MONTAGEM INDUSTRIAL UNIDADE IV SOLDAGEM

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1 MONTAGEM INDUSTRIAL UNIDADE IV SOLDAGEM

2 Soldagem A soldagem é o mais importante processo de união de metais utilizado na indústria. Aplicações da soldagem: Estruturas simples Grades Portões Estruturas com elevado grau de responsabilidade Indústria química Indústria petrolífera Instalação nuclear, etc.

3 4.1. Equipamentos e processos de soldagem Um grande número de diferentes processos utilizados na fabricação e recuperação de pecas, equipamentos e estruturas é abrangido pelo termo soldagem. Classicamente, a soldagem é considerado como um processo de união, porém, na atualidade, muitos processos de soldagem ou variações destes são usados para a deposição de material sobre uma superfície, visando à recuperação de pecas desgastadas ou para a formação de um revestimento com características especiais. Diferentes processos relacionados com a soldagem são usados para corte de pecas metálicas e em muitos aspectos estas operações se assemelham a operações de soldagem.

4 Soldagem com eletrodo revestido A soldagem com eletrodo revestido (SMAW) é a união de metais pelo aquecimento proveniente de um arco elétrico entre um eletrodo revestido e o metal de base, na junta a ser soldada.

5 Soldagem com eletrodo revestido Equipamento Fonte de energia o transformador de corrente alternada é a configuração mais barata e simples, tanto do ponto de vista de investimento inicial como de operação e manutenção. Porta eletrodo Alicate de fixação dos eletrodos. Cabos de interligação. Pinça para ligação à peça. Equipamento de proteção individual. Equipamento para limpeza da solda.

6 Soldagem com eletrodo revestido Diagrama de interligação do equipamento (SMAW)

7 Soldagem com eletrodo revestido Características Tipo de operação: Posições: Tipos de juntas: Espessuras: Consumíveis: Taxa de deposição: Manual Todas (depende do revestimento) Todas >2 mm Eletrodos (alma) e revestimento 1 a 5 kg/h Vantagens Baixo custo Versatilidade Operação em locais de difícil acesso Limitações Baixa produtividade Requer habilidade manual do soldador Requer treinamento especifico para o soldador

8 Soldagem TIG A soldagem TIG Tungsten Inert Gás (GTAW) é a união de metais pelo aquecimento destes com um arco elétrico entre um eletrodo de tungstênio não consumível e a peça. A proteção durante a soldagem é feita com um gás inerte ou mistura de gases inertes, que também têm a função de transmitir a corrente quando ionizados durante o processo

9 Soldagem TIG

10 Soldagem TIG Equipamento Fonte de energia é sempre de corrente constante e pode ser um gerador, retificador ou transformador, dependendo do material a ser soldado. Para soldagem manual deve ter um pedal para controle da corrente pelo soldador. Unidade de alta freqüência necessária para a soldagem em corrente alternada. Suprimento de gás protetor. Fluxímetro e regulador de pressão do gás. Porta eletrodo com passagem de gás, bico para direcionar o gás e mecanismo de garra para energizar e conter o eletrodo de tungstênio. Cabos e mangueira. Suprimento de água de refrigeração, se a tocha for refrigerada a água.

11 Soldagem TIG

12 Soldagem TIG Características Tipo de operação: Manual ou automática Posições: Todas Tipos de juntas: Todas Espessuras: 0,1 a 50 mm Consumíveis: Varetas e gases (argônio) Taxa de deposição:0,2 a 1,3 kg/h Vantagens Produz soldas de excelente qualidade. Permite soldar menores espessuras. Não produz escória. Limitações Baixa produtividade devido à baixa taxa de deposição Requer soldadores muito bem treinados Requer limpeza ao metal brilhante Emissão intensa de radiação ultravioleta

13 Soldagem MIG/MAG (GMAW) Os processos MIG (Metal Inert Gas) e MAG (Metal Active Gas) utilizam como fonte de calor um arco elétrico mantido entre um eletrodo nu consumível, alimentado continuamente, e a peça a soldar. A proteção do arco e da poça de solda fundida é feita por um fluxo de gás alimentado externamente, o qual pode ser inerte, ativo ou uma mistura destes. MIG Gás inerte: Argônio, Hélio, Argônio + 1% O2. MAG Gás ativo: CO2, Argônio + 15 a 30% O2. Arame tubular: INNERSHIELD Arame tubular, com fluxo interno, sem proteção por gás. DUE SHIELD Arame tubular, com fluxo interno, e com proteção por gás.

14 Soldagem MIG/MAG (GMAW) O processo MIG é adequado à soldagem de: aços-carbono, aços de baixa, média e alta liga, aços inoxidáveis, alumínio e ligas, magnésio e ligas cobre e ligas. O processo MAG é utilizado na soldagem de: aços de baixo carbono aços de baixa liga.

15 Soldagem MIG/MAG (GMAW)

16 Soldagem MIG/MAG (GMAW) Equipamento Fonte de energia pode ser um gerador ou um retificador, ambos com características de potencial constante. A soldagem é geralmente feita em corrente contínua. Tocha. Suprimento de gás protetor. Sistema de alimentação de arame. Fluxímetro e regulador de pressão do gás. Cabos e mangueira. Suprimento de água de refrigeração, se a tocha for refrigerada a água.

17 Soldagem MIG/MAG (GMAW)

18 Soldagem MIG/MAG (GMAW) Características Tipo de operação: Posições: Tipos de juntas: Espessuras: Consumíveis: Taxa de deposição: Semi-automática ou automática Todas Todas > 1 mm Arames e gases 1 a 10 kg/h Vantagens Taxa de deposição alta. Alta versatilidade e aplicação Baixo teor de hidrogênio Limitações Risco de ocorrência de falta de fusão. Limitação de posição (depende do tipo de transferência).

19 Soldagem a arco submerso (SAW) Neste processo de soldagem, um arco elétrico é estabelecido entre o arame-eletrodo e o material a ser soldado, com a diferença que o arco permanece totalmente submerso em uma camada de fluxo, não sendo pois visível. Dessa forma a solda se desenvolve sem faíscas, luminosidades e respingos, características dos demais processos de soldagem com arco aberto. Dispositivos automáticos asseguram a alimentação do eletrodo a uma velocidade conveniente de tal forma que sua extremidade mergulhe constantemente no banho de fluxo em fusão. A movimentação do arame em relação à peça faz progredir o banho de fusão que se encontra coberto e protegido por uma escória que é formada pelo fluxo e impurezas.

20 Soldagem a arco submerso (SAW)

21 Soldagem a arco submerso (SAW) Equipamento Fonte de energia Corrente alternado ou contínua. Sistema de controle Alimentador de fluxo e de arame, mecanismo de avanço. Reservatório de fluxo. Cabos.

22 Soldagem a arco submerso (SAW)

23 Soldagem a arco submerso (SAW) Características Tipo de operação: Automática Posições: Plana Tipos de juntas: Topo e ângulo Espessuras: > 5 mm Consumíveis: Arame, fita e fluxo Taxa de deposição: 6 a 20 kg/h Vantagens Taxa de deposição e velocidade elevadas Bom acabamento e qualidade Alta penetração Nenhum arco visível e pouca fumaça Necessidade de operadores menos habilitados Limitações Requer ajuste preciso das etapas Limitado à posição plana (e horizontal) A tenacidade ao entalhe pode ser baixa (energia de soldagem) Custo do equipamento

24 4.2. Normas de soldagem No caso específico das operações de soldagem, a realização de soldas inadequadas durante a fabricação de certos tipos de estruturas ou equipamentos, tais como, navios, oleodutos e vasos de pressão, pode resultar em sérios acidentes com grandes perdas materiais e, eventualmente, humanas e danos ao meio ambiente. As operações de soldagem para diversas aplicações são regulados por diferentes códigos, especificações e outras normas segundo a aplicação específica. Como exemplos de códigos e especificações importantes ligados à soldagem, podem-se citar: ASME Boiler and Pressure Vessel Code (vasos de pressão). API STD 1104, Standard for Welding Pipelines and Related Facilities (tubulações e dutos na área de petróleo). AWS D1.1, Structural Welding Code (estruturas soldadas de aço carbono e de baixa liga) DNV, Rules for Design, Construction and Inspecion of Offshore Structures (estruturas marítimas de aço) Para soldagem a PETROBRAS possui a norma N-133. A ABNT possui diversas normas relacionadas aos processos de soldagem.

25 4.3. Segurança em soldagem Considerações sobre segurança são importantes em soldagem, corte e operações relacionadas a estas práticas, os riscos envolvidos nestas atividades são numerosos e podem provocar sérios danos ao pessoal, equipamentos e instalações. Como diversas outras operações industriais, a soldagem e o corte de materiais apresentam uma série de riscos para as pessoas envolvidas. Os principais riscos incluem a possibilidade de: Incêndios e explosões. Recebimento de choque elétrico. Exposição à radiação gerada pelo arco elétrico. Exposição a fumos e gases prejudiciais à saúde.

26 Roupas de proteção Temperaturas elevadas Exposição à radiação Projeção de partículas metálicas incandescentes

27 4.4. Inspeção de soldas Na inspeção de soldas, são utilizados principalmente os ensaios não-destrutivos (END), são realizados por profissionais qualificados (inspetores de solda). Os principais ensaios não destrutivos são: Ensaio por inspeção visual. Ensaio por líquidos penetrantes. Ensaio por partículas magnéticas. Ensaios por ultra-som. Ensaios radiográficos. Ensaios por correntes parasitas. Teste de estanqueidade.

28 4.5. Qualificação dos procedimentos de soldagem A documentação referente às soldas é composta de: Mapa de soldagem e ensaios Documento que especifica as principais juntas do equipamento, estrutura ou instalação, e os respectivos dados de execução e inspeção, tais como: processo, tipo de junta, procedimento de soldagem e etapas de inspeção a serem efetuadas, determinadas conforme a norma pertinente. Especificação do Procedimento de Soldagem (EPS) Documento que estabelece para a produção os itens importantes que devem ser considerados na soldagem, como: metal base, faixa de espessuras, faixa de temperatura de pré-aquecimento, metal de adição, posições, tratamento térmico, gás de proteção, vazão, corrente, tensão, método de limpeza, etc. Tais dados foram previamente testados conforme a norma de qualificação. Qualificação do Procedimento de Soldagem (QPS) Documento que registra a comprovação de que o procedimento de soldagem é adequado para produzir juntas soldadas de qualidade satisfatória, conforme a norma de qualificação utilizada. A comprovação é feita através de ensaios determinados conforme a norma de qualificação.

29 4.6. Qualificação dos soldadores A qualidade da solda não depende apenas do procedimento de soldagem, mas também da habilidade do soldador que a executa, portanto, é necessário que este esteja também qualificado. O Registro de Qualificação de Soldador (Welder Qualification Record) é o documento que registra todos os dados relativos à comprovação da habilidade do soldador em executar soldas. A comprovação da habilidade do soldador é feita através de testes determinados conforme a norma de qualificação.

30 4.7. Mão-de-obra de soldagem A mão-de-obra de soldagem é, geralmente, usada para integrar as equipes de trabalho dos diversos tipos de montagem, caldeiraria, fabricação e pré-montagem. É composta pelas seguintes categorias profissionais: Soldadores Maçariqueiros Encarregados (ou mestres) de solda Ajudantes Inspetores de soldagem A norma N 1737 da PETROBRAS classifica os inspetores em dois níveis: I e II. O inspetor de solda nível I é genérico, O nível II é mais especializado, com conhecimentos mais avançados.

31 4.8. Custo da soldagem CT = CMO + CC + CE + CM + CD + CMC CT = custo total CMO = custo da mão-de-obra CC= custo dos consumíveis CE = custo de energia elétrica CM = custo de manutenção CD = custo de depreciação CMC = custo de outros materiais de consumo Participação (%) Mão-de-obra Equipamentos Consumíveis soldagem Parcelas do custo total Energia elétrica

32 Custo da mão-de-obra ( R$ ) ( ) CMO = custo unitário tempo de soldagem h h

33 Custo dos consumíveis CC = custo dos consumíveis CMA = custo do metal de adição CF= custo do fluxo CG = custo do gás de proteção CC = CMA + CF + CG Custo do metal depositado Massa do metal ( ) Custo do ( R$ ) CMD = kg depositado eletrodo Massa do metal depositado ( ) ( ) ( ) ( kg ) MMD kg = A cm L cm ρ MMD = massa de metal depositado A = área da seção transversal da junta L= comprimento da junta ρ = massa específica do material da junta 2 cm kg 3

34 Custo dos consumíveis O custo do metal de adição deve levar em conta também que parte deste é perdida na forma de respingos, pontas descartadas, etc., estimada pela eficiência de deposição (ED) ( $ ) CMA R = ( $ ) CMD R ED Custo do fluxo (CF) pode ser estimado pela razão de massa de fluxo ( $ ) RMF R = ( ) ( ) MFC kg MMD kg RMF = razão de massa de fluxo MFC = massa de fluxo depositado MMD= massa de metal depositado

35 Custo dos consumíveis O custo do fluxo é CF ( R$) = RMF MMD( kg) Preço do R$ kg fluxo O custo dos gases (CG) de proteção é obtido por ( $ ) CG R ( l ) ( s) ( $ ) Vazão Tempo de arco Preço R de gás min aberto do gás = Finalmente, o custo do consumível (CC) é determinado pela equação CC R$ = CMA R$ + CF R$ + CG R$ ( ) ( ) ( ) ( ) m 3

36 Custo de energia elétrica CE R$ ( ) = ( R$ ) ( ) ( ) PE PES kw T h kwh E 1000 CE = custo da energia PE = preço da energia PES= potência elétrica de saída T = tempo de arco aberto E= eficiência elétrica do equipamento

37 Custo de depreciação CD R ( ) $ VI( R$) VR( = ano VU ( ano) R$) CD = custo da depreciação VI = valor inicial VR= valor residual VU = vida útil

38 Custo de manutenção $ R$ tempo de CM R = CMM h h operação ( ) ( ) ( ) CM = custo de manutenção CMM = custo médio de manutenção

39 Considerações finais Note-se que a determinação de custos de soldagem não é uma tarefa simples ou trivial. Ela pode ser feita com base em diferentes abordagens e muitos fatores devem ser considerados. Por exemplo, na fabricação de um equipamento podem ser usados diferentes processos, soldadores e montadores com diferentes graus de especialização e salário, etc. A apropriação dos custos pode ser feita de forma específica para cada etapa ou processo específico ou de uma maneira mais geral, com base em valores médios. Observe-se também que os custos da soldagem podem ser expressos em: R$/peça soldada, R$/kg de solda depositada, R$/m de junta soldada R$/h de operação.

40 4.9. Índices de montagem Consumo de eletrodos Consumo de eletrodo em função do tipo de montagem Serviço Consumo Tubulações de processo 25 kg/t corridas 5 Estruturas soldadas 10 aparafusadas leves 2 aparafusadas pesadas 0,5 Mecânica equipamentos em geral 0,5 tanques 15 esferas 20 Elétrica geral, exceto suportes 0,2 suportes 12

41 4.9. Índices de montagem Consumo de eletrodos Soldagem de tubulações de aço carbono, consumo de eletrodos, em kg por junta soldada Diâmetro (pol) Espessura (mm) φ 6 φ 12 φ 16 φ 24 φ 32 Passe de raiz 0,3 0,4 0,5 0,8 1,1 0,25 mm 0,4 0,5 0,8 1,2 1,7 0,31mm 0,5 0,8 1,1 1,7 2,3 0,38 mm 0,7 1 1,5 2,3 3 0,50 mm 1,0 1,6 2,5 3,6 4,7

42 4.9. Índices de montagem Consumo de eletrodos Soldagem de tubulações de aço liga, consumo de eletrodos, em kg por junta soldada Diâmetro (pol) Espessura (mm) φ 6 φ 12 φ 16 φ 24 φ 32 Passe de raiz 0,3 0,5 0,6 1 1,1 0,38 mm 1,1 1, ,50mm 1,9 2,5 3,2 5 6,5 0,63 mm 2,5 3,5 4,8 7 9,7 0,75 mm 3 4,6 6,2 9,8 13

43 4.9. Índices de montagem Consumo de eletrodos Soldagem convencional de chapas, consumo de eletrodos, em kg por metro de solda Espessura da chapa (mm) Junta de topo Chanfro em V 60 Junta angular tipo T 4 0,12 0,20 8 0,43 0, ,90 1, ,60 2,45

44 4.9. Índices de montagem Consumo de gases Serviço Consumo Oxigênio Montagem de estrutura: soldada 5 m 3 /t aparafusada 1,5 Montagem de equipamentos mecânicos 1,5 Montagem de tubulação 7 Fabricação de estrutura leve (escadas, suportes) 8 Acetileno Acetileno (kg) = 0,4 Oxigênio (m 3 )

45 4.9. Índices de montagem Mão-de-obra φ (pol) Solda de tubulações Hh / junta soldada Schedule ,3 1, , , ,2 3,