando fundido com o aço goteje pela parte inferior do chanfro. No caso de solda bilateral, o chapeamento terá de ser virado posteriormente para realizar a solda no outro lado do chanfro. 4. Após a união das chapas, os reforçadores secundários longitudinais são posicionados e há o ponteio de solda para sua fixação nas chapas (figuras 5 e 6). 18

19 Figura 5 Esquema de União de Chapas e Ponteio dos Reforçadores Longitudinais [4] Figura 6 - União de Chapas e Ponteio dos Reforçadores Longitudinais 19

20 5. Os reforçadores longitudinais são soldados (solda filete) nas chapas. Dependendo do estaleiro essa soldagem pode ser manual, automatizada ou até robotizada. 6. O próximo passo é a inserção de gigantes do anel enrijecedor longitudinal, ou seja, de reforçadores primários longitudinais, como longarinas (se tratando de painel de fundo duplo) ou sicordas (se tratando de um painel de convés). A soldagem dos mesmos ocorre. 7. Agora, gigantes do anel enrijecedor transversal podem ser inseridos no painel de duas formas. Eles podem ser arrastados ao longo do perfilado no painel, dispensando o uso de colares. Ou eles podem ser inseridos por cima do painel reforçado, o que nesse caso há a necessidade de se colocar os colares (figura 7) nos gigantes transversais ao serem inseridos, para garantir continuidade estrutural entre os elementos. Figura 7 - Colares necessários caso os gigantes são colocados por cima 20

21 Método da Caixa de Ovos ( egg-box ): No sistema de caixa de ovo (figuras 8 e 9), utilizado em alguns estaleiros modernos do leste asiático, os reforçados secundários são colocados em um suporte de forma a que estejam como se estivessem apoiados em um painel. É importante ressaltar que o chapeamento não está presente sob estes. Assim sendo, há a inserção dos gigantes transversais, sendo estes arrastados pelo perfilado, de modo que não seja necessário o uso de colares, e logo podem ser por soldados no perfilado (figura 8). Figura 8 - Montagem em paralelo reforçadores / gigantes e chapas (egg-box) [4] 21

22 A grelha, que inspirou o nome de caixa de ovo, portanto está formada (reforçadores secundários longitudinais + gigantes transversais). A seguir, a grelha é soldada no painel de chapas de fundo ou convés, previamente montadas e soldadas unilateralmente ou bilateralmente, assim como já descrito no método tradicional. Posteriormente, os gigantes longitudinais podem ser montados, ponteados e soldados [5]. Há outras variantes do sistema egg-box, que podem ser visualizadas na figura 9. Figura 9 Diversos métodos utilizados em estaleiros japoneses (egg-box) [4] 22

23 Método das chapas individuais: O nome se justifica pelo fato das chapas serem reforçadas pelos reforçadores secundários antes mesmo da união de chapas ser feita. Após essa etapa, sempre os anéis enrijecedores são empurrados ao longo do perfilado, sendo assim dispensável o uso de colares (figura 10). Figura 10 Montagem de painéis individuais 23

24 3. A Soldagem na Construção Naval Como já abordada na introdução deste projeto, a soldagem sem dúvidas trouxe inúmeros benefícios para a Construção Naval, contribuindo para um aumento de qualidade e produtividade à Industria Naval em relação ao uso de rebites. O custo relativo que a soldagem implica no custo global de construção pode superar os 10% [5]. O que pôde ser constatado nos estaleiros da região é que há uma preocupação maior com a produtividade do que com qualidade, embora ambas estejam intimamente ligadas. Há uma ideia de que o custo relativo à soldagem se resume apenas ao custo de fabricação, porém há também os custos relativos ao projeto e à operação da estrutura ou equipamento soldado. Esse último muitas vezes cai no esquecimento e influi muito no custo total. Quando se espera que haja qualidade na soldagem, se espera que o equipamento ou estrutura a ser soldado tenha menor custo na sua vida útil. Esse custo do ciclo de vida (life cycle cost) pode ser subdividido no custo de capital (CAPEX) e no custo de operação (OPEX) [7]. A busca nos estaleiros deve sempre ser para minimizar o quanto for possível esses custos. Para um menor custo de capital (CAPEX), deve-se assegurar a máxima produtividade e um retrabalho zero. A situação atual dos estaleiros do Rio de Janeiro não permite essa máxima produtividade através de automatização ou robotização, pois isso exigiria mais engenharia aplicada no processo fabril e mão de obra mais especializada do que a que hoje está disponível. O retrabalho também se mostra crítico atualmente, já que em alguns estaleiros pode chegar a 40% [8], devido à ausência de roteiros de fabricação e de inspeções mais constantes e ativas por parte do próprio estaleiro que poderiam garantir a integridade independente da inspeção pelas sociedades classificadoras. Outro fator que influencia na produtividade da construção naval brasileira é o fator de operação do soldador brasileiro (tempo efetivo de trabalho), que varia entre 20 a 30%, enquanto o fator de operação em estaleiros mais modernos da Coréia e Japão varia entre 60 a 80% [8]. A inadequação de procedimentos de soldagem (que se caracteriza como má qualidade) é um dos fatores para tal. Para um menor custo de operação (OPEX), deve-se assegurar que a solda atenda aos requisitos de integridade e também às características requeridas à operação, para 24

25 que a região soldada não apresente falhas na operação. Para garantir ao máximo que a estrutura soldada tenha as propriedades requeridas, o estaleiro deve qualificar, junto com a Sociedade Classificadora em questão, procedimentos de soldagem específicos que contenham os parâmetros que devem ser utilizados para cada soldagem realizada. Esses procedimentos devem ser seguidos e não esquecidos. Para garantir a integridade, são feitos ensaios não destrutivos (NDTs), como a inspeção visual, o LP (líquido Penetrante), a PM (Partícula Magnética), o Ultrassom (US) e os Raios-X (RX). Os NDTs constatam se há defeitos na solda, superficialmente apenas ou no interior também, dependendo do ensaio utilizado. As Especificações dos Procedimentos de Soldagem (EPSs) são os documentos que definem como as soldas devem ser realizadas, e são validas depois de qualificadas. Estas, porém, possuem uma abrangência de parâmetros grande, a fim de reduzir a quantidade de qualificações. Assim, uma EPS pode abranger todas as posições e pode ter faixas muito amplas de parâmetros (de 100 a 500 A de Corrente, por exemplo). Essas variações grandes de valores dos parâmetros de soldagem em uma EPS permitem inúmeras combinações dos mesmos, o que representariam propriedades distintas futuras. Na maioria das vezes, é o soldador que escolhe os parâmetros e não há uma garantia que ele saiba fazê-lo. Uma alternativa de restrição destes parâmetros não muito usada nos estaleiros de pequeno porte do Rio de Janeiro é a IEIS (Instrução de Execução e Inspeção de Soldagem). Essas instruções seriam muito úteis aos Estaleiros, já que facilitariam o entendimento do soldador por serem mais simples que a EPS e mais restritas para os tipos de juntas soldadas mais utilizadas no Estaleiro. Uma padronização seria o esperado [7]. É esperado, portanto, que a soldagem em um Estaleiro seja adequada e rentável. Cada junta deve seguir um procedimento correto e parâmetros de soldagem corretos, garantindo a integridade e a consistência da solda. Desvios destes parâmetros ideais podem influenciar na qualidade e a necessidade de retrabalhos sistemáticos pode causar alterações dimensionais que comprometam o produto final, assim como vemos nos casos já descritos na Introdução deste projeto. São não conformidades sistemáticas que persistem na Construção Naval brasileira. 25

26 3.1. Processos de soldagem mais comuns em Estaleiros da Região Antes de expor o estudo de caso feito neste projeto, é importante mencionar os processos de soldagem mais utilizados na área naval da região do Rio de Janeiro para analisar as práticas de soldagem no estaleiro tido como base. Cabe lembrar que a seleção do processo de soldagem depende de diversos fatores, entre os quais os tipos de juntas (de topo, em ângulo, sobreposta), se é requerido penetração total, parcial ou apenas filete, quais as espessuras a serem soldadas, as posições (vertical ou horizontal) dos componentes, se é exigido tamanhos contínuo de solda ou se as soldas são em pequenas extensões, entre outras condições diversas. Entre os processos de soldagem a arco elétrico existem aqueles que são totalmente manuais, como o eletrodo revestido (SMAW), onde é exigida grande habilidade do soldador e as faixas de parâmetros são bem restritas exigindo pouco conhecimento das especificações, existem processos semiautomáticos como o MIG- MAG (GMAW) ou o arame tubular (FCAW) que requerem menos habilidade, mas bom conhecimento dos parâmetros de solda; e existem processos mecanizados como o arco submerso (SAW), onde não existe nenhum requisito de habilidade para o operador, mas onde a definição dos parâmetros é fundamental visto que não é possível visualizar o arco. Este trabalho foi feito pelo aluno nos estaleiros do Rio de Janeiro destinados à construção de navios de apoio às plataformas, como o AHTS (Anchor Handling Towing Supply) e o PSV, entre outros. A finalidade foi determinar os processos de soldagem mais utilizados e essenciais na construção de navios para estudá-los. Os processos mais comuns são: Arco Submerso (SAW), Arame Tubular (FCAW) e o Eletrodo Revestido (SMAW). Neste projeto, o foco será nestes processos, já que o objetivo é uma analise crítica posterior das práticas na construção de um bloco do navio (estudo de caso) Eletrodo Revestido (SMAW): O processo é manual e o soldador toca a ponta do eletrodo sobre o metal de base para iniciar o arco (figura 11). A corrente que sustenta o arco pode ser alternada (CA) 26

27 ou contínua (CC). A contínua tem a polaridade positiva ou negativa dependendo de qual parte é conectada na fonte. A mais usada é a reversa (ânodo positivo), usada na maioria das aplicações. Na construção naval, é comum se optar por CC+. Depois do arco estabilizado, o soldador deve ser capaz de iniciar o movimento de mergulho do eletrodo, para manter o comprimento do arco constante, enquanto há o movimento de translação ao longo do cordão. Isso requer uma habilidade ao soldador. Entre 60 e 90 segundos, um eletrodo é consumido [1]. O material do eletrodo é na maioria dos casos o aço de baixo carbono. O revestimento do eletrodo (fluxo) é importantíssimo para uma boa prática de soldagem. Ele não pode se deteriorar no arame ou se decompor prematuramente. O fluxo possui muitas funções como: gerar atmosfera protetora para o arco e a poça de fusão, fornecer elementos de liga ao metal de solda, refinar a microestrutura pelo efeito desoxidante e formar escória protetora durante a solidificação, além de estabilizar o arco. Figura 11 - Ilustração do Processo SMAW É um processo muito simples em termos de equipamentos e o que possui a melhor flexibilidade, pois pode ser usado em todas as posições, em todas as espessuras praticamente, e em áreas de acesso limitado. Essas são as razões por ser amplamente utilizado na construção naval. É importante ressaltar que não há a necessidade de gás de proteção. 27

28 Entretanto, o nível de habilidade requerido é alto para uma boa qualidade de solda. Além disso, a taxa de deposição é baixa se comparado a outros processos, sem contar com o baixo rendimento causado pela troca de eletrodos. Nos estaleiros da região, nota-se que o eletrodo revestido é utilizado atualmente principalmente em ponteamentos, reparos. Além disso, em locais de difícil acesso, como contornos de elementos Arco Submerso (SAW): O Arco Submerso (figura 12). é um processo no qual a união dos metais se dá pelo calor fornecido por um arco elétrico entre um eletrodo nu (sem fluxo) e a peça. Esse nome é explicado pelo fato do arco e do metal fundido estarem submersos numa cobertura de um fluxo granular fusível. O metal de enchimento é obtido através do eletrodo (mais comum nos estaleiros da região) ou de uma fonte suplementar. O fluxo desempenha importantíssima função na qualidade de soldagem já que a estabilidade do arco e as propriedades mecânicas e químicas da solda dependem dele, assim como o fluxo do SMAW. É ele que garante que o metal depositado seja de alta qualidade neste processo. Figura 12 - Ilustração do processo SAW Os arames de enchimento (eletrodos) possuem relativamente grandes diâmetros (2,4; 3,2; 4,0; 4,8; 5,6; 6,4; e 8,0 milímetros), o que significa que as correntes (I) de 28

29 soldagens são altas. O processo SAW é capaz de fazer soldas com correntes acima de 2000 ampères, podendo atingir 3000 ampères. Isto proporciona uma penetração bastante profunda associada a uma grande eficiência de deposição. Devido a seu alto rendimento térmico, os chanfros da junta são pequenos, permitindo economia de material consumível. Há a possibilidade de aumentar ainda a velocidade de deposição do processo (maior corrente) utilizando dois ou três eletrodos simultaneamente. Vale ressaltar que a mecanização do SAW não requer um treinamento especializado do operador, porém este deve saber os parâmetros corretos (EPS, IEIS) para que não tenha influencia na qualidade final da junta soldada. A automação do processo oferece poucas alternativas de aplicação. Uma importante característica negativa é que soldagem só pode ser realizada na posição plana. Um ponto crítico do processo reside na manutenção do alinhamento do arco da linha de centro da junta, uma vez que todo o sistema fica sob o fluxo. Como o arco não é visível, uma combinação inadequada das variáveis de soldagem poderá condenar a junta soldada, causando descontinuidades. Este processo é somente utilizado para união de chapas na posição plana (2G) nos estaleiros da região, em juntas de topo Arame Tubular (FCAW): O processo com arame tubular (figura 13) é um processo a arco elétrico que está em seu grande momento e em continuo desenvolvimento. O FCAW é semiautomático e usa a proteção que vem do fluxo interno do arame, podendo ou não ter proteção gasosa adicional. O eletrodo tubular é composto de um núcleo com fluxo que contém vários ingredientes que protegem a poça de fusão contra a atmosfera, contra a oxidação, a desestabilização do arco, e permite a formação de escória e elementos de liga importantes para as propriedades da região soldada. Há grande formação de escória, que protege a solidificação do material. 29

30 Há duas possibilidades para o processo de soldagem de arame tubular. A primeira consiste no uso de um eletrodo com proteção gasosa, onde o fluxo interno tem a função de desoxidante e introdutor de elementos de liga importantes. A proteção do arco, uma atmosfera mais ionizável e a proteção do metal fundido são funções do gás introduzido, que costuma ser o CO2 (dióxido de carbono). Este gás pode ser também uma mistura de argônio com CO2. Esta opção garante profunda penetração de solda. Figura 13 - Ilustração do processo FCAW Nos estaleiros da região, somente esta primeira opção é utilizada e normalmente o gás de proteção utilizado é o CO2. A segunda possibilidade é a utilização do eletrodo auto protegido. A proteção do metal fundido é obtida pelos ingredientes do fluxo, que vaporizam e se deslocam para a escória que cobre a poça de fusão. Devido â maior extensão do eletrodo, a resistência elétrica é maior, ele pré-aquece e a tensão requerida do arco diminui. Às vezes, a corrente pode diminuir, o que reduz o calor disponível para fundição, proporcionando uma solda rasa e estreita. Por este motivo não é muito utilizado na construção naval brasileira. Há duas técnicas de manuseio da pistola utilizadas por soldadores ao soldarem neste processo. São elas: a técnica de Puxar (Pull) ou a técnica de Empurrar (Push). A técnica de Puxar é a mais recomendada já que garante menor penetração, pois o arco elétrico incide diretamente no metal base, enquanto que a de empurrar pode ocasionar defeitos (por exemplo, se carregar escoria continuamente na poça de fusão, podendo essa aprisionar na poça quando houver a solidificação). 30

31 3.2. As Juntas soldadas: Uma vez selecionado o processo, a geometria do chanfro deve ser determinada levando em conta fatores como a responsabilidade estrutural da junta, o acesso, a posição de soldagem, a espessura dos membros e a quantidade do metal a ser depositado. Em estruturas críticas, como o jazente de motores e equipamentos, por exemplo, é preciso ter uma atenção especial no projeto estrutural. No próprio desenho de fabricação são mostrados os requisitos. É de vital importância que os responsáveis pelo estaleiro estejam atentos a isso. Em geral, os processos de soldagem de blocos dos navios são utilizados em juntas de topo (Butt Joint, em inglês) e em juntas em T (T-joints, em inglês), que representam mais de 80% do comprimento total das juntas em um navio. Abaixo, na figura 14, seguem juntas comuns utilizadas em soldagem. As juntas 1 a 6 são tipos de juntas de topo. Já as juntas 8 a 10 são tipos de juntas em T. Vale mencionar a junta 7, que é do tipo sobreposta, utilizada também na construção naval, porém em menor escala, em colares. Figura 14 - Tipos de Juntas Soldadas 31

32 Como regra, é necessário que o aporte de calor e o aquecimento sejam minimizados sem prejuízo da qualidade da junta soldada. Quando o chanfro é de grande proporção, a possibilidade de solda sem defeitos é menor, devido à abertura maior da raiz. Porém, o excesso de metal depositado pode aumentar o nível de tensões residuais, distorções e pode até mesmo favorecer a formação de trincas e fissuras. Em relação às juntas de topo, para espessuras até 20 mm, utilizam-se normalmente os chanfros simples em V. Para espessuras maiores, se utilizam chanfros em duplo V ou X. Aumentando-se mais ainda a espessura, pode-se usar o chanfro em U. No caso de navios de apoio a plataformas, principal demanda dos estaleiros da região, os chanfros em V são mais utilizados devido às menores espessuras em estruturas. Em relação às juntas em T, a junta de filete (8) é a mais comum na construção de blocos, especialmente para a união dos reforçadores e dos gigantes com o painel. Quando é necessário obter penetração total da solda, como em casos de caixa de mar, por exemplo, são utilizados chanfros em K e em meio V. Em sobre pesquisa por EPS dos estaleiros da região para se estudar a geometria comum das juntas, se contatou que chanfros V simétricos e assimétricos são utilizados, sendo o primeiro mais comum, chanfros X são os utilizados para juntas de topo. Para juntas em T de penetração total, somente se utiliza o perfil K. Também são utilizados ângulos de chanfro de 45 ou 60. Outra informação importante é que quando há raiz, a abertura normalmente varia de 3 (mais comum) a 6 mm, podendo-se utilizar até 9 mm em alguns casos. O uso de Backing cerâmico é comum O Aporte de Calor (E) na Soldagem: Como já discutido nos tópicos anteriores, o tipo de soldagem predominante na construção naval brasileira é por arco elétrico, onde o arco forma uma poça de fusão que caminha ao longo da região a ser soldada causando um aquecimento localizado, fusão e posterior solidificação. A Energia Térmica deste arco elétrico gerado funde o metal de base com o metal de adição. Quanto maior esse aporte térmico, maior probabilidade de haver deformações na estrutura. Isso traduz a importância de se estudar os parâmetros 32

33 elétricos e de movimentação envolvidos e seus efeitos caso há variações dos mesmos na soldagem. A equação de cálculo do Aporte de Calor (E), em J/mm, segue abaixo: E f V v I Donde: V é a Tensão, em Volts. I é a Corrente, em Ampères. v é a Velocidade de soldagem, em mm/seg. f é a eficiência do processo de soldagem (SAW=1.0/FCAW=SMAW=0,8) [9] As alterações na microestrutura na zona soldada, bem como a zona termicamente afetada (ZTA), estão muito dependentes das taxas de aquecimento e de resfriamento, as quais por sua vez, dependem do calor fornecido à soldagem, o qual é função da energia do arco elétrico, da voltagem, da velocidade de soldagem e da eficiência térmica do processo, da geometria e espessura da peça a soldar, e é claro, das temperaturas iniciais e de interpasse. Analisando essa equação, se conclui que quanto maior for a tensão aplicada (V) e a corrente (I), maior será a energia de soldagem (ou aporte de calor) aplicada. Entretanto, se a velocidade de soldagem (v) for maior, o aporte é menor. Agora serão verificados efeitos na geometria da junta soldada quando há variações nestes parâmetros. Estes efeitos são ilustrados nos tópicos a seguir para a soldagem a arco submerso (que utiliza grandes tensões e correntes), mas também são válidos para outros processos Efeito da variação da Velocidade de soldagem (v): Uma variação na velocidade de soldagem influi primariamente no controle da largura do passe e na penetração (figura 15). É interdependente com a Corrente (I) aplicada. Como se pode ver na figura a seguir, reduções de velocidade (v) resultam em maiores penetrações e em maiores larguras de passes. 33

34 Figura 15 - Efeito da Velocidade de Soldagem na Junta Soldada Efeito da variação de Corrente (I): Como visto na figura 16 a seguir, um aumento na Corrente (I) aumenta significativamente a penetração da região soldada. Já a largura do passe aumenta em muitíssima menor proporção. Vale ressaltar que a utilização de corrente de polaridade reversa (AC+ e CC+) resulta em melhor penetração. Figura 16 - Efeito da Corrente na Junta Soldada 34

35 Efeito da variação de Tensão (V): A Voltagem influencia na forma da seção da junta soldada e na aparência externa da solda (figura 17). É importante saber que a redução da tensão resulta em um arco elétrico estreito, o que é necessário para uma penetração melhor em um chanfro fundo. Figura 17 - Efeito da Tensão na Junta Soldada 3.4. Não Conformidades na Soldagem: Nenhuma estrutura soldada é perfeita. Todas contêm descontinuidades. O tipo, a frequência e o tamanho destas descontinuidades variam de método de soldagem para outro, dependendo também do planejamento e da execução do trabalho realizado. Quando uma descontinuidade assume uma característica indesejável na junta soldada (e isto depende do projeto da junta, associado aos esforços, temperaturas e ao meio ao qual a solda será exposta) ela pode ser considerada um defeito, e neste caso os defeitos são considerados não conformidades e podem exigir retrabalhos. Uma boa qualidade no processo todo e uma boa gestão são importantes para evitá-los. Para a fabricação de uma estrutura soldada, é necessário que a solda e a estrutura tenham dimensões e formas dentro de tolerância exigidas pelas Sociedades Classificadoras, particularmente na construção naval. 35

36 A seguir, serão expostas algumas não conformidades, que podem ser separadas em dois grupos: não conformidades dimensionais (desalinhamento da junta, perfis incorretos de solda e distorção angular) e não conformidades estruturais (inclusão de escória, falta de fusão, falta de penetração, porosidade, mordedura e trincas) Desalinhamento da junta: O posicionamento ou o dimensionamento inadequado das chapas a serem soldadas pode levar ao desalinhamento da junta, como ilustrado abaixo (figura 18). Problemas de distorção anteriores podem motivar desalinhamentos e uma formação incorreta da junta. É um dos defeitos mais sérios já que são descontinuidades estruturais, podendo comprometer a estrutura como reforço. A solução correta é goivar e posicionar corretamente as chapas. Em estaleiros, é comum a prática não adequada de reforçar com um passe, escondendo o desalinhamento. Figura 18 - Desalinhamento de chapas Distorção Angular: Este é um tipo de defeito dimensional que pode ocorrer na construção de painéis de blocos de navios. A aplicação do calor nas regiões soldadas pode dar origem a tensões residuais de alta magnitude e causar distorções. Diferenças entre parâmetros utilizados (velocidade de soldagem e corrente, por exemplo) entre os dois lados na soldagem em juntas em T (figura 19) podem causar isto. Outra causa é aporte de calor excessivo em juntas de topo (embicamento, figura 20). Este subtópico será mais bem detalhado adiante. Técnicas de sequências de soldagem mais criteriosas e empregos de dispositivos de rígida fixação de reforçadores, como por exemplo, pequenas barras entre eles para melhor restrição, podem ser usadas para evitar tal descontinuidade. 36

37 Figura 19 - Distorção em junta "T" soldada em ambos lados Figura 20 - Embicamento em junta de topo Perfis incorretos de solda: Os perfis incorretos de solda podem ter influência considerável no comportamento da estrutura sob carga. São causados pelo não seguimento de práticas e parâmetros corretos estabelecidos para cada junta soldada. A seguir seguem alguns desses perfis incorretos que comumente são encontrados na produção em um estaleiro. Um bom conhecimento sobre os processo e parâmetros utilizados e o acompanhamento rígido de EPS e/ou de preferência IEIS são soluções para evitar tais defeitos dimensionais. A garganta da solda em ângulo, altura do triangulo retângulo formado, é a medida desejada em inspeções e é comparada a valores teóricos aceitáveis pelas Sociedades Classificadoras, através da inspeção com um calibre de solda. É importante que essa garganta não apresente concavidade ou convexidade excessiva (figura 21). Por exemplo, a concavidade excessiva é comum em soldas descendentes verticais pela ação de gravidade. Figura 21 - Convexidade excessiva / Normal / Concavidade Excessiva 37

38 Porém as pernas podem ser assimétricas, como visto na figura 22 a seguir. É importante que não sejam excessivas ou reduzidas. O motivo principal para esta não conformidade é o manuseio incorreto do eletrodo por parte do soldador, como uma angulação inadequada do eletrodo. Figura 22 - Solda assimétrica em junta "T" Outro perfil incorreto da junta é a angulação e altura excessivas do acabamento da solda, em juntas de topo (figura 23). Segundo a resolução 47 da IACS [10], a altura (em relação ao metal base) não pode ultrapassar 6 mm, e a angulação deve ser menor que 60. É comum em estaleiros da região a idéia de que essa altura é desejável para reforço, porém é desnecessária. Figura 23 - Altura e Angulação de Acabamento Inclusão de escória: Este termo é usado para descrever partículas de óxido e outros sólidos não metálicos aprisionados entre passes de solda ou entre a solda e o metal base (figura 24), se configurando em uma falha física interna. A escória tem a característica de ser refratária (tem alta temperatura de fusão) e de ter baixa densidade. Ao soldar um passe seguinte sobre uma região que tinha uma escória não retirada, o aporte de calor imposto pode não ser capaz de fundi-la e esta pode ficar aprisionada no metal. Também se a soldagem promover uma solidificação rápida, a escória formada pode não sobrenadar e 38

39 ficar aprisionada. Ela pode também flutuar sobre o arco e ser encoberta pelo metal fundido. Figura 24 - Inclusão de Escória As causas podem ser as seguintes: insuficiente controle do consumível e técnicas de manuseio incorreto; remoção insuficiente e incompleta da escória de passes anteriores ou falta de limpeza da região a ser soldada; resfriamento rápido do metal fundido, aprisionando a escória no interior da solda; fluxo inadequado ou insuficiente que proporcione uma atmosfera oxidante. Vale ressaltar que a inclusão de escória será notada apenas em ensaios não destrutivos volumétricos, como radiografia e ultrassom. Logo se deve ter atenção na preparação da junta e em todos os parâmetros corretos a se utilizar Falta de fusão: A falta de fusão (figura 25) pode ocorrer na linha de fusão, como é mais comum, ou entre passes adjacentes. O defeito pode ser causado pela: insuficiente fusão do metal base (ou do cordão previamente depositado); ou inadequada manipulação do consumível; ou pelo uso de energia muito baixo; falta de limpeza da junta; ou pela soldagem em chanfros muito fechados, onde o arco elétrico não possa penetrar 39

40 totalmente. É fundamental que o arco seja direcionado corretamente para a fusão devida da parede do chanfro. Figura 25 - Falta de Fusão na linha de fusão (parede do chanfro) A falta de fusão é um concentrador de tensões severo o que pode iniciar o aparecimento de trinca. Além disso, é uma descontinuidade que reduz a seção efetiva para resistir a esforços mecânicos Falta de Penetração: Este termo se refere à falha em se fundir o metal de adição com o metal base e assim não encher completamente a raiz (penetração incompleta, figura 26). Diversos fatores podem causá-la. Alguns fatores são: manipulação incorreta do eletrodo quando se está mais afastado; ou quando o eletrodo tem a dimensão maior causando dificuldade de endereçamento do arco elétrico; ou um projeto inadequado da junta soldada, com ângulo de chanfro pequeno ou abertura de raiz pequena; ou uso de baixa energia de soldagem. Figura 26 - Falta de Penetração na Raiz da Solda 40

41 Geralmente esta não conformidade, que se caracteriza como uma falha física, ocorre na raiz de chanfros V ou no meio da área soldada quando há solda por ambos os lados. Este último caso é de mais difícil detecção, somente em Ultrassom ou Radiografia depois de já realizada a solda. Assim como a falta de fusão, a falta de penetração causa uma redução de seção útil de solda além de ser um concentrador de tensões Porosidade: Os poros são vazios globulares frequentemente encontrados nas soldas, causados por gases que foram aprisionados, provenientes da atmosfera, do revestimento do eletrodo, da umidade da superfície soldada, etc. A presença de óleo, pintura, ou seja, de sujeira na região a ser soldada conduz à porosidade. Esses vazios são gases absorvidos pelo material em fusão e expelidos, porém não expelido suficientemente depressa para evitar o aprisionamento. Vale ressaltar que essa descontinuidade é uma falha física e muito comum nos estaleiros da região (figura 27). Figura 27 - Porosidade no interior e na superfície 41

42 Em síntese, as causas podem ser apresentadas como sendo: por hidrogênio, oxigênio, nitrogênio excessivos ou umidade na atmosfera de soldagem, o que se pode solucionar regulando o gás protetor e manter o eletrodo seco e em boas condições (na estufa); ou pela solda se resfriar rapidamente, sendo o retardamento do resfriamento uma solução ou mesmo o pré-aquecimento; ou por junta soldada em condições de má limpeza (tinta, graxa, água, etc.); ou por insuficiente gás de proteção; ou por altas intensidades de corrente ou altos comprimentos de arcos que provoquem consumo indevido de desoxidantes do revestimento dos eletrodos. No momento em que há a troca de eletrodo, interrompendo e reacendendo o arco, pode surgir porosidade Mordedura: A mordedura nada mais é que o entalhe que aparece nas bordas de um cordão de solda. As causas podem ser as seguintes: fusão da borda superior devido a excessivas intensidades de corrente (especialmente a superfície) ou a velocidade excessiva de soldagem; manipulação indevida do eletrodo, especialmente quando sua angulação está incorreta (por exemplo, quando faz ângulo pequeno demais com a superfície vertical nas soldas de angula figura 28 a seguir). Vale também ressaltar que assim como a porosidade, é uma falha física e comum nos estaleiros. Figura 28 - Mordedura em soldas de ângulo 42

43 Trincas: A trinca resulta da presença de tensões localizadas que aparecem no resfriamento da junta em alguns pontos e que excedem a tensão à ruptura do material, podendo ocorrer a qualquer temperatura. Na soldagem de aços navais, de baixa liga, é possível existirem trincas a frio na ZTA (Zona Termicamente Afetada) e trincas de solidificação (a quente) no metal de solda. A trinca de solidificação (figura 30) ocorre longitudinalmente no meio da junta soldada e costuma, mas nem sempre, se propagar à superfície. É causada pela presença de impurezas no metal ou na superfície a ser soldada, e por altas velocidades de soldagem. Além disso, podem ocorrer quando há uma interrupção no fluxo de calor empregado e a taxa de resfriamento sobe. Uma razão elevada da profundidade/largura do cordão relativamente alta (figura 29) também é motivo para trinca, pelo fato das tensões residuais do metal base serem elevadas e em uma direção desfavorável. Figura 29 - Possibilidade maior de trinca em altas correntes e baixas tensões Figura 30 Exemplo real de trinca por solidificação 43

44 A trinca induzida por hidrogênio (figura 31) usualmente ocorre normalmente na ZTA perto da linha de fusão. Uma combinação de fatores é responsável por sua aparição. Os fatores, que devem ocorrer conjuntamente, são os seguintes: alta taxa de resfriamento (em geral associada a um baixo aporte de calor), altas tensões localizadas (residuais), alto teor de hidrogênio e em estruturas martensíticas (com alto teor de carbono equivalente (Ceq)). Soluções para evitar são: pré-aquecimento, utilização de consumíveis de baixíssimo teor de hidrogênio (secos), e aumento de aporte de calor. Figura 31 - Exemplo de trinca induzida por hidrogênio na ZTA 3.5. Tensões e Deformações provocadas pela Soldagem: Como visto na Introdução do atual projeto, as motivações que objetivaram o estudo do mesmo foram as aberturas excessivas para soldagem e blocos deformados na edificação de navios, ou seja, foram problemas dimensionais encontrados em estaleiros da região do Rio de Janeiro. Deformações provocadas pela soldagem e por técnicas de montagem inadequadas são responsáveis por isso, e quase sempre são negligenciadas nos estaleiros, sendo tratadas de forma corretiva apenas. A soldagem é um processo caracterizado por um aquecimento térmico altamente localizado (Aporte de Calor, tópico 3.3), provocando consequentemente tensões residuais e deformações. O conhecimento das tensões residuais e das deformações é de fundamental importância no projeto e na fabricação de uma estrutura soldada. 44

45 Tensões residuais: As tensões residuais em soldagem são tensões internas que permanecem na estrutura após a execução da operação de soldagem e são geradas por escoamentos localizados que ocorrem durante o ciclo térmico da mesma [12]. Vale ressaltar que é muito difícil de calcular com precisão os valores dessas tensões residuais e deformações. De modo a perceber a origem das tensões residuais na soldagem, é importante entender o fenômeno que ocorre durante o ciclo térmico da soldagem. Quando um material é aquecido, as dimensões aumentam proporcionalmente à variação de temperatura, fenômeno descrito na equação de dilatação térmica: L L 1 L 0 L T 0 Onde: L = Variação do comprimento inicial L 0 L 1 = Comprimento final = Coeficiente de dilatação linear Se um corpo for aquecido e resfriado de modo uniforme e não existirem restrições às variações dimensionais, após o ciclo térmico o corpo não deverá apresentar nem tensões residuais nem distorções geométricas. Mas na realidade não é de modo uniforme que a variação da temperatura ocorre, e se esta peça apresentar restrições que a impeçam de expandir ou contrair livremente, tensões residuais e distorções poderão se desenvolver [11]. Tensões residuais Longitudinais: A figura 29 a seguir ilustra o desenvolvimento de tensões na soldagem, devido a esse aquecimento localizado e não uniforme: 45

46 Figura 32 - Desenvolvimento de tensões longitudinais na junta de topo na soldagem [11] A seção A-A (figura 32) se encontra distante da poça de fusão e ainda não se está ainda aquecida pela fonte de calor, não existindo variações de temperatura nem tensões. Na seção B-B, junto ao material em fusão, o material tende a expandir-se devido às altas temperaturas, porém é restringido pelas regiões mais frias da chapa, gerando assim tensões de compressão em regiões próximas da zona fundida e tensões de tração em regiões afastadas do cordão. Quando o limite de escoamento é atingido, o material aquecido deforma plasticamente por compressão. Vale ressaltar que como o material está liquido na zona de fusão, as tensões são nulas. Quando há o resfriamento e a solidificação, ele se contrai, sendo impedido novamente pelas regiões afastadas mais frias. Consequentemente, na região C-C, surgem tensões de tração junto ao cordão e de compressão nas regiões afastadas, que aumentam de intensidade ao longo do resfriamento levando ao escoamento da região aquecida. Após o resfriamento completo, na seção D-D, as tensões residuais no eixo do cordão atingem níveis que podem ser próximos aos de tensão de elasticidade do material, apresentando distribuição como mostrado na figura

47 Tensões residuais Transversais: As tensões residuais transversais são relativamente de menor intensidade se forem comparadas às tensões longitudinais, e sua distribuição pode ser resumida à figura 33 a seguir: Figura 33 - Desenvolvimento de transversais em junta de topo [11] Efeitos das Tensões Residuais: Além das deformações, que serão estudadas no próximo tópico, as tensões residuais influenciam o comportamento das soldas de diversas maneiras como: aumentam o risco de ruptura frágil, alteram a estabilidade dimensional, diminuem a resistência à corrosão sob tensão, modificam a resistência à fadiga, afetam a detectabilidade de descontinuidades em NDT como Ultrassom e afetam o risco de fissuração, de trincas. O nível de tensões residuais depende do tipo de aço (relação Limite de Escoamento (LE) / Limite de Resistencia (LR)) assim como a necessidade de se aliviar essas tensões. Aços de alto limite elástico e os de maior relação LE/LR não só acumulam mais tensão como podem se tornar perigosos em operação caso não forem aliviados. O alivio pode ser térmico ou mecânico (martelamento, peening, etc.). Não é o caso do aço comum naval, que por ser de baixa resistência, tem uma capacidade de dilatação maior. 47

48 Deformações resultantes das tensões residuais: Se a estrutura soldada não apresentar suficiente rigidez, haverá deformações, tendendo a aliviar as tensões residuais. As deformações são proporcionais à extensão das zonas plastificadas. Na soldagem, elas são uma reação às tensões residuais (tópico 3.5.1), como podemos ver na figura 34 abaixo. Figura 34 - Deformações usuais em soldagem de topo e em ângulo [12] 48

49 As deformações resultam em retrabalho acentuado e atrasos na obra, garantindo maior custo de mão-de-obra e gastos com aparatos para desfazê-las. A combinação de aberturas grandes de juntas e solda manual lidera para o chamado over-welding, e exacerbam as distorções. Em casos extremos, o uso de maçarico não garante a correção da deformação. Adicionalmente, se necessitam cortes e operações de reparo de solda (goivagem, etc.) para correção do problema. Ou seja, se tornam necessárias técnicas que previnam tais deformações de ocorrerem (figura 35). TÉCNICAS Figura 35 - Esquema Distorções - Aberturas - Retrabalho 3.6. Técnicas na Soldagem a evitar deformações: A execução da soldagem requer um planejamento cuidadoso, desde a preparação das juntas, estabelecimento de procedimentos, definição de equipamentos até estudo das sequências de soldagem utilizadas para a não ocorrência de todas as não conformidades descritas no tópico 3.4 e para o controle de tensões residuais e deformações que podem vir a ocorrer, descritas no tópico 3.5. Para se obter menores distorções, alguns fatores ideais devem ser sempre seguidos: usar o menor tamanho possível de solda; depositar os cordões em torno do eixo neutro da peça; usar o menor tempo possível entre os cordões; usar o menor número de passes [14]. Uma filosofia utilizada no ramo naval internacional [13] e aplicada para minimizar as distorções na soldagem na construção de blocos é a seguinte: minimizar quanto possível o aporte de calor na soldagem e ao mesmo tempo maximizar as restrições na construção de blocos em estaleiros. Para atingir menores distorções, as quatro técnicas seguintes são propostas: 49

50 Maximizar as restrições durante cada operação de soldagem. Aprimorar design e preparações das juntas soldadas: Minimizar o aporte de calor aplicado (excluir o overwelding). Aprimorar as sequências de soldagem. Um modo de diminuir ou contrariar as distorções originárias das soldagens é a utilização de fixadores rígidos das estruturas a soldar. No entanto, as tensões residuais e as deformações têm comportamentos opostos. Um componente que esteja rigidamente fixo enquanto soldado, apresentará tensões residuais elevadas. Pelo contrário, se for soldado livremente, a distorção será elevada e as tensões residuais baixas relativamente. Assim, consequentemente, na prática não é possível fabricar um componente soldado que, simultaneamente, apresente baixos níveis de tensões residuais e de deformações. Tem que ser sempre encontrado um compromisso, ou então utilizar metodologias complementares, como o uso de enrijecedores ou de tratamentos térmicos e/ou mecânicos. Os dispositivos de montagem (figuras 36 e 37) são muito utilizados em estaleiros para garantir restrição e evitar a deformação, especialmente os cachorros para soldagem e cunhas para preparação da junta e ponteamentos. Durante a construção de blocos, essas restrições são ponteadas ou soldadas temporariamente na estrutura em pontos críticos. Figura 36 - Dispositivos de montagem para restrição [12] 50

51 Figura 37 - Fixação de um bloco para soldagem [13] Outra solução é aprimorar o design e a preparação das juntas soldadas, evitando aberturas (gaps) e ponteamentos excessivos que resultariam em soldas largas e com muito aporte de calor e consequentemente em maiores distorções. Para isso, a fiscalização é essencial. Há uma direta relação entre os pontos aplicados e a qualidade da solda já que os pontos serão dissolvidos na mesma. Ponteamentos pobre podem promover falta de fusão, escorias, e gargantas excessivas. Por exemplo, é aconselhado [13] que a altura dos pontos sejam de 3 mm para gargantas de 4 ou 5 mm em soldas filete. Eletrodos de menores diâmetros são uma alternativa pra esse precisão. Outra mudança que está sendo utilizada para minimizar distorção em painéis finos são procedimentos de soldagem para o uso de chanfros mais estreitos [13]. Em relação a evitar o alto aporte de calor em juntas em T, que constituem em 80% das juntas soldadas em navio aproximadamente [5], é essencial que os soldadores saibam as gargantas que devem atingir, não ultrapassando nem deixando de atingir essas. Para isto, é necessária a divulgação das tabelas de soldagem (figura 38) de acordo com a região a ser soldada, para os encarregados e que esses repassem aos soldadores os valores. Com um calibre se pode inspecioná-los. Apesar de atualmente as gargantas serem pequenas, de 3 a 5 mm nos novos projetos, há determinadas regiões que precisam de maior reforço de solda. 51

52 Figura 38 - Exemplo de tabela de solda para inspeção de gargantas de solda (no caso, no Proa) É necessário estabelecer, de antemão, qual será a sequência de soldagem da estrutura e a sequência de deposição dos passes e cordões que compõem uma dada junta. A sequência de soldagem deve ser adequada para cada projeto (figura 39) Sequências de Soldagem utilizadas: No caso, por exemplo, da deposição de um cordão de um passe só, podem ser empregadas as seguintes sequências: passes corridos, passes simétricos, passes orientados e passes progressivos. Já nos caso de cordões de múltiplos passes, a progressão da soldagem pode ser por passes corridos, por blocos ou em cascata. Antes de se seguir com os tipos de soldagem, as regras básicas para o estabelecimento da sequência de soldagem são [1]: se houver grande número de juntas, em mesmo plano, não restringir na medida do possível as contrações neste plano, mantendo extremidades livres; juntas com possibilidades de se contrair muito devem ser soldadas no início, deixando para o fim aquelas que apresentam baixos níveis de 52

53 contração; sempre que possível, soldar simetricamente em relação ao eixo neutro da peça para contrabalancear as tensões (exemplo: em chapas de maior espessura, usar chanfro X em vez de V). Figura 39 - Exemplos de distorções em fixação (restrição) inadequada [13] expostos após: A figura 40 a seguir contém esses exemplos e comentários sobre cada uma serão Figura 40 - Tipos de Sequências de Soldagem Utilizadas 53

54 Sequência Corrida: É a sequência contínua. Normalmente é utilizada em soldas curtas, em cordões de apenas um passe e em procedimentos automáticos. A taxa de deposição é bastante alta, porém provoca distribuição assimétrica de tensões residuais, o que exige ponteamentos eficientes para evitar distorção. Sequência com Passes a Ré: Nessa técnica, o soldador solda diferentes trecho de determinado comprimento no sentido oposto ao da progressão de soldagem, de maneira que o cordão seguinte termina no ponto que o anterior acaba (figura 41). Assim, se consegue uma distribuição mais uniforme de tensões residual e logo baixo níveis de distorção. Porém, a eficiência operacional é relativamente baixa, e as maiores quantidades de abertura e encerramento do arco elétrico são mais suscetíveis a defeitos na solda. Figura 41 - Soldagem com passes a ré (Back Step Technique) Sequência Simétrica (centro-extremidade): Esta técnica também difundida consiste em dividir ao meio o comprimento total da junta e soldar simetricamente, a partir do centro até as extremidades. É recomendada quando se desejam baixos níveis de distorção, sendo a distribuição das tensões simétrica. 54

55 Sequência com passes orientados: Neste tipo de sequência, vários trechos do cordão são espaçados um dos outros segundo orientação previamente estabelecida. A eficiência operacional é baixa e há também a maior possibilidade de defeitos na abertura e encerramento do arco, porém a distribuição de tensões e as distorções são mais uniformes que as demais se bem estudado o caso. Dificilmente é utilizada em estaleiros. Progressão por Passes Corridos: Neste método, cada passe do cordão é continuamente depositado ao longo de toda extensão da junta. É de alta eficiência operacional. Progressão em Cascata: É uma progressão empregada em combinação com a técnica de passes a ré, e tem a vantagem de não provocar grandes defeitos de soldagem. Eficiência operacional baixa, logo empregado em casos especiais (figura 42). Figura 42 - Ilustração de Sequência em Cascata Na construção de blocos de navios, a filosofia center-out de solda dos elementos está em destaque internacionalmente, justamente para se evitar distorções. A sequência com passes a ré combinados (figura 41) simultaneamente com essa filosofia é uma alternativa sendo empregada em estaleiros mais modernos [13]. Segue ilustração da filosofia center-out (figura 43): 55

56 Figura 43 - Soldagem "Center-Out" em gigantes transversais [13] Em relação à escolha da melhor sequência a ser utilizada na construção e montagem de blocos de navios, é uma decisão complicada devido às inúmeras possiblidades. Com o intuito de facilitar essa escolha para menores tensões residuais e distorções, atualmente já se encontram programas de computador capazes de analisá-las confiavelmente. 56

57 4. Estudo de caso Soldagem na construção de um painel típico naval: O projeto atual tem o objetivo principal de analisar criticamente os métodos de soldagem utilizados (sequência, parâmetros gerais, defeitos observados) de um bloco típico de um navio de apoio às plataformas, em um estaleiro de pequeno porte da cidade do Rio de Janeiro. Também serão abordados aspectos relativos à montagem utilizada. O foco principal é uma análise da qualidade dos processos, a fim de se propor soluções para melhoria. Assim sendo, em um estaleiro da região, a construção de um bloco desde a disposição das primeiras chapas foi acompanhada e medições julgadas importantes foram realizadas. A seguir seguem mais informações a respeito do bloco, das etapas e das medições realizadas para que a qualidade seja mais bem analisada nos tópicos subsequentes O Bloco estudado: Os estaleiros do Rio de Janeiro têm como demanda principalmente os navios de apoio à plataformas, como PSVs (Platform Supply Vessels), AHTS (Anchor Handling Tug Supply), entre outros. O bloco analisado é um bloco de um PSV de aproximadamente 100 metros de comprimento total (LOA) e 19 metros de boca (B). O Bloco de estudo é um bloco situado logo à ré da Praça de Máquinas, entre o Tween Deck e o Main Deck, como se pode ver em laranja na figura 44 a seguir. O Bloco se prolonga de um bordo a outro, e nele se situam partes dos tanques do costado duplo (laterais BB e BE), que são tanques de lastro, e partes de tanques de óleo diesel de carga e de óleo diesel doméstico. 57

58 Figura 44 Visualização da posição do Bloco estudado Segundo o desenho aprovado pela Classificadora, a estimativa é que o bloco estudado possua um peso de 22,498 toneladas, se é claro for construído como no desenho de projeto. Por razões de limites de espaço interno para construção e capacidade de içamento disponíveis, o estaleiro em questão resolveu dividir o bloco em 2 partes, uma de vante e outra de ré (ver em laranja no desenho acima). Primeiramente, o estaleiro construiu a parte de ré do bloco, e será somente esta parte (em X na figura 44) que será analisada. Seguem abaixo informações gerais de tipos de soldas (figura 45), números de reforços, etc.: Figura 45 - Informações do bloco estudado Para melhor descrição das medições feitas, o processo de construção foi dividido em cinco etapas, seguindo a ordem cronológica de execução utilizada pelo estaleiro em questão: 58

59 Etapa 1: Soldagem das Chapas de Convés SAW: Etapa 2: Montagem dos Reforçadores: Etapa 3: Soldagem em Posição Plana (2F) de elementos estruturais Etapa 4: Nivelamento e Travamento do Bloco: Etapa 5: Soldagem Vertical de elementos estruturais: A seguir, estas etapas serão melhores descritas Etapa 1: Soldagem das Chapas de Convés SAW: Nos estaleiros de pequeno porte da região, inclusive no tido como base para este projeto, os aços são normalmente provenientes da USIMINAS, e já chegam com shopprimer para proteção contra oxidação. Apenas algumas peças de aço (tubulações, calhas, etc.) são fabricadas nos estaleiros dessa região. As soldas a serem feitas são das chapas de convés de 8 mm de espessura (interno). As chapas se encontram sobre pontaletes ao ar livre, não sendo posicionadas em uma linha de painelização como ocorre, por exemplo, em estaleiros mais modernos. Foram todas seis primeiras dispostas e ponteadas no dia 18/06. Quando as soldagens em 5-6, 6-7 e 7-8 (20/06) ocorreram, todas as chapas já estavam ponteadas por eletrodo revestido. Ou seja, quando as primeiras soldas começaram a serem feitas, o painel estava incompleto, sem o ponteio de algumas chapas. Mais adiante, podemos ter mais detalhes dos ponteamentos. Quando essas soldas ocorreram, todas as chapas estavam somente apoiadas sobre os pontaletes, não estando fixas a uma base. A soldagem pelo outro lado é feita com Arco Submerso assim que o bloco, com todos os elementos já montados e soldados, é virado. Não foi possível realizar medições desta etapa posterior, já que somente será feita a soldagem num futuro distante. Vale ressaltar que os trabalhadores, antes da soldagem, passaram uma espécie de verniz na região a ser soldada para evitar oxidação no chanfro. Foi visto que, nas EPSs de muitos estaleiros inclusive esse em questão, esses vernizes (geralmente rosa) são permitidos. 59

60 Figura 46 - Disposição das chapas de convés e sequência de soldagem utilizada nesta etapa (SAW) A sequência de soldagem nesta etapa foi a seguinte: de Boreste para Bombordo, e da Vante para a Ré, ou seja, as primeiras soldas foram em sequência: 1-2, 2-3, 3-4, e assim por diante. Na figura anterior 46, uma seta laranja representa a direção de sequência de soldagem realizada. As juntas de topo soldadas foram todas de chanfro reto, considerando que é aceitável para chapas de baixa espessura (abaixo de 12 mm pela DNV, por exemplo). Abaixo segue uma visualização do chanfro típico utilizado nesta etapa, já com verniz rosa, antes da soldagem (figura 45). Figura 47 - Chanfro reto e verniz utilizados nesta etapa SAW Em relação aos ponteamentos realizados (figuras 48 e 49), todos foram realizados através de eletrodo revestido (SMAW). O comprimento dos pontos variou entre 60 mm (soldas 1-2, 2-3) e 100 mm (3-4, 4-5, 5-6, 6-7 e 7-8). O operador da 60

61 máquina de solda SAW pediu para os ajudantes pontearem uma distância maior para melhor fixação. A distância entre pontos adjacentes foi de aproximadamente 250 mm. Esses valores são importantes para saber o nível de fixação entre chapas, para evitar distorções transversais principalmente, e consequentemente maiores aberturas de chanfro. Ao longo do comprimento de 5675 mm das chapas, foram realizados de 18 a 20 pontos. Figura 48 - Comprimento de pontos em juntas de topo (100 mm) Figura 49 - Distancia entre pontos adjacentes (250 mm) Uma característica importante para a qualidade das soldagens das chapas é o uso de chapas chamadas de esperas ponteadas em ambas as extremidades do cordão, que possuem a função de ser região não estrutural e temporária para a abertura e o fechamento do arco. Segue a figura 50 ilustrando o que se é usual utilizar em soldas de arco submerso em estaleiros do Rio de Janeiro e do mundo. Como visto no tópico relativo aos defeitos em soldagem, regiões da abertura e o fechamento do arco elétrico têm maior susceptibilidade a apresentar descontinuidades. Assim sendo, a solda fica contínua no cordão soldado, sem interrupções. 61

62 Figura 50 - Chapas para continuidade SAW ("espera") Todas as soldagens entre chapas 1 a 8 foram acompanhadas e medições foram realizadas antes e após as mesmas. A seguir, os procedimentos utilizados serão detalhados, com parâmetros envolvidos, fotos, e defeitos observados. Soldagem das chapas 1-2: Figura 51 - Parâmetros soldagem 1-2 e Observações 62

63 Figura 52 - Realização do Passe 1 (1-2) Durante a realização do 2 passe da soldagem entre chapas 1-2, a máquina de arco submerso se desvencilhou do trilho, que estava mal apoiado, interrompendo sua progressão. Então, o calor foi se acumulando (figura 53), causando o furo das chapas e essa grande descontinuidade vista. Não houve a atenção do operador na preparação. O reparo foi realizado com eletrodo revestido. Como vemos na figura 54, o tempo total de reparo neste passe foi de 45 minutos, considerando mais 7 poros para reparo. Figura 53 - Furo em região do descarrilamento da maquina. Solda das chapas 2-3: (2-3). Seguem as figuras 51, 52 e 53 com informações e figuras da soldagem realizada 63

64 Figura 54 - Parâmetros soldagem 2-3 e Observações Figura 55 - Soldador reparando poro com SMAW após esmerilhamento Durante a realização do 1 passe da soldagem entre chapas 2-3, a máquina de arco submerso se desvencilhou novamente do trilho, que estava mal apoiado, interrompendo sua progressão. Então, o aporte de calor na região (figura 56), causando outro furo das chapas e essa grande descontinuidade vista. Não houve a atenção do operador na preparação. O reparo foi realizado com eletrodo revestido. 64

65 Figura 56 - Furo devido ao descarrilamento Solda das chapas 3-4: (3-4). Seguem as figuras 57 e 58 com informações e ilustrações da soldagem realizada Figura 57 - Parâmetros soldagem 3-4 e Observações 65

66 Figura 58 Poros após 1 passe Solda das chapas 4-5: Segue a figura 59 com informações da soldagem realizada (4-5). Figura 59 - Parâmetros soldagem 4-5 e Observações 66

67 O operador visualizou, que em determinada região (até 0,3L),a abertura entre as chapas estava com abertura maior (figura 60) e pediu para o soldador soldar com eletrodo revestido essa região (figura 61). Não há procedimento oficial de especificação no estaleiro. Figura 60 - Abertura entre chapas aproximadamente 4 mm (até 0,3L) Figura 61 - Passe de eletrodo (SMAW) na região onde a abertura é de 4 mm (até 0,3L) Solda das chapas 5-6: Seguem as figuras 62, 63, 64 e 65 com informações e ilustrações da soldagem realizada (5-6). 67

68 Figura 62 - Parâmetros soldagem 5-6 e Observações Figura 63 - Poros ao longo do cordão 68

69 Figura 64 - Alta densidade de poros no final do cordão Figura 65 - Esmerilhamento antés de reparo SMAW Como visto na figura 65, o esmerilhamento dos poros não fot realizado em toda sua extensão. Isso foi observado muitas vezes ao longo desta etapa. Logo, há indícios que certa porosidade continuou no metal de solda em seu interior, após o reparo. Notase na mesma figura a chapa de espera curta, também fato comum. Solda das chapas 6-7: Seguem as figuras 66, 67 e 68 com informações e ilustrações da soldagem realizada (6-7). 69

70 Figura 66 - Parâmetros soldagem 6-7 e Observações Figura 67 - Aplicação de calor antes da soldagem do 1 passe 70

71 Figura 68 - Falta de fusão no início devido ao furo na espera curta Solda das chapas 7-8: Seguem as figuras 69 a 72 com informações e ilustrações da soldagem realizada (6-7). Figura 69 - Parâmetros soldagem 7-8 e Observações 71

72 Figura 70 - Esmerilhamento antes do início da soldagem Figura 71 - Alta concentração de poros ao longo do cordão Figura 72 - Furo no final da Soldagem do passe único 72

73 Figura 73 - Reparo somente com SMAW na região do furo nas chapas Após a realização dos reparos em cada um dos cordões descritos, houve a pintura dos cordões com primer (figura 74), para evitar a oxidação das regiões de solda, proteção contra chuva, etc. A figura abaixo ilustra essa preocupação do estaleiro. Figura 74 - Aplicação de Primer para evitar oxidação das soldas Figura 75 - Visualização do painel formado (Chapas 1 a 8 convés do bloco) 73

74 Deformações medidas após a soldagem das chapas de convés: Antes da soldagem, as chapas apresentavam as dimensões já descritas nos quadros anteriores do tópico. Durante cada soldagem realizada, não foram observadas deformações dimensionais nas direções X (vante e ré). O comprimento (L) continuou sendo 5675 mm antes e após a soldagem. O motivo dessa ausência pode ser por não deformarem plasticamente. Na direção Y (transversal), foi medida com treno de 50 metros para reduzir as incertezas, a largura de todo o painel após as soldagens realizadas. Considerando 2 mm de abertura antes da maioria dos cordões antes da soldagem e 4 mm na soldagem 7-8, se notou que o painel se contraiu 12 mm (figura 78). É uma contração pequena proporcionalmente à largura total de aproximadamente mm, porém pode influenciar em futuros desalinhamentos de blocos na edificação. Figura 76 - Contração transversal medida Após o final de cada passe final, notou-se o embicamento, mesmo que pequeno, das chapas adjacentes ao cordão no sentido negativo de Z, na região do próprio cordão como exemplifica a figura 37 (tópico 3.5.2). Porém, ao esfriarem, houve a contração e essas deformações verticais em alguns cordões diminuíram (notada a olho nú). Essas deformações finais nas regiões dos cordões foram medidas com uma linha de barbante e trena. Foram retiradas medidas de 3 pontos (A,B e C) ao longo de cada cordão, como indica a figura 77, a seguir. Na mesma figura, também apresentamos o comprimento total e a largura total do painel medida com uma trena de 50 metros. 74

75 Figura 77 - Pontos e Medições de embicamento (z) Os embicamentos medidos não foram acentuados. Somente em uma região, entre as chapas 6-7 (A), foi medida uma variação em Z(mm) de 12 mm, comparando antes e após a soldagem (figura 78). Esse empeno já é uma não conformidade. Figura 78 - Embicamento em 6-7 (A) 75

76 4.3. Etapa 2: Montagem dos Reforçadores: Após essas medições realizadas, agora vem o momento da riscagem, montagem e ponteio dos reforçadores primários e secundários para soldagem nas próximas etapas. O método de construção do painel de convés é o tradicional com a montagem por cima dos transversais (com colares, portanto), já descrito no tópico A riscagem é uma etapa importante para o posicionamento e o ponteamento na posição correta do reforçador em questão. Marcações são feitas no painel, indicando exatamente aonde será montado. É importante uma boa leitura do desenho de projeto. Um erro comum visto nos estaleiros é a indicação do lado da espessura do elemento. A montagem é realizada após a riscagem. Todos os reforçadores secundários longitudinais foram ponteados primeiramente, sem uma ordem e sequência exatas (figura 79). São utilizadas algumas ferramentas de fixação, como cunhas, para endireitamento dos reforçadores para ponteamento adequado (figura 33). Figura 79 - Montagem dos longitudinais de convés Figura 80 - Cunhas para fixação para ponteamento adequado Após a montagem dos reforçadores, foram montados e pontados os gigantes transversais e longitudinais respectivamente. Vale ressaltar que somente após a 76

77 montagem e o ponteio de todos os elementos (gigantes, anteparas, etc., figura 78) que a soldagem inicial foi realizada, destoando das etapas do método tradicional (tópico 2.1.1). Figura 81 - Montagem dos gigantes transversais no painel 4.4. Etapa 3: Soldagem em Posição Plana (2F) de elementos estruturais: A próxima etapa da construção do bloco realizada pelo estaleiro foi a soldagem na posição plana (2F) de todos os elementos (reforçadores, gigantes e anteparas). O método tradicional não foi utilizado. Utilizando uma sequência aleatória de soldagem das seguintes regiões, representada abaixo na figura 82, o estaleiro realizou essa soldagem na posição plana. Figura 82 - Representação da sequência de soldagem na posição plana (2F) utilizada 77

78 Representa uma vista superior do bloco com seus 25 HPs ( Holland Profiles ) longitudinais (em pontilhado), seus gigantes (em vermelho) e suas anteparas (em azul). A numeração das regiões (1 a 11) foi dada em função da sequência de soldagem de painéis realizada pelo Estaleiro de estudo. Nota-se que não há uma sequência lógica a ser seguida, apesar de terem iniciado a soldagem pelo centro. Vale ressaltar também que se deixou uma "espera" sem solda de 300 mm (das extremidades do perímetro do bloco) em cada elemento para que ajustes possam ser realizados na etapa futura de edificação e união com outros blocos sem necessitar goivagem, preparação, ou seja, mais retrabalho. Isso é uma boa prática quase que obrigatória que qualquer estaleiro deve usar sempre para evitar retrabalho desnecessário (figura 83). Figura 83 - Trecho na extremidade sem soldagem para evitar goivagem e retrabalho na Edificação Vale ressaltar que a sequência de solda dos elementos em cada região (1 a 11) foi diferente, aleatória de certa forma e será mais detalhada adiante. O início da etapa 3 foi no dia 03 de julho de 2014 e seu término em 09 de julho (tabela 1). Ou seja, a duração desta etapa foi de 5 dias. Tabela 1 - Datas - ETAPA 3: No dia 03/07, o bloco já se encontra com os HP's, Gigantes e Anteparas Centrais e Transversais montados e ponteados. Apenas a antepara long. do costado duplo e a antepara de costado ainda não foram montadas, já que estão em fase de construção (soldando painel do Costado Duplo ao lado). 78

79 Antes mesmo do inicio soldagem de 1 e 2, os HP s (reforçadores longitudinais) verticais das anteparas começaram a serem soldados pelo soldador B (figura 84). Vale ressaltar que os HPS perto das emendas verticais das anteparas transversais não serão soldados nesta fase. Isto porque as emendas verticais (3G) das anteparas transversais somente serão soldadas após a ETAPA 4, de Nivelamento e Travamento, já que são soldas verticais que chegam até a chapa. As características estão na tabela 2 abaixo: Tabela 2 - Características Soldagem HP verticais anteparas Figura 84 - Soldador B soldando os HPs verticas Figura 85 - Medição de Garganta da solda ascendente 3F (4mm) 79

80 Uma não conformidade normalmente encontrada em estaleiros da região é a solda descendente em 3F e 3G, sem uma EPS que valide a soldagem, já que a produtividade é maior e soldadores a preferem. Porém há maiores chances de defeitos e gargantas baixas por se necessitar um maior controle de velocidade e pela ação da gravidade. Logo, estaleiros costumam apenas aprovar EPS de soldagens ascendentes. A soldagem ocorreu na ascendente como se é pedido na EPS, e a garganta medida foi satisfatória (3 a 4 mm, figura 85). Nesse dia, o soldador A soldou respectivamente as regiões centrais 1 e 2 (tabela 3 e figuras 86, 87 e 88). Durante a soldagem, a montagem e ponteio de alguns gigantes (na região 9 e 7 (ré)) estava ocorrendo ainda. Primeiro foram soldaram os HPs, como mostrado na figura abaixo, e após a antepara foi soldada e finalmente os gigantes. Uma das razões por essa sequência de solda dada pelo soldador utilizada foi a preocupação para esfriar o outro lado do HP. Houve tempo suficiente para esfriar a região adjacente antes de soldá-la. Tabela 3 - Características Soldagem regiões 1 e 2 Figura 86 - Sequência de soldagem realizada na região 1 80

81 Figura 87 - Soldador A soldando a região 1 Figura 88 - Sequência de soldagem realizada na região 1 Na região em laranja marcada acima, em 2, foi notado que havia tinta primer para aplicação após a solda na chapa, aonde iria se soldar (figura 89). Mesmo o soldador pedindo para um esmerilhador limpar a região com escova rotativa, houve a presença de muitos poros (figura 90). Vale ressaltar que os poros em questão não foram esmerilhados a fundo, ou seja, somente pontos de solda com arame foram dados em cima destes para "repará-los". 81

82 Figura 89 - Primer antes de soldar Figura 90 - Poros mesmo após a limpeza No dia 04/07, a parte central (1 e 2) já se encontra concluída (2F apenas) e a soldagem da região 3 é feita pelo soldador C. No mesmo dia, ao lado do bloco, trabalhadores estavam concluindo a soldagem dos painéis da antepara do costado duplo com as cavernas BB e BE. No final do dia, já montaram esses painéis no bloco, somente faltando agora a montagem da chapa do costado. 82

83 Tabela 4 - Características Soldagem - região 3 Figura 91 - Sequência de Soldagem realizada na região 3 Foram registrados muitos poros durante toda a soldagem da região 3. Foi observado que o soldador não limpava com vassoura ou escova completamente as regiões antes de serem soldadas. 83

84 Figura 92 - Soldador C soldando a região 3 (falta de limpeza antes da soldagem) Novamente não houve a utilização de esmeril em nenhum reparo de poro para correção e assim garantir que no interior da solda não haja descontinuidade. Assim como o soldador A nas regiões 1 e 2, o soldador C utilizou apenas o próprio arame com ponteios para "esconder" o poro (figura 93). Figura 93 - Poros incorretamente reparados No dia 07/07, a região 4 (tabela 5 e figura 94), a região 5 (tabela 6 e figuras 96, 97) e a região 6 (tabela 7 e figuras 98, 99, 100 e 101) foram soldadas. Lembrando que toda a etapa de soldagem vertical entre elementos do painel somente foi realizada após o nivelamento e travamento do bloco. 84

85 Tabela 5 - Características Soldagem - região 4 Figura 94 - Sequência de Soldagem realizada na região 4 Figura 95 Soldadores D e E soldando simultaneamente as regiões 4 e 5, respectivamente. 85

86 Tabela 6 - Características Soldagem - região 5 Figura 96 - Sequência de Soldagem realizada na região 5 Já se pode afirmar que cada soldador utilizou a sequência de soldagem de sua escolha, o que tornou a sequência de soldagem do bloco inteiro aleatória, sem um acompanhamento e vistoria de um superior. O soldador E se preocupou muito mais com a limpeza e a condição da região que iria ser soldada. A região foi limpa com paciência com vassoura (figura 97). Não foi observado nenhum poro nos cordões de solda realizados por ele. Além disso, o soldador E citou que o ponteio dos HPs não foram bem realizados já que os pontos estavam com a garganta muito alta (figura 99), assim como ocorreu na região 6, com soldador A. Nenhum outro soldador reclamou disso. Por isso, ele, antes de soldar os HPs um ajudante a esmerilhou todos os pontos dos HPs, a fim de reduzir suas gargantas ("zerar o ponto"). Algo que deveria ser feito a evitar que a solda final fique com uma garganta alta, mas somente foi feito nesta região. 86

87 Figura 97 Soldador E fazendo a limpeza da região 5 antes de ser soldada. Não houve poros. Tabela 7 - Características Soldagem - região 6 Figura 98 - Sequência de Soldagem realizada na região 6 87

88 Figura 99 Alta garganta encontrada na região 6 (7mm) em região soldada sobre ponto Notou-se que o reparo de poros continuava não sendo feito com esmeril para chegar ao final da descontinuidade e soldar após, garantindo que não haja vazios ali (figura 101). Também os pontos estavam altos (3 mm) como registrado na região anterior, mas neste caso não houve o esmerilhamento para "zerá-los. Figura Soldador A soldando a região 6 Figura Reparos de poros sem o esmerilhamento necessário 88

89 No dia 08, simultaneamente os dois soldadores D e A estavam soldando respectivamente as regiões 7 (tabela 8; figura 102) e 8 (tabela 9; figura 103), desde o inicio do expediente até o final. Abaixo seguem as sequências e características dessas soldagens. O soldador D, como se pode ver na figura 102 a seguir, soldou primeiramente a antepara do costado duplo com a chapa, em seguida os gigantes com a chapa e finalmente os HPs com a chapa. Logo, soldador utilizou sequência distinta à região 4 que o mesmo soldou anteriormente, fato que evidencia a aleatoriedade e falta de supervisão do estaleiro nesta fase de construção do bloco. O mesmo será notado para o soldador A, mais adiante. Tabela 8 Características Soldagem - região 7 Figura 102 Sequência de Soldagem realizada na região 7 Tabela 9 - Características Soldagem - região 8 89

90 Figura 103 Sequência de Soldagem realizada na região 8 Figura Solda com garganta alta (5mm - tabela 9) No dia 09 de julho, o nivelamento e travamento do bloco começam a serem realizados, antes da finalização de todas as soldas planas (2F). Durante esta etapa de nivelamento e travamento, que será detalhada adiante, as regiões 9 e 10 (tabela 10; figuras 105, 106 e 107) estavam sendo soldadas na respectiva ordem pelo mesmo Soldador A. É um erro grave já que a soldagem das mesmas com certeza gerarão deformações no painel, afetando a credibilidade do nivelamento. Seguem abaixo a sequência de soldagem utilizada em 9 e

91 Tabela 10 - Características soldagem regiões 9 e 10 Figura Sequência de Soldagem realizada na região 9 Figura Sequência de Soldagem realizada na região 10 91

92 Figura Soldador A soldando a região 9 No final do expediente do dia 09/07, o Nivelamento e o Travamento do Bloco (Etapa 4) já foi finalizado. Porém, restou soldar a região 11 (tabela 11 e figura 108). Não houve um motivo apresentado como sendo o porquê dessa demora ao soldar essa região. Essa região foi soldada apenas no 15 de julho. Mais um indício de falta de organização no processo de construção de bloco realizado pelo estaleiro. Abaixo, segue a sequência de soldagem realizada pelo soldador C, mesmo soldador da região 3, e parâmetros utilizados: Tabela 11 - Características Soldagem região 11 Figura Sequência de Soldagem realizada na região 11 92

93 Após a soldagem da região 11, a soldagem plana (2F) com Arame Tubular (FCAW) foi finalizada, apenas no dia 15, sendo as regiões 9, 10 e 11 soldadas simultaneamente ou após o nivelamento do bloco, o que certamente não é adequado devido às distorções que podem ocorrer e assim invalidar o nivelamento, próxima etapa descrita. Também fica claro a falta de uma sequência de soldagem bem pensada para evitar os problemas dimensionais que vêm ocorrendo no estaleiro em questão Etapa 4: Nivelamento e Travamento do Bloco: O nivelamento do bloco é muito importante para evitar eventuais problemas dimensionais no encaixe" e união de um bloco com outro. Caso não seja feito, o bloco tem grandes chances de chegar torcido para a edificação, o que pode gerar grandes "gaps", aberturas e erros graves dimensionais, que afetarão sem duvida nenhuma a produtividade do estaleiro, com desperdício de hh, tempo e material. No estaleiro de estudo, isto é um problema recorrente e ignorado. Muitas "insert plates são utilizadas para reparo de gaps grandes. Ele deve ser feito antes do travamento do bloco, a fim de se garantir que os pontos da base do bloco estão no mesmo plano e consequentemente que o bloco não esteja torcido. Nos estaleiros da região para construção de navios de apoio, o Nivelamento antes do travamento é uma prática que deve ser utilizada, visto que os pontaletes donde o bloco é disposto costumam apresentar desníveis. Até o início da etapa 4 (dia 09 de julho, tabela 12), toda a soldagem em posição plana 1G (Arco Submerso etapa 1) já foi concluída, e quase todas as soldas na posição 2F (Arame Tubular) já foram também. Vale lembrar que a região 11 (Etapa 3) não foi soldada até este dia 09 (somente soldada no dia 15/07). As soldas verticais (3F e 3G Etapa 5) de união de elementos estruturais somente serão realizadas após o Nivelamento e Travamento para caso seja necessário correção dimensional, o bloco não apresente maior rigidez e restrição. Descrição do Nivelamento e Travamento realizados: A ideia do Estaleiro foi somente nivelar os pontos das extremidades de gigantes e anteparas no perímetro do bloco, deixando de fora pontos internos de cruzamentos de elementos primário, o que não é adequado, pois não há garantia que o bloco não esteja 93

94 em "alquebramento" ou "tosamento", o que pode acarretar em mudanças dimensionais na largura ou comprimento do bloco, por exemplo. Ao todo foram 18 pontos, em vermelho, mostrados na figura 109 a seguir. Tabela 12- Duração da etapa 4 Figura Pontos de medição de nível e valores das diferenças medidas Primeiramente, foi obtida uma referencia inicial #1 de verificação de nível, na ré da antepara longitudinal central de BB, situada a 300 mm de altura da chapa de convés (figura 110). A escolha por 300 mm foi aleatória. Poderiam ter sido 200 mm, 400 mm, etc. #1 Figura Referencia #1 em 1 94

95 O próximo passo foi utilizar uma mangueira de nível longa com água no interior. Um trabalhador a segurou em uma extremidade com a água atingindo o nível de #1 e outro trabalhador foi marcando com giz o mesmo nível, que é garantindo na altura máxima que a água atinge na outra extremidade, nos demais pontos sequência dos como mostra a figura 109 anteriormente ( 2 a 18 ). A altura d'água será sempre a mesma nas duas extremidades. Assim, essa referencia #1 (300 mm de altura em 1 ) é transferida a todos esses pontos para o nivelamento. O terceiro passo foi marcar com giz o ponto (#1") que possui altura de 300 mm da chapa base, utilizando uma trena como ferramenta, nos pontos 2 a 18. Agora sim se pôde obter a diferença dimensional (#1" - #1) nos 18 locais de nivelamento com uma trena (figuras 111 e 112). Essa diferença nos diz quanto que o local ( 2 a 18 ) em questão está desnivelado, em milímetros, em relação ao ponto 1. Sabe-se assim quanto se é necessário elevar ou "puxar" o local em questão para que fique nivelado à referencia #1. Por exemplo, visualizando a figura 109, nota-se que o local 5 apresenta diferença de + 24 mm (#1" - #1). Logo, o ponto 5 está elevado 24 mm em relação a 1, na realidade. Figura Diferença de 20 mm no ponto 4 (#1"-#1) 95

96 Figura Diferença de 43 mm no ponto 3 (#1"-#1) O quarto passo foi anotar essas diferenças nos locais para ser visível e garantir a memorização ao longo do nivelamento. A maior diferença encontrada foi no local 3, de 43 mm, sendo que no ponto seguinte a diferença para #1 já é significativamente menor, de 22 mm. Essas diferenças consideradas mostram a importância desta etapa. Uma diferença e erro de 20 mm na edificação posteriormente podem virar mais se for projetada para o final do elemento (por exemplo, por simples semelhança de triangulo retângulo). Por exemplo, 20 mm a mais em uma abertura de raiz impossibilitaria uma solda eficiente, visto que dificilmente há procedimentos de soldagem para tal abertura. A solução que resta é "insert plates" para correção, como ocorre comumente em estaleiros da região. Enfim, o quinto passo foi escolher uma nova referência. O encarregado preferiu ter essa nova referencia #2 como sendo o ponto 3, local onde o bloco é mais elevado, mais 43 mm elevado que a referência #1. Este é o motivo por ser escolhido como nova referencia. O encarregado acreditou ser mais prático ter que elevar os demais pontos (+20mm o ponto 4, +24mm o ponto 5, e assim por diante, nesta ordem), somente utilizando um macaco hidráulico (figura 113), para que os demais se nivelassem à #2, não sendo assim necessário um tortolho (figura 114), ferramenta muito utilizada em muitos estaleiro da região para puxar o bloco. Não foram utilizadas técnicas de caloria para o nivelamento. Somente técnicas mecânicas. Isso é prejudicial, pois gera tensões residuais ao longo do bloco todo. 96

97 Figura Macaco Hidráulico para elevar os pontos em relação a #2 Notou-se que entre o bloco e o macaco, os trabalhadores puseram cunhas de madeiras para que a tensão aplicada pelo macaco atinja o bloco (figura 113). Isso é muito perigoso, pois se trata de uma força absurda, que a madeira pode não aguentar e acabar causando um acidente e ferir gravemente quem estiver perto. Figura Tortolho: ferramenta para "puxar" o bloco, não utilizada nesta etapa O sexto e último passo realizado, portanto, foi o Travamento de cada região ( 1 a 18 ). A fase mais demorada desta etapa, consistindo da elevação dos demais pontos, 97

98 começando pelo 4, 5, 6 e assim por diante, e travamento dos mesmos. Um ajudante ficou segurando a extremidade da mangueira com nível d'água na altura em #2 (figura 115). Figura Trabalhador sustentando o nível em #2 (ponto 3) para nivelamento Ao mesmo tempo outro trabalhador aplica tensão com o macaco hidráulico (figura 116) para levante do local (+20 mm no 4, + 24 mm no 5, etc..) até que o nível d'agua na outra extremidade da mangueira no local (outro trabalhador a segura ali), ao elevarem o bloco. Figura Elevação do local até o nível d'água atingir #1 98

99 Assim que o nível d água atinge, o local é travado na base (figura 117), utilizando solda de eletrodo revestido de um reforço fixo pelo outro lado da chapa base. Figura Travamento do ponto nivelado Porém, houve um problema ao elevarem o local 5. Os trabalhadores notaram que o local 4 se elevou também. Como 5 está próximo a 4, separados por alguns metros somente, logo o local 4 deve estar bem fixo, travado, para que quando se levante o local 5, aquele não sofra alterações. O 4 se elevou também porque os pontaletes não são fixos na fundação e eles não foram nivelados no inicio, antes da dispersão das chapas para primeira etapa de soldagem. A solução do encarregado: tirar a medida em 4 do chão até o inicio do convés, sendo esta igual a 1250 mm. Portanto, cortaram barras como um pontalete novo para ali, de improviso e soldaram este no convés. Porém, quando novamente elevaram o ponto 5, o 4 continuou subindo (figura 118), é claro, já que este pontalete de improviso não estava fixado ao chão, somente apoiado. 99

100 Figura Pontalete de improviso não fixado se elevando com elevação do ponto adjacente A nova solução foi a seguinte. Subir o local 6 para que o 5 se eleve o quanto se gostaria. Por sorte, o 4 não se elevou, já que a tensão de levante aplicada pelo macaco estava mais distante, no local 6. Então colocaram mais uma barra de pontalete para travamento do bloco em 5. Aí, se pôde soldar a base do pontalete no piso, onde havia fundação de aço para tal, para que o nível de 5 não pudesse sofrer alterações. E assim por diante, com uma série de improvisos, sem qualquer sequência lógica, foram feitos para o nivelamento e travamento de todos os pontos, de 6 a 18. O processo de nivelamento e travamento durou aproximadamente 9 horas, todo o horário do expediente do dia 09/07, quarta-feira. Após esta etapa, a Etapa 5 (soldagem vertical -3F e 3G) foi realizada, se iniciando no dia 10/07. Esta seguinte etapa será mais detalhada a seguir Etapa 5: Soldagem Vertical de elementos estruturais: Com as chapas do costado a BB e a BE já acopladas ao bloco (figura 119), as soldas verticais entre elementos (3F e 3G - FCAW) começaram a ser feitas no dia 14/07. Primeiramente houve a soldagem de chapas das anteparas transversais (3G - Arame Tubular figura 119). Com isso, a soldagem dos HPs verticais situados próximos à 100

101 emenda poderiam já ser soldados à antepara, simultaneamente com as conexões entre elementos (figura 120). Figura Costado BB já montado e Soldas 3G de anteparas transversais sendo realizadas Figura Soldagem 3F dos HPs perto da emenda 3G soldada 101

102 Foi acompanhada a soldagem vertical (3F) feita pelos Soldadores D e E (tabela 13), com os seguintes parâmetros mostrados abaixo. Atenção foi dada se as soldas seriam ascendentes já que as EPS somente dão liberdade para isso. Isso é uma não conformidade que comumente se verifica em estaleiros da região. Vale ressaltar que neste bloco, corretamente as soldas 3F e 3G foram feitas ascendentemente. Porém, houve alguns HPs que soldaram até a extremidade da antepara, sem a espera para eventual correção dimensional na edificação para união com outro bloco. Caso necessário correção, parte terá que ser goivada, sendo assim desnecessária sua soldagem até a extremidade neste instante (figura 121). Tabela 13 - Características Soldagem Etapa 5 3F Figura 121 Realização da solda até a extremidade, sem a espera necessária Nos contornos de escalopes, na fase final de soldagem do bloco, os soldadores utilizam o eletrodo revestido (SMAW), pois é mais prático e o alcance é mais controlado. Porém, foi verificado que os eletrodos revestidos utilizados não eram confiáveis já que não se usava cochicho para mantê-lo seco. Na figura 122, o descuido 102

103 com a sujeira e com a umidade nos eletrodos utilizados é verificada, afetando diretamente o revestimento, o que certamente proporcionam defeitos nas soldas realizadas. Figura 122 Eletrodos Revestidos sem cuidado especial 103

104 5. Soldagem Simulada: Após todas as etapas realizadas, considerando que as soldagens foram realizadas sem o acompanhamento do procedimento correto (EPSs) e da ocorrência de muitos, seria um estudo muito interessante a realização de corpos de prova simulando os parâmetros utilizados na etapa de Arco Submerso (1G união de chapas de convés) e nas etapas de Arame Tubular (2F - solda de Gigantes e HPs na chapa de convés) do bloco estudado, utilizando os soldadores e operadores das etapas e as mesmas características das chapas. Assim que finalizado, o corpo de prova seguirá para cortes e macrografias serão realizadas para o estudo da soldagem utilizada. Assim, uma posterior análise do estudo de caso seria mais completa e confiável. Primeiramente, no mesmo estaleiro do estudo de caso, foi pedido que se cortassem chapas (figura 123) para que fossem obtidas duas chapas de 155 mm x 500 mm representado as chapas de convés, com os mesmos 8mm de espessura. Figura Corte com maçarico das Chapas representativas de convés A seguir, foi pedido que escovassem e limpassem a região a ser soldada, sem que alterasse o chanfro reto para posterior união por arco submerso. Depois, as chapas foram ponteadas três vezes com 80 mm cada ponto, mantendo a abertura de 2 mm assim como o realizado no Bloco estudado (figura 124). 104

105 Figuras 124 Abertura de 2 mm e Pontos de 80 mm no centro e nas extremidades Após o ponteio, as chapas foram soldadas com Arco Submerso (SAW). Foram feitos dois passes de solda. Os parametros utilizados foram semelhantes aos utilizados ao longo da construção do Bloco (Etapa 1, tópico 4.2). A seguir seguem esses parâmetros utilizados e observações visualizadas ao longo do processo (figuras 125, 126, 127, 128 e 129): Figura 125 Dados dos dois passes utilizados e descontinuidades observadas ao longo da soldagem Figura passe Arco Submerso 105

106 Figura Reparo com esmeril e eletrodo após descontinuidades do 1 passe Figura passe Arco Submerso Direção da Soldagem Figura Representação de pontos e descontinuidades (Arco Submerso) 106

107 Após essa soldagem com arco submerso, a idéia foi aproveitar o mesmo corpo de prova e soldar com Arame Tubular (2F) um HP de 9 mm espessura e uma chapa de 10 mm de espessura que represente os gigantes, do bloco. Assim sendo, foram obtidos um perfil bulbo HP e uma chapa ( gigante ) com essas espessuras. Esses elementos foram ponteados no corpo de prova anterior como mostrados na figura abaixo, sendo o gigante sem o bulbo. É bom lembrar que antes da montagem e ponteio do HP com a chapa, se esmerilhou a região da chapa a ser soldada, como mostra a figura 130 abaixo, para se analisar após a necessidade de esmerilhamento, comparando ao resultado obtido no gigante. Figura 130 Esmerilhamento para limpeza da região a ser soldada, antes da montagem do HP. A metodologia para a soldagem realizada foi a seguinte. As soldas interiores HPchapa e gigante -chapa foram realizadas pelo soldador D, mesmo que participou da soldagem em 2F do bloco. Já as soldas exteriores foram realizadas pelo Soldador B, participante também do processo de construção do bloco (figura 131). 107

108 Gigante HP Figura HP e "Gigante ponteados na chapa Em relação às características e parâmetros para a soldagem do interior (Soldador D) desse novo corpo de prova (figuras 132 e 133), vale dizer que se pôs tinta primer em uma região de encontro da chapa base com o gigante, utilizada em regiões normalmente soldadas para evitar a oxidação, antes da soldagem, simulando assim como foi verificado no processo de construção do bloco (soldagem da região 2 Etapa 3). Além disso, foram dados somente três pontos de arame tubular de 10 mm (nas extremidades e no centro) para unir os elementos antes da soldagem. Figura Região com tinta "primer" no interior antes da soldagem ( PULL Welding) 108

109 Figura Parametros da Soldagem (Soldador D - interior) Em relação às características e parâmetros para a soldagem exterior realizada pelo soldador B (figura 135 e 136), vale ressaltar que os pontos foram maiores, de 40 mm, e feitos por Eletrodo Revestido, assim como observado no processo de construção do bloco. Somente foram dados 2 pontos no HP e no gigante. Em cada elemento, apenas 1 ponto foi zerado com esmeril, antes da soldagem (figura 134). O outro ponto permaneceu do mesmo jeito para soldagem. Figura Ponto Externo "Zerado" com esmeril Figura Parâmetros da Soldagem (Soldador B - exterior) 109

110 Figura Soldador B soldando o "gigante" Após a soldagem interior e exterior respectivamente pelos soldadores D e B, o corpo de prova está finalizado. Segue a figura 137 representativa das soldagens do HP e do gigante realizadas, visualizando as dimensões dos pontos e descontinuidades encontrados (figura 138 e 139). Figura Representações da Região Soldada (interna e externa) do HP e do "Gigante" 110

111 Figura Região soldada com a presença de tinta. Poros somente ponteados com FCAW, sem esmeril e respingos devido à instabilidade do arco elétrico em contato com tinta. ( gigante ) Figura Furo ocorrido no final da soldagem SAW A seguir, segue imagem do Corpo de prova Final (figura 140), antes de levado para laboratório para corte e melhor estudo dos cordões de solda. Figura Corpo de Prova Final antes do corte A seguir segue uma tabela resumindo o que foi simulado no corpo de prova realizado (tabela 14): 111

112 Tabela 14 Resumo das Simulações Realizadas no Corpo de Prova O corpo de prova foi dividido em três partes (Convés (C), HP-Convés (HP) e Gigante-Convés (G)), e foram realizados os cortes seccionais para análises macrográficas das simulações descritas (figura 141).. Figura Cortes realizados em cada parte do corpo de prova (maior detalhe no ANEXO I) 112

113 Seguem adiante tabelas com descrições e comentários das análises macrográficas realizadas, sendo as macrografias disponíveis com maior detalhamento no Anexo I (tabelas 15, 16 e 17). Tabela 15 Descrição e comentários das macrografias realizadas (SAW convés) Tabela 16 - Descrição e comentários das macrografias realizadas (FCAW HP) 113

114 Tabela 17 - Descrição e comentários das macrografias realizadas (FCAW - Gigante) 114

115 6. Análise do Estudo de Caso: Quando se trata da instalação dos equipamentos, o cenário mais eficiente é o acabamento avançado, como ocorre nos estaleiros mais modernos da Ásia (Coréia e Japão principalmente), onde os equipamentos são montados no bloco antes de irem para a cabine de jato e pintura. Porém, isto infelizmente não é observado nos estaleiros da região e do Brasil, como constatado no estudo de caso realizado. Um fator que justifica é que muitos equipamentos (bombas e tubulações, por exemplo) vêm da Europa, e nos casos dos estaleiros asiáticos há facilidade logística já que a maioria destes é fabricada no próprio estaleiro ou em região próxima aos estaleiros, diferentemente do que ocorre no Brasil. No estaleiro de estudo de caso, o método de montagem de painéis planos utilizados é uma variante do método tradicional, abordado no tópico As chapas foram posicionadas neste caso em pontaletes, fixadas e ponteadas (parcialmente) e soldadas de um lado somente (SAW), sendo o outro lado soldado apenas após a virada do bloco. A soldagem não ocorreu neste momento, diferentemente do método tradicional. Somente após o posicionamento e montagem dos anéis enrijecedores longitudinais e transversais (por cima, com uso de colares), respectivamente, que as soldagens em posição plana (2F) de HPs, Gigantes e Anteparas foram realizadas (FCAW), porém em uma sequência aleatória de regiões, já descritas no tópico 4.4 (figura 82), sendo algumas soldadas durante e/ou após o nivelamento e travamento. Somente após o travamento que as soldas verticais foram realizadas. Durante as 5 etapas de construção do painel plano realizadas pelo estaleiro, foram notadas não conformidades e indícios de falta de qualidade, o que levou ao aluno a preparar um corpo de prova (tópico 5) simulando os mesmos parâmetros de soldagem utilizados e determinados eventos (por exemplo: Soldar sobre tinta primer; Reparar poros com pontos de solda sem esmeril) para uma melhor análise da macrografia da solda realizada. A seguir, serão apresentadas análises das etapas realizadas pelo estaleiro, tendo como base também o corpo de prova e macrografias já descritos no tópico anterior: 115

116 6.1. Soldagem das chapas de convés (topo - SAW): Seguem alguns parâmetros da EPS (preliminar) do estaleiro para soldagem de junta de topo de chanfro reto através de Arco Submerso (SAW), considerando que os operadores não a estavam portando: Figura Alguns Parâmetros de Soldagem da EPS preliminar A primeira crítica é em relação à falta de uma EPS oficial, com especificação de parâmetros importantes como a velocidade de cada passe (v), a energia de soldagem (E) e uma faixa de espessuras. Os operadores que determinaram a velocidade de cada passe pela experiência que possuem. O comprimento e a distância entre pontos dados pelos soldadores não obedeciam a nenhum procedimento, sendo mais uma vez suas experiências tidas como referencia. Nas soldagens das duas primeiras juntas de topo (chapas 1-2 e chapas 2-3), houve uma falha humana grave que ocasionou em perda de tempo e em significativo retrabalho. Em ambas as soldagens, o carro da máquina de solda se desvencilhou do trilho que estava empenado e repartido em 2 partes, que se soltaram (figura 56). A máquina continuou alimentando arame, só que estagnada. Isso proporcionou dois furos de 15 mm de diâmetro aproximadamente, que juntos, acarretaram em uma hora de retrabalho. A falta de atenção dos trabalhadores aos preparativos de soldagem se evidenciou, provocando grande retrabalho. O uso chapas espera temporário para abertura e fechamento do arco elétrico é vantajoso e obrigatório em soldagem SAW já que evitam possíveis descontinuidades nestes momentos críticos, porém em algumas juntas do exemplo estudado essas se 116

117 mostraram curtas, o que por exemplo possibilitou a interrupção da soldagem SAW na extremidade da chapa de convés (solda das chapas 6-7, figura 68) e consequentemente furou a chapa de espera e a chapa de convés., o que gerou falta de fusão e mais retrabalho. As chapas esperas deveriam ser de maiores dimensões. Uma das críticas mais importantes é em relação à limpeza entre os chanfros retos das chapas de convés antes do ponteio. Essa preparação do chanfro não ocorreu como se pede na EPS preliminar (limpeza com escovamento e esmerilhamento). Essa certamente foi a maior razão da ocorrência de tantos poros nas juntas soldadas. O operador de soldagem percebeu que a limpeza não havia sido feita, porém como já estava tudo ponteado, continuou a soldar (o que é inadmissível). Ou seja, foi constatada uma despreocupação com a limpeza inicial para soldagem. Não houve uma uniformidade nas aberturas da junta soldada. Na EPS preliminar, é pedido 0 mm de abertura, porém a abertura constatada na etapa de medição foi de 2 mm e até de 4mm, o que acabou acarretando em descontinuidades e elevado retrabalho. Na junta das chapas 4-5, a abertura não era uniforme (variava de 4 mm em uma parte a 2 mm no restante). A solução foi dar um passe de eletrodo, sem uma EPS para tal (figura 60 e 61) nesta parte com abertura de 4 mm, antes de soldar o primeiro passe com menor corrente (390A, menos que o permitido pela EPS). Ou seja, não havia procedimento a ser seguido. O improviso era constante, e todas as decisões eram tomadas pelo operador, e não por um engenheiro (por exemplo), como seria o mais correto. Outro fator importante em determinado momento (união das chapas 5 e 6) foi o vento. No momento da soldagem, o vento estava forte notavelmente, porém mesmo em tais condições, a soldagem continuou. O resultado foi desastroso, com aproximadamente 100 poros (figura 63 e 64) no cordão de solda de comprimento de 5,65 metros aproximadamente. Não houve preocupação e atenção com o vento, que provavelmente ocasionou tal fato. Só para repará-los, os soldadores e esmerilhadores tardaram uma hora aproximadamente. Além do mais, em muitas situações de reparo de poro, o esmerilhador não esmerilhava até o fundo para retirar completamente o poro. Após o reparo, certamente porosidades continuaram no interior do cordão de solda. As juntas 6-7 e 7-8 permaneceram por dois dias somente ponteadas e sem proteção pelas fortes chuvas (do dia 18 a dia 20 de julho observações da figura 66). 117

118 No dia 20, as juntas não foram esmerilhadas internamente, somente superficialmente. Certamente, sujeira e umidade (mesmo com aplicação de calor por maçarico) acumularam na junta, acarretando em muitos poros após o 1 passe. A preparação da junta e o ponteio deveriam ter sido feitas no mesmo dia da soldagem da mesma, para evitar tais acúmulos de umidade e sujeira, causas de descontinuidades na solda. Outra crítica importante foi na realização da soldagem de 7-8. Houve a aplicação de somente um passe de velocidade menor (60 em vez de 120 cm/min) em vez de dois passes (como pedido na EPS) na junta. A justificativa dada foi que a abertura estava menor, com chapas coladas. Porém, ao final do cordão, houve um furo, na região onde a abertura estava maior, provavelmente porque ao longo do cordão o aporte de calor foi crescendo (corrente alta, velocidade baixa SAW) e as chapas foram se dilatando, se afastando. Após o furo, o cordão foi soldado apenas através de SMAW (Não há EPS que qualifica tal procedimento). Mais uma vez o improviso como consequência da falta de procedimento e preparação incorreta da junta. Enfim, após a realização de todas as soldagens, foi verificado que a porcentagem de retrabalho nesta etapa foi maior que 65% (figura 143). Isto é, o nível de retrabalho foi altíssimo, até mesmo se comparado a outros estaleiros brasileiros (em média 40% [8]). Figura Porcentagem de retrabalho em relação ao tempo total trabalhado Este dado acima expõe que as técnicas utilizadas pelo estaleiro do estudo de caso devem ser revistas. Um percentual de retrabalho de 65% é inadmissível nos dias atuais, afetando muita a produtividade, qualidade e consequentemente a competitividade do estaleiro. Nas medições de deformação realizadas após todas as soldagens, foram confirmadas exatamente as expectativas de distorções descritas no tópico 3.5.2, 118

119 especialmente na medição de embicamentos. Em um ponto da junta soldada entre chapas 5 e 6, o embicamento atingiu 12 mm, enquanto que os demais pontos dos restantes das juntas variaram entre 0 e 5 mm. Nas macrografias realizadas, se pode notar também essa tendência de embicamentos na região soldada através de SAW. Análise do Corpo de Prova (SAW) Após o envio do corpo de prova (duas chapas de 500x155 mm soldadas através de SAW utilizando parâmetros semelhante aos utilizados no processo de construção do painel no estaleiro, figura 144), assim como já descrito no tópico 5, seguem algumas análises importantes: Figura Dados dos dois passes e descontinuidades observadas Ao longo da execução do projeto, devido aos ponteamentos realizados por SMAW sem um procedimento oficial, o aluno teve a intenção de saber se haveria descontinuidades no perfil soldado por SAW sobre tais ponteamentos. Porém, na análise das macrografias C2 (solda sem ponto) com as macrografias C3, C4 e C5 (solda sobre pontos), não foram verificadas qualquer diferença marcante. Ou seja, concluiu-se que a solda SAW sobre pontos não apresenta risco maior de má qualidade na junta soldada. Das 5 macrografias obtidas ao longo do cordão de 500 mm soldado, foi verificado que em 3 macros (C5, C4 e C1), a penetração não atingiu nem metade da espessura total das chapas (8mm). Nas figuras do Anexo I, essas medidas podem ser vistas em marcações de cor laranja. Essa informação é muito importante e dela se pode extrair o fato de que mesmo após a realização da contra solda utilizando os mesmos parâmetros, a junta não terá penetração total em seu interior, apresentando falta de fusão interior. É um fato alarmante já que todas as juntas de topo do convés do navio são 119

120 soldadas pelo mesmo processo. Não é exagero afirmar que provavelmente muitos painéis de blocos do navio tenham esta mesma não conformidade na junta de topo soldada, o que certamente pode acarretar em falhas estruturais como trincas no futuro, na operação. Se analisarmos somente o corpo de prova, a diminuição da tensão e a diminuição da velocidade de soldagem poderiam evitar esse problema em uma próxima soldagem. Um aumento na amperagem seria complicado já que seu valor já se encontra relativamente alto. Outra informação que o corpo de prova fornece é o desalinhamento da guia do consumível da máquina de arco submerso (linha pontilhada azul nas macrografias, na seção A do Anexo I). Verifica-se que os operadores não alinharam corretamente o consumível ao longo do cordão de solda, considerando a difícil visualização no momento da soldagem já que o arco elétrico é coberto pelo fluxo neste processo. Este desalinhamento afeta a penetração do arco elétrico no chanfro reto. A última observação é em relação ao furo no final do cordão de solda. Verificouse que a abertura entre chapas foi aumentando gradativamente com a progressão da soldagem (C5 a C1 setas verdes) até que a junta cedeu e o furo ocorreu. Isto provavelmente se deu pelo fato de que a corrente neste processo é altíssima e na progressão da solda as regiões adiante da poça de fusão foram se dilatando pelo alto aporte de calor se acumulando. Uma solução viável para evitar tal furo é um ponteamento mais fundo e mais comprido para maior fixação, nas regiões mais afastadas do inicio do cordão Soldagem dos Perfis e Gigantes ( T-joint FCAW): Após a soldagem das juntas de topo através de Arco Submerso, houve a montagem e a soldagem dos reforçadores e gigantes no painel. Ao analisar a EPS do estaleiro para FCAW (2F), somente há procedimento que envolve gás de proteção Ar+CO2 (80%Ar+20%CO2), porém o gás de proteção utilizado em todas as soldagens foi o CO2, o que invalida a EPS já que os parâmetros têm efeitos distintos em cada ocasião. É inadmissível já que, por regra, qualquer procedimento de soldagem utilizado pelo estaleiro deve seguir uma EPS. 120

121 Verificou-se que não houve a limpeza adequada nas regiões a serem soldadas, e consequentemente foram visualizados muitos poros como visto em diversas figuras do tópico 4.4. A importância da preparação da região a ser soldada se revela nas soldas realizadas pelo Soldador E (figura 96). Devido à boa limpeza, não foram visualizados poros nas superfícies dos corões de solda deste soldador, o que infelizmente não ocorreu nos casos dos demais soldadores. Vale ressaltar que nenhum dos poros encontrados nas soldas foi sequer esmerilhado para sua retirada. Apenas um ponto de solda de Arame Tubular era dado para esconder a descontinuidade, que foi bem visualizada nas macrografias do corpo de prova. Não é o procedimento de reparo de poro correto. O uso de esmeril é primordial para excluir esta não conformidade. Segundo as Tabelas de Soldas, tabelas de projeto que contém valores ideais para gargantas de soldas em T-joints, o valor ideal é de 3 a 4 mm no painel em construção do estudo de caso. Vale ressaltar que não foram encontradas gargantas de solda menores que 3 mm (a não ser na região 3 onde a velocidade de soldagem empregada pelo soldador C foi relativamente alta). Porém, houve muitas regiões com altas e desnecessárias gargantas de solda (5,6, 7 mm), fruto de um aporte de calor maior que o necessário (maior susceptibilidade a deformações). Uma crítica deve ser feita em relação à ausência de esmerilhamento dos ponteamentos feitos para fixação dos HPs e Gigantes na chapa. Os ponteamentos muitas vezes se encontravam relativamente altos (4 mm) e após a progressão da soldagem FCAW, as gargantas chegaram a aproximadamente 7 mm, sendo muito elevadas e inadequadas (figura 99). A falta de IEIS e de EPS qualificadas em todas as etapas de soldagem influenciou nas não conformidades vistas, sem duvida alguma, e proporcionou certa aleatoriedade dos parâmetros de soldagem utilizados. Análise do Corpo de Prova (FCAW) Seguem (figura 145) parâmetros utilizados pelos soldadores na realização dos dois corpos de provas (HP-chapa e Gigante-Chapa), ambos T-joints, seguindo parâmetros semelhantes aos utilizados na soldagem 2F na construção do painel. 121

122 Figura parâmetros de soldagem utilizados pelos soldadores D(solda Interna) e B(solda externa) Na visualização das macrografias obtidas pela soldagem FCAW do HP com a chapa de convés, de inicio já se verifica que o HP em toda sua extensão sofreu uma deformação para a chamada parte externa. Isto se deve ao fato de um maior aporte de calor dado pelo soldador B (soldou a externa) em comparação ao aporte aplicado pelo soldador D (Interno). O mesmo pode ser notado na soldagem FCAW do Gigante com a chapa de convés. Nas macrografias HP1, HP3 e HP4 e G1 (ANEXO I), podem ser notadas mordeduras na perna da solda devido à angulação incorreta (ângulo pequeno demais com superfície vertical) da pistola do Soldador D (solda interna). Por outro lado, é possível notar uma melhor manipulação da pistola do soldador B (menos mordeduras (em G1 e HP1)). Outra observação interessante é a abertura entre o HP e Gigante com as respectivas chapas no inicio e no final da junta soldada. Isso se deve ao fato da deformação (empeno) sofrida pelas chapas na união de topo (SAW). Por exemplo, em G1 e G5 (extremidades), a abertura é de 3 mm, enquanto que em G2, G3 e G4 é nula aproximadamente (ver Macros G C ANEXO I). Durante a soldagem realizada no estaleiro, como já descrito, houve regiões soldadas sobre tinta primer. Na simulação feita no corpo de prova (Macro G4), notou-se uma concentração de poros na região (ver figura C 10 (ANEXO I)). Houve a reação do 122

123 arco elétrico com a tinta, expelindo gás tóxico, que foi aprisionado no metal de solda pelo resfriamento rápido do metal de fusão. Vale ressaltar que poros foram visualizados na superfície da solda interna e os mesmos foram somente ponteados como ocorreu durante toda a soldagem no estaleiro. Verificou-se que o ponteio somente esconde o poro, sendo a porosidade presente ainda internamente. Na solda externa, o poro não foi superficial. Vê-se o poro interno, o que pode ser apenas verificado nesta visualização de macro ou em ensaios destrutivos. Logo, é vital que haja o esmerilhamento quando os poros são vistos, já que foi provado que o uso apenas de pontos não exclui a falha física existente internamente no cordão de solda. Outra importante lição é não soldar sobre tintas primer, já que estas provocam instabilidade e volubilidade ao arco elétrico, causando efeitos desagradáveis à solda, como respingos e poros. Em relação às gargantas medidas dos HP s e Gigantes, notou-se que essas variam aproximadamente entre 5 e 6 mm, o que leva à conclusão que um aporte de calor alto e desnecessário, o que já havia sido observado durante a soldagem FCAW-2F de Hps e Gigantes na construção do painel no estaleiro. Pode-se afirmar que houve desperdício de material. É bom lembrar que, como estudado no tópico 3.6, uma das técnicas primordiais para se atingir menores distorções é minimizar o aporte de calor aplicado (excluir o overwelding) Proposta de Sequência de Soldagem: Após toda a etapa 3 (tópico 4.4) realizada, pode-se afirmar que o estaleiro de estudo não apresenta uma sequência lógica e pensada de soldagem, a fim de se evitar tensões residuais e distorções que possam ocasionar em indesejáveis problemas dimensionais. Não há uma lógica para a realização das soldagens por regiões como visto na figura 82. Ademais, cada soldador utilizado no processo de construção realizou uma sequência diferente, o que constata a falta de inspeção e verificação por parte de encarregados e engenheiros. Sendo assim, será proposta uma sequência de soldagem manual pelo aluno que possa ser aplicada em um curto prazo no estaleiro de estudo de caso, e que venha a ocasionar menor nível de tensões residuais e deformações do painel plano. Vale ressaltar que é apenas uma proposta seguindo conceitos estudados neste projeto, 123

124 principalmente nos tópicos 2.1, 3.5 e 3.6. Outra importante consideração é que a sequência proposta provavelmente não é a que mais reduz as tensões residuais e distorções no painel, já que há muitas possibilidades de sequências, que podem ser mais bem estudadas (tensões e deformações precisamente previstas) por um programa de computador. Segue a sequência proposta para a construção do painel estudado: 1. Soldagem SAW das chapas de convés, dispostas e ponteadas sobre os pontaletes, de mesmo nivelamento. Soldagem SAW bilateral, sendo a contra solda somente realizada após a virada do bloco. A sequência dos cordões SAW proposta é a simétrica, utilizada realizada do centro para as extremidades, assim como a figura 146 abaixo: Figura Sequência para soldagem SAW das chapas de convés 2. Após a união das chapas, os reforçadores secundários longitudinais são posicionados e há o ponteio de solda (com esmerilhamento para evitar gargantas altas posteriormente) para sua fixação nas chapas. 3. Soldagem de todos os reforçadores secundários (HPs) longitudinais. Na prática, uma opção bem vista por pessoas experientes no assunto é a soldagem de um reforçador pulando dois reforçadores adjacentes, por exemplo, para evitar concentração de tensões em regiões localizadas. A sequência de soldagem de 124

125 HPs proposta segue ilustrada na figura 147 abaixo. Os cordões de mesma numeração seriam realizados simultaneamente. Figura Sequência de soldagem FCAW HPs (simultânea, simétrica, e nos cordões do centro para as extremidades) A soldagem proposta é manual já que a ideia é a aplicação em curto prazo. Mas poderia ser automatizada. Dependendo do estaleiro essa soldagem pode ser robotizada, onde até 5 reforçadores por exemplo podem ser soldados ao mesmo tempo. 4. O próximo passo é a inserção de gigantes do anel enrijecedor longitudinal, ou seja, de reforçadores primários longitudinais, no caso as sicordas (se tratando de um painel de convés). A soldagem dos mesmos ocorre simetricamente, simultaneamente e os a soldagem em si sendo do centro para as extremidades. Segue figura 148 ilustrando exemplo da sequência proposta de soldagem. 5. Agora, gigantes do anel enrijecedor transversal podem ser inseridos no painel de duas formas. Eles podem ser arrastados ao longo do perfilado no painel, dispensando o uso de colares. Mas neste caso eles podem ser inseridos por cima 125

126 do painel reforçado, o que nesse caso há a necessidade de se colocar os colares nos gigantes transversais ao serem inseridos, para garantir continuidade estrutural entre os elementos. A figura 148 segue para ilustração. Figura Soldagem "Center-Out" em gigantes longitudinais. O mesmo vale para os transversais [13] 126

127 7. Considerações Finais: As soldas em si não constituem o objetivo principal de uma obra naval, entretanto, como afetam diretamente a segurança, a qualidade e a economia da construção, seu estudo torna-se cada vez maior e necessário. Nos estaleiros da região, há não conformidades relacionadas à soldagem, desde o inicio da construção de um painel até a edificação de blocos. Blocos torcidos e aberturas excessivas para a soldagem são constantes, o que causam muitas inserções de chapas e consequentemente retrabalhos sistemáticos e perda de produtividade no processo de construção. No estudo de caso realizado, se evidenciou que as sequências aleatórias de soldagem e a falta de um procedimento correto de análise dimensional são fatores principais para tais não conformidades sistemáticas. Foram apresentadas algumas sequências de soldagem utilizadas e até uma proposta foi formulada para uma melhoria em curto prazo no estaleiro estudado. Porém, a qualidade na sequência de soldagem utilizada também é primordial. A inadequação de preparação das juntas, o excesso de defeitos nos cordões de solda, os reparos incorretos, a ausência de uma gestão que fique ativa na área de trabalho e o constante improviso são outros fatores que proporcionam esse cenário problemático (65% de retrabalho em determinada etapa de soldagem). É esperado, portanto, que a soldagem em um Estaleiro seja adequada e rentável. Cada junta deve seguir um procedimento correto e parâmetros de soldagem corretos, garantindo a integridade e a consistência da solda. Desvios destes parâmetros ideais podem influenciar na qualidade e a necessidade de retrabalhos sistemáticos pode causar alterações dimensionais que comprometam o produto final, assim como já descrito na Introdução deste projeto. O uso de EPS e IEIS na área e uma gestão mais ativa na produção são ações fundamentais para um avanço positivo nesta área, que acarretariam na diminuição de retrabalho e consequentemente em um aumento de produtividade, certamente. Para uma maior produtividade, deve haver uma busca por melhor qualidade. 127

128 8. Referências Bibliográficas [1] Apostila de Tecnologia de Soldagem - UFRJ PROF. RIBEIRO, D. (2000) [2] Relatório de Deficiência e Alertas 09 DNV GL BORGES, R. (2013) [3] Apostila de Construção Naval Construa PROF. TAPIA, M. [4] Welding Mechanisation and Automation in Shipbuilding Worldwide BOEKHOLT, R. (1996) [5] Análise do Processo Produtivo de Uma Linha de Montagem de Blocos Planos UFRJ - BULCÃO, F.(2011) [6] A Soldagem na Construção Naval TANIGUSHI, C. [7] Uma Visão Ampla da Soldagem - Seminário Sobena de Soldagem na Construção Naval - PROF. ZEEMAN, A (2014). [8] Aspectos Técnicos que impactam negativamente na Indústria Naval (Seminário Sobena de Soldagem na Construção Naval) - COSTA, U (2014). [9] Welding Course DNV GL (Det Norske Veritas GL) [10] No. 47 Shipbuilding and Repair Quality Standard IACS Revision 5 Oct 2010 [11] Análise de Tensões Residuais e Deformações em Soldadura RIBEIRO, J. C. (Universidade Nova de Lisboa) [12] Tensões Residuais e Deformações em Soldagem SILVEIRA, P.; DE BARROS, S. (Apostila Petrobrás) [13] Practical Welding Techniques to Minimize Distortion in Lightweight Ship Structures Edison Welding Institute - CONRARDY, C. [14] Anotações de aula UFRJ: Tensões Residuais Tecnologia de Soldagem PROF. ZEEMAN, A. 128

129 ANEXO I A. Corpo de Prova C 2G - SAW: Figura A 1 Cortes C1 a C5 para macrografia Figura A 2 - Visualização C1 a C5 129

130 A seguir, seguem ilustrações e macros do corpo de prova estudado, em ordem seguindo a progressão de soldagem realizada (C5 C1): i. Corte C5: Figura A 3 - Região C5 Figura A 4 - Macro C5 C4 Corte SAW (sobre ponto dado por SMAW) ~5;6 mm 8 mm Figura A 5 - Macro C5 130

131 ii. Corte C4: Figura A 6 - Região C4 Figura A 7 - Macro C4 C4 Corte SAW (sobre ponto dado por SMAW e sobre reparo de SMAW após interrupção da máquina ao final do 1 passe) ~5 mm 8 mm Figura A 8 - Macro C4 131

132 iii. Corte C3: Figura A 9 - Região C3 Figura A 10 - Macro C3 C3 Corte SAW (sobre reparo de SMAW feito após furo causado por interrupção da máquina ao final do 1 passe) ~3 mm 8 mm Figura A 11 - Macro C3 132

133 iv. Corte C2: Figura A 12 - Região C2 Figura A 13 - Macro C2 C2 Corte SAW (sem reparos na região) ~3;4 mm 8 mm Figura A 14 - Macro C2 133

134 v. Corte C1: Figura A 15 - Região C1 Figura A 16 - Macro C1 C2 Corte SAW (logo antes o furo ao final do cordão) ~4;5 mm 8 mm Figura A 17 - Macro C1 134

135 B. Corpo de Prova HP 2F - FCAW: O Corpo de Prova HP é a união do reforçador secundário (perfil HP de 9 mm de espessura) com chapa de convés de 8 mm de espessura através do processo FCAW (Arame Tubular). Tendo em vista que as chapas de convés já foram soldadas por arco submerso e apresentam distorções e que e as condições e parâmetros de soldagem já foram explicitados no tópico 6, a seguir segue uma representação dos 4 cortes feitos e seções de soldagem analisadas. Figura B 1 - Cortes (HP1 a HP5) para Macrografia Figura B 2 - Regiões HP11 a HP5 135

136 A seguir, seguem ilustrações e macros do corpo de prova estudado, em ordem seguindo a progressão de soldagem realizada (HP1 HP4): i. HP 1: FCAW Solda Interna (soldador D) FCAW Solda Externa (soldador B) -sobre ponto (FCAW) S/Esmeril Figura B 3 Macro HP1 FCAW Solda Interna (soldador D) FCAW Solda Externa (soldador B) -sobre ponto (FCAW) S/Esmeril Mordeduras ~3;4 mm 8 mm Figura B 4 Macro HP1 136

137 ii. HP 2: FCAW Solda Interna (soldador D) FCAW Solda Externa (soldador B) -sobre ponto SMAW C/Esmeril Figura B 5 Macro HP2 FCAW Solda Interna (soldador D) FCAW Solda Externa (soldador B) -sobre ponto SMAW C/Esmeril 1 mm 8 mm Figura B 6 Macro HP2 137

138 iii. HP 3: FCAW Solda Interna (soldador D) FCAW Solda Externa (soldador B) -sobre ponto central (FCAW) S/Esmeril Figura B 7 Macro HP3 FCAW Solda Interna (soldador D) -sobre ponto central (FCAW) S/Esmeril FCAW Solda Externa (soldador B) Mordedura 8 mm Figura B 8 Macro HP3 138

139 iv. HP 4: FCAW Solda Interna (soldador D) FCAW Solda Externa (soldador B) -sobre ponto SMAW S/Esmeril Figura B 9 Macro HP4 FCAW Solda Interna (soldador D) Mordedura FCAW Solda Externa (soldador B) -sobre ponto SMAW S/Esmeril 1 mm 8 mm Figura B 10 Macro HP4 139

140 C. Corpo de Prova G 2F FCAW: O Corpo de Prova G é a união do reforçador primário (gigante de 10 mm de espessura) com chapa de convés de 8 mm de espessura através do processo FCAW (Arame Tubular). Tendo em vista que as condições e parâmetros de soldagem já foram explicitados no tópico 6, a seguir segue uma representação dos 5 cortes feitos e seções de soldagem: Figura C 1 - Cortes (G1 a G5) para Macrografia Figura C 2 - Regiões G1 a G5 140

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