Soldagem de Tubulações. Seu parceiro em Soldagem e Corte

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1 Soldagem de Tubulações Seu parceiro em Soldagem e Corte

2 ÍNDICE INTRODUÇÃO... 1 FABRICAÇÃO DE DUTOS TERRESTRES... 3 FABRICAÇÃO DE DUTOS SUBMARINOS TUBOS API 5L QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS DE SOLDAGEM SOLDAGEM ELETRODOS CELULÓSICOS OK PIPEWELD ELETRODOS BÁSICOS OK TÉCNICAS DE SOLDAGEM E PRÁTICAS OPERACIONAIS DEFEITOS: CAUSAS E SOLUÇÕES SOLDAGEM AUTOMÁTICA DE TUBULAÇÕES BIBLIOGRAFIA Elaborado, traduzido (parte) e adaptado por Cleber Fortes Eng. Metalúrgico, MSc. Assistência Técnica Consumíveis José Roberto Domingues Eng. Metalurgista Gerência Técnica Consumíveis ESAB BR Última revisão em 31 de agosto de 2004

3 Introdução Diariamente, incontáveis quilômetros de tubulações de aço são construídos no mundo para os mais variados usos industriais e civis. As tubulações formam verdadeiras redes, comparáveis a sistemas de rodovias que, embora não tão óbvio, são definitivamente muito mais intrincadas e transportam fluidos que se tornaram essenciais para nós. Para atender às especificações técnicas e satisfazer aos requisitos de segurança necessários, foram desenvolvidos nos últimos anos materiais e processos de soldagem especiais que evoluíram com o segmento. O principal processo de soldagem utilizado na instalação de tubulações é a soldagem manual com eletrodo revestido que, graças a sua facilidade e versatilidade, é ainda o mais usado. Contudo, para reduzir custos e aumentar a produtividade, particularmente em longos percursos, várias empreiteiras adotaram processos de soldagem semiautomáticos ou totalmente automáticos com arames tubulares com alma metálica ou não metálica e arames sólidos. Os arames tubulares podem ser com proteção gasosa ou autoprotegidos. Esse trabalho descreve ambos os métodos. Foi dedicado, em particular, um amplo espaço para a soldagem manual, com referência especial às práticas operacionais e à avaliação da qualidade, devido ao seu considerável uso ainda hoje, porém sem desprezar os métodos mais modernos e produtivos que serão cada vez mais utilizados no futuro. 1

4 A premissa deste trabalho é satisfazer às necessidades da maioria dos profissionais que trabalham na área de soldagem, mas, particularmente, fornecer aos usuários informações úteis e uma sólida base operacional, relativamente aos processos, materiais de adição e equipamentos de soldagem. No intuito de um maior esclarecimento quanto à instalação de dutos, discutese sua montagem, apresentamse os tipos de tubos, as normas utilizadas e em especial os processos de soldagem empregados, dandose ênfase à soldagem de dutos para transporte de óleo e gás e considerandose também a soldagem de tubulações de elevada resistência (API 5L X80). 2

5 Capítulo 1 Fabricação de dutos terrestres No processo de instalação de dutos terrestres são várias as etapas envolvidas, destacandose as seguintes: Faixa de domínio Corresponde ao local de abertura da vala e implantação da tubulação. A abertura desta faixa deve levar em consideração o menor impacto possível ao meio ambiente, devendo a diretriz da vala localizarse em uma de suas laterais, de forma a possibilitar espaços para futuras instalações. Normalmente a faixa apresenta uma largura de 20 m, podendo ser de 15 m em áreas de reserva ambiental. Cursos d água devem ser mantidos e canalizados, caso necessário. Traçado da diretriz da vala A diretriz definida pelo projeto deve ser marcada ao longo da faixa de domínio, que deve ser devidamente identificada. 3

6 Abertura da vala A largura da vala deve ser compatível com o diâmetro do duto, de modo que o abaixamento não cause danos ao revestimento, sendo normalmente empregada uma folga de meio diâmetro da tubulação. A profundidade da vala varia conforme a classe de locação e tipo de terreno, devendo a terra escavada ser lançada sempre de um mesmo lado, próximo à vala, e do lado oposto de onde os tubos serão desfilados. É importante salientar que, no fundo da vala, não pode haver material duro que cause danos ao revestimento das tubulações (veja a Figura 1). Figura 1 Abertura da vala Transporte e distribuição dos tubos 4 Durante o processo de montagem, os tubos são transportados, com material macio entre eles (sacos de areia ou palha de arroz) e distribuídos ao longo da faixa de domínio, sendo movimentados com

7 cintas próprias, de modo a não danificar o revestimento (veja a Figura 2). A distribuição dos tubos é feita ao longo da vala, do lado oposto ao solo escavado, sendo os tubos apoiados sobre sacos de solo selecionado ou de palha de arroz (veja a Figura 3). Tubos e curvas concretadas devem ser identificados com a localização dos pontos onde serão instalados. Figura 2 Transporte dos tubos Figura 3 Distribuição dos tubos (desfile) 5

8 Curvamento De forma a atender à demanda da geografia do local onde será instalada a tubulação, os tubos são curvados, em uma máquina própria, denominada curvadeira (veja a Figura 4 e a Figura 5). Para tal devese inicialmente qualificar um procedimento de curvamento. Figura 4 Curvamento de tubos Figura 5 Curvadeira 6

9 Concretagem de tubos e curvas SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Nos cruzamentos, travessias de rios, brejos e áreas sujeitas a a lagamento, os tubos e curvas são concretados de forma a darlhes maior proteção e peso (veja a Figura 6). A espessura do concreto é calculada pelo pessoal de projeto em função do diâmetro do tubo, e normalmente varia entre 25 mm e 75 mm. Antes de ser concretado, o revestimento deve ser inspecionado e reparado, se for necessário. Figura 6 Concretagem de tubos Montagem Montagem e soldagem de dutos são termos que se confundem, já que andam juntos, sendo a soldagem uma atividade posterior à montagem. A montagem se caracteriza normalmente pelo acoplamento entre um tubo e uma coluna e a soldagem do primeiro passe, seja totalmente (no caso de acopladores internos), ou metade da junta (para o caso de acopladores externos) veja a Figura 7. Antes da mon 7

10 tagem, é necessário reinspecionar o estado dos biséis e da superfície descoberta, de modo a se detectar e eliminar defeitos que possam existir. Figura 7 Montagem de dutos Soldagem A soldagem das juntas segue um procedimento de soldagem previamente aprovado e é realizada por soldadores qualificados (veja a Figura 8). Este tema será tratado com maiores detalhes num item específico. Inspeção das soldas Após a soldagem, as juntas são inspecionadas quanto à presença de descontinuidades, tendo com critério de aprovação requisitos de normas definidos em projeto. 8

11 Figura 8 Soldagem de dutos Revestimento de juntas de campo Todas as juntas de campo, depois de soldadas, inspecionadas e aprovadas, devem ser protegidas pelo revestimento com uma manta de polietileno. Inspeção do revestimento dos tubos Antes do abaixamento da coluna, o revestimento dos tubos e curvas não concretados deve ser totalmente inspecionado no campo. Os defeitos detectados devem ser reparados. 9

12 Abaixamento da coluna A coluna, uma vez aprovada, deve ser abaixada à vala o mais rapidamente possível, de modo a se evitar novos danos no revestimento (veja a Figura 9). Antes do abaixamento, deve haver uma inspeção das condições laterais e de fundo da vala, que não deve conter pontas de pedra que possam danificar o revestimento. A coluna deve ficar totalmente acomodada no fundo da vala, e os espaços vazios devem ser preenchidos por solo selecionado ou areia. Cruzamentos e travessias Cruzamento corresponde a trechos em que os dutos cruzam rodovias, ferrovias ou outros trechos secos. Eventualmente, pode ser aéreo. Travessia referese ao cruzamento de trechos alagados, como rios, lagos, mangues e brejos (veja a Figura 10). Eventualmente pode ser aérea. Tie ins Tieins são pontos de ligação entre dois conjuntos previamente lançados, podendo ser entre duas colunas ou entre uma coluna e um cruzamento ou travessia. A soldagem de tieins é sempre executada dentro da vala e entre dois pontos fixos, sendo, por isso, uma soldagem de maior complicação devido à restrição da junta. 10

13 Figura 9 Abaixamento da coluna 11

14 Figura 10 Travessia Outras etapas Proteção e restauração da faixa Limpeza da linha e passagem de placa calibradora (pig) Teste hidrostático Identificação de pontos na faixa Proteção catódica Revisão do projeto as built Condicionamento 12

15 Capítulo 2 Fabricação de dutos submarinos Os tubos empregados na fabricação de dutos submarinos são revestidos com polietileno ou polipropileno para isolar a água do mar da superfície da tubulação. Existem também dutos totalmente fabricados em polipropileno ou material similar. Figura 11 Rede de dutos submarinos 13

16 O préaquecimento e a preparação das extremidades dos tubos para a soldagem ocorre no final dos racks de alimentação, adjacentes à linha de produção. As extremidades dos tubos são préaquecidas, se necessário, ou então é removida a umidade da região próxima à solda (veja a Figura 12). O primeiro tubo é rolado ao longo dos racks de alimentação até a linha de produção e movido até que sua extremidade coincida com a primeira estação de soldagem. O segundo tubo é rolado até a linha de produção, sendo utilizado um dispositivo de alinhamento (acoplador interno ou externo) para ajustar a junta conforme os requisitos da EPS aplicável. Figura 12 Preparação Quando o passe de raiz e o passe quente forem depositados veja a Figura 13, o duto será puxado por um cabo acoplado à extremidade do primeiro tubo, até que a solda se alinhe com a segunda estação de soldagem, onde se iniciam os passes de enchimento, ao mesmo tempo em que o terceiro tubo nos racks é rolado para a linha 14

17 de produção, recomeçando a atividade de acoplamento. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Figura 13 Passe de raiz e passe quente Esse processo continua até que a primeira solda esteja na estação de acabamento, onde é realizada a inspeção visual. Todas as estações intermediárias de enchimento são monitoradas quanto à conformidade com os requisitos da EPS aplicável. O intervalo de tempo entre as atividades de puxar o duto é controlado pelo tempo levado para completar o número requerido de passes de solda na primeira e na última estação de soldagem. O número de estações intermediárias de enchimento é determinado pelo número de passes de solda requeridos para aprontar a junta para o acabamento (veja a Figura 14). Após a inspeção visual da junta soldada, o duto será puxado até o bunker de radiografia (pode ser também por ultrasom), onde a solda é radiografada e imediatamente avaliada em conformidade com os critérios de aceitação aplicáveis. Eventualmente, podem ser realizados reparos nas estações de soldagem. 15

18 Figura 14 Estações de soldagem O duto é então puxado para a estação de revestimento de juntas, onde são executados a preparação de superfície e o revestimento das juntas. Qualquer solda assinalada como carente de reparo passa pelas estações de revestimento sem sofrer qualquer atividade (veja a Figura 15). Para a realização do revestimento das juntas, a superfície não revestida do duto é aquecida até 100 C utilizando um maçarico a gás. A tinta de fundo é misturada até se atingir uma consistência suave, sendo aplicada numa camada fina e uniforme até a borda do revestimento de fábrica. As áreas de sobreposição do revestimento de fábrica são então aquecidas para remover a umidade. A junta é envolvida com a manta termocontrátil, garantindo um posicionamento no esquadro e eqüidistante e uma folga suficiente na parte inferior para permitir correta contração. A manta é aquecida em toda a circunferência para se contrair, começando pelo centro e trabalhando primeiro uma extremidade e depois a outra. Um ou dois operadores são utilizados para esta atividade, dependendo do diâmetro do tubo (veja a 16

19 Figura 16). Figura 15 Revestimento Figura 16 Manta termocontrátil 17

20 Quando o duto sai do galpão, é acoplado um dispositivo que fica preso a um trator que o puxa à medida que as soldas são executadas. O duto, nesta fase denominado stalk, é rolado nos racks externos após a última solda, assim permanecendo até a chegada do navio (veja a Figura 17). Figura 17 Stalks nos racks externos Quando o stalk estiver completo e sobre os roletes, é movimentado para seu local de estocagem nos racks de estocagem utilizando pelo menos dois guindastes (veja a Figura 18). Todos os reparos pendentes de soldagem e/ou de revestimento são encerrados nos racks de estocagem (veja a Figura 19). 18

21 Figura 18 Movimentação de stalks Figura 19 Reparos 19

22 Quando o navio atracar, o primeiro stalk a ser bobinado é colocado nos roletes centrais do rack de estocagem e então puxado ao longo da linha até a estação de tiein e em seguida até a popa do navio (veja a Figura 20). A partir daí, o navio (veja a Figura 21 e a Figura 22) assume a operação de suspender o tubo pela rampa, indo até o carretel, onde o tubo é acoplado por soldagem ou por cabo. O navio começa então a bobinar o duto no carretel (veja a Figura 23, a Figura 24, a Figura 25 e a Figura 26), continuando até que a extremidade do stalk esteja localizada na estação do tiein, quando é interrompido o bobinamento. O segundo stalk a ser bobinado é içado até os roletes centrais dos racks de estocagem e movido até que sua extremidade esteja na estação do tiein. A junta é acoplada e são executados a soldagem, os ensaios não destrutivos e o revestimento. O bobinamento recomeça e continua conforme já descrito acima até que seja bobinado o número necessário de stalks no navio. O navio então zarpa da base para lançar o duto submarino no local designado. Durante o lançamento do duto no mar, o endireitador / posicionador fica na posição vertical (veja a Figura 27). Nas extremidades de cada duto são soldados flanges que, por sua vez, são acoplados ao PLET (pipeline end terminator) veja a Figura 28). 20

23 Figura 20 Estação de tiein Figura 21 Navio lançador 21

24 Figura 22 Navio lançador Figura 23 Bobinamento 22

25 Figura 24 Bobinamento Figura 25 Bobinamento 23

26 Figura 26 Duto bobinado no carretel Figura 27 Endireitador / posicionador 24

27 Figura 28 PLET 25

28 Capítulo 3 Tubos API 5L De uma maneira geral, a norma API 5L especifica a composição química, as propriedades mecânicas e o processo de fabricação dos tubos empregados na montagem de dutos. Em termos de processo de fabricação, os tubos podem ser classificados como soldados e sem costura. Os tubos soldados apresentam as seguintes variações quanto ao processo de fabricação: soldagem por arco submerso SAW solda longitudinal soldagem por arco submerso SAW espiral soldagem por resistência elétrica ERW A Figura 29, a Figura 30 e a Figura 31 apresentam de forma esquemática os procedimentos de soldagem mencionados acima. 26

29 Figura 29 Dutos soldados SAW longitudinal 27

30 Figura 30 Dutos soldados SAW espiral 28

31 Figura 31 Dutos soldados ERW 29

32 A composição química e as propriedades mecânicas dos tubos são apresentadas na Tabela I. As dimensões dos tubos são mostradas na Tabela II. Especificação API Grau Propriedades Mecânicas (N/mm 2 ) Limite de escoamento Limite de resistência Composição Química (%) C (máx.) Mn (máx.) C eq (máx.) 5 L A ,31 5 L 5 LS A ,21 0,90 0,37 5 LX B ,27 1,15 0,46 5 LX X ,28 1,25 0,50 5 LX X ,28 1,25 0,53 5 LX X ,28 1,25 0,53 5 LX X ,26 5 LX X ,26 5 LX X ,26 1,35 e/o (Nb/V/Ti) 1,35 e/o (Nb/V/Ti) 1,40 e/o (Nb/V/Ti) 0,48 0,48 0,49 5 LX X ,23 1,60 0,49 Tabela I Composição química e propriedades mecânicas de tubos API 5L 30

33 31 XXS 7,5 7,8 9,1 9,7 10,2 11,0 14,0 15,2 17,1 19,0 22,0 22,2 Sch 160 4,8 5,5 6,4 6,4 7,1 8,7 9,5 11,1 13,5 15,9 18,2 23,0 28,6 33,3 35,7 40,5 45,2 50,0 59,5 Sch ,6 25,4 28,6 31,8 36,5 39,7 44,5 52,4 Sch ,1 12,7 14,3 18,2 21,4 25,4 27,8 31,0 35,0 38,0 46,0 Sch ,0 18,2 21,4 23,8 26,2 29,4 32,5 38,9 Sch 80 2,4 3,0 3,2 3,7 3,9 4,5 4,8 5,1 5,5 7,0 7,6 8,0 8,6 9,5 11,0 12,7 15,0 17,4 19,0 21,4 23,8 26,2 31,0 XS 2,4 3,0 3,2 3,7 3,9 4,5 4,8 5,1 5,5 7,0 7,6 8,0 8,6 9,5 11,0 12,7 12,7 12,7 12,7 12,7 12,7 12,7 12,7 12,7 12,7 12,7 12,7 12,7 12,7 Sch 60 10,3 12,7 14,3 15,0 16,7 19,0 20,6 24,6 Sch 40 1,7 2,2 2,3 2,8 2,9 3,4 3,6 3,7 3,9 5,2 5,5 5,7 6,0 6,6 7,1 8,2 9,3 10,3 11,1 12,7 14,3 15,0 17,4 Std 1,7 2,2 2,3 2,8 2,9 3,4 3,6 3,7 3,9 5,2 5,5 5,7 6,0 6,6 7,1 8,2 9,3 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 Sch 30 7,0 7,8 8,4 9,5 9,5 11,1 12,7 14,3 15,9 Sch 20 6,4 6,4 6,4 7,9 7,9 7,9 9,5 9,5 12,7 Sch 10 1,2 1,6 1,6 2,1 2,1 2,8 2,8 2,8 2,8 3,0 3,0 3,0 3,0 3,4 3,4 3,8 4,2 4,6 6,4 6,4 6,4 6,4 6,4 6,4 7,9 Sch 5 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 2,1 2,1 2,1 2,1 2,8 2,8 2,8 3,4 4,0 ESPESSURA DA PAREDE (mm) Diâmetro externo (mm) 10,3 13,7 17,1 21,3 26,7 33,4 42,1 48,3 60,3 73,0 88,9 101,6 114,3 141,3 168,3 219,1 273,0 323,8 355,6 406,4 457,2 508,0 558,8 609,6 660,4 762,0 863,6 914, Diâmetro nominal (") 1 / 8 1 / 4 3 / 8 1 / 2 3 / ¼ 1 ½ 2 2 ½ 3 3 ½ Tabela II Dimensões dos tubos API 5L

34 Diâmetro externo (mm) 33,7 42,4 48,3 60,3 88,9 114,3 168,3 219,1 273,0 323,9 355,6 406, Espessura (mm) 2,3 2,6 2,9 3,2 3,6 4,0 4,4 5,0 5,6 6,3 7,1 8,0 8,8 10,0 11,0 12,5 14,2 16,0 17,5 20,0 22,2 25,5 28,0 30,0 32,0 36,0 40,0 Tabela III Diâmetros externos e espessuras preferenciais (indicadas na região emoldurada da tabela, incluindo a moldura) 32

35 Capítulo 4 Qualificação de procedimentos de soldagem Para a soldagem de tubulações são necessárias especificações de procedimentos de soldagem (EPS) aprovadas e soldadores qualificados. A norma usualmente empregada neste sentido é a API 1104, que tem como escopo os seguintes pontos: soldagem ao arco elétrico e a gás de soldas de topo e filete de tubos de aço carbono ou baixa liga; aplicação: compressão, bombeamento e transmissão de petróleo cru, produtos petrolíferos, gases combustíveis, dióxido de carbono e nitrogênio. Uma EPS determina, além da definição dos requisitos e variáveis necessários para sua geração, critérios de aceitação quanto às propriedades mecânicas da junta soldada e à presença de descontinuidades. Em termos de ensaios não destrutivos para avaliação das juntas soldadas, a API 1104 especifica os métodos: radiografia partículas magnéticas líquido penetrante ultrasom É através de uma boa elaboração e uso da EPS que se garantem as propriedades mecânicas e a reprodutibilidade desejada para a junta soldada durante a execução de todas as soldas necessárias. As informações necessárias à elaboração de uma EPS conforme a API 1104 resumemse às seguintes variáveis: 33

36 processo de soldagem; classificação dos tubos e consumíveis de soldagem; diâmetro e espessura da parede dos tubos; geometria da junta; dimensão, classificação do consumível de soldagem, número e seqüência de cordões; características elétricas; característica da chama (quando for necessário); posição da soldagem (tubo fixo ou girando); progressão da soldagem; tempo entre passes; tipo e remoção do acoplador limpeza e esmerilhamento; gás de proteção e vazão; velocidade de soldagem; temperatura de préaquecimento; tratamento térmico póssoldagem. No caso de haver alterações de variáveis consideradas essenciais por essa norma, tornase necessária a elaboração de uma nova EPS. As variáveis consideradas essenciais pela API 1104 são as seguintes: processo de soldagem; classificação dos tubos e consumíveis de soldagem; geometria da junta; posição e progressão de soldagem; características elétricas; tempo entre passes; gás de proteção e vazão; velocidade de soldagem; temperatura de préaquecimento; tratamento térmico póssoldagem. 34

37 Nomenclatura Ângulo de posicionamento do eletrodo Neste manual, é aplicado o padrão oficial da AWS para definir os ângulos de posicionamento dos eletrodos (acrescentase também a nomenclatura da EN). Dois ângulos são indicados: o do sentido de soldagem e o ângulo de ataque. O sentido de soldagem é designado empurrando quando o eletrodo aponta para a trajetória seguida. O sentido de soldagem é designado puxando quando o eletrodo aponta na direção oposta à trajetória seguida. O ângulo de ataque é dado em relação ao plano de referência ou plano de ataque. A Figura 32, a Figura 33, a Figura 34 e a Figura 35 ilustram o padrão de definição dos ângulos. Tomando um relógio como referência, um minuto corresponde a 6. Figura 32 Ângulos de posicionamento do eletrodo junta de topo 35

38 Figura 33 Ângulos de posicionamento do eletrodo junta em ângulo Figura 34 Ângulos de posicionamento do eletrodo tubo Figura 35 Ângulos de posicionamento do eletrodo 36

39 Detalhes da junta Figura 36 Junta de topo 1. Abertura da raiz: separação entre as faces a serem soldadas na raiz da junta 2. Nariz: superfície de preparação da junta perpendicular à superfície da peça 3. Superfície do bisel: superfície oblíqua à preparação da junta 4. Ângulo do bisel: ângulo entre a superfície biselada e um plano perpendicular à peça 5. Ângulo do chanfro: ângulo total entre as duas superfícies biseladas 6. Largura da junta: largura efetiva da junta (distância entre os biséis acrescida da sobreposição com o metal de base) 7. Espessura da peça 37

40 Figura 37 Junta em ângulo 1. Espessura da garganta: distância entre o cordão da raiz e a superfície medida na bissetriz do ângulo 2. Perna: distância entre o cordão da raiz e o vértice da junta 3. Raiz da junta: ponto no qual a base do cordão intercepta a superfície do metal de base 4. Face da junta: ponto de junção entre a superfície do cordão e a superfície do metal de base 5. Superfície da junta: superfície externa do cordão 6. Profundidade de penetração: profundidade atingida pela poça de fusão a partir da superfície do metal de base 7. Largura da junta: distância entre as faces da junta 38

41 Tipos de junta Muitas outras variações são possíveis Figura 38 Tipos de junta Posições ASME / EN Figura 39 Posições de soldagem junta de topo 39

42 Figura 40 Posições de soldagem junta em ângulo Figura 41 Posições de soldagem tubo Preparação e ponteamento na progressão descendente 40 O escopo desse item é sugerir um procedimento de preparação e ponteamento para a fabricação de uma junta padrão em seções de tubos de aço carbono, para o desenvolvimento de procedimentos de soldagem ou treinamento de soldadores. É importante observar que algumas normas de qualificação de procedimentos de soldagem exi

43 gem que os testes sejam feitos em juntas soldadas entre tubos com seu comprimento original, a menos que seja acordado de outra maneira entre as partes interessadas. Veja na Figura 42 a nomenclatura e as dimensões do chanfro padrão para a soldagem de juntas de topo em tubulações na progressão descendente. Eliminar os resíduos causados pela operação de lixamento Figura 42 Chanfro padrão para juntas de topo na progressão descendente 41

44 Parâmetros de soldagem para ponteamento SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Eletrodo OK 22.45P 2,5 mm, corrente A; ou Eletrodo OK 22.45P 3,2 mm, corrente A Atividades Ponha uma das seções de tubo no piso com a parte biselada virada para cima (veja a Figura 43). Figura 43 Posicionamento dos tubos para o ponteamento Coloque um arame espaçador de diâmetro 1,6 mm na face biselada e ponha a segunda seção de tubo sobre o arame espaçador com a face biselada virada para baixo. Alinhe as duas peças para obter o alinhamento desejado. Em conformidade com a norma API, o desalinhamento não deve exceder 1,6 mm (veja a Figura 44). Nessa etapa, inicie o ponteamento, depositando cordões de comprimento 12 a 22 mm (veja a Figura 45). O ponto de solda deve penetrar na raiz cerca de 1,6 mm, fundindo o nariz em ambas as peças. Reposicione o arame espaçador e deposite o segundo ponto de solda (veja a Figura 46). 42

45 Figura 44 Padrão de alinhamento Figura 45 Ponteamento primeiro ponto 43

46 Figura 46 Ponteamento segundo ponto Remova o arame espaçador. Se a abertura da raiz for irregular, faça um terceiro ponto de solda onde a abertura for maior, de tal modo que a contração de solda diminua a abertura. Se a abertura da raiz for muito grande e não permitir o terceiro ponto de solda, comprima o conjunto do lado mais aberto para corrigir a abertura (veja a Figura 47). Esmerilhe a superfície externa dos pontos de tal modo que a sua espessura fique aproximadamente com 1,6 mm, para facilitar o início do primeiro cordão (veja Figura 48). Para obter uma solda de qualidade, é necessária uma preparação correta da junta e um ponteamento de precisão. Pontos defeituosos causarão defeitos na soldagem. 44

47 Figura 47 Correção da abertura e ponteamento terceiro e quarto pontos 45

48 Figura 48 Adoçamento dos pontos Juntas na 5G / PG Esse tipo de junta e posição é comumente empregada para soldar tubulações de aço de diâmetros médios ou grandes, de 8" (219,1 mm) e maiores. Parâmetros de soldagem Eletrodo OK 22.45P 4,0 mm, CC, corrente A (raiz) Eletrodo OK 22.46P* 4,0 mm, CC+, corrente A (passe quente) Eletrodo OK 22.46P* 5,0 mm, CC+, corrente A (enchimento e acabamento) Esses eletrodos podem ser substituídos pelo OK 22.85P, 46

49 OK 22.47P ou outro eletrodo mais resistente, dependendo do tipo de metal de base a ser soldado. É importante que o gerador tenha uma tensão de circuito aberto mínima de 70 V. Após ter executado a preparação e o ponteamento conforme descrito no item anterior, use dispositivos de fixação para prender a peça na posição horizontal com os pontos localizados nas posições 3, 6, 9 e 12 horas. É recomendado colocar o ponto com a menor abertura de raiz na posição 12 horas para a soldagem na progressão descendente (veja a Figura 49). Figura 49 Fixação do tubo no dispositivo As técnicas de soldagem subseqüentes estão descritas no item Soldagem de dutos na progressão descendente com eletrodos celulósicos OK Pipeweld do Capítulo 8 na página 89. Preparação e ponteamento na progressão ascendente com a técnica mista eletrodos celulósicos / básicos O escopo deste item é informar os procedimentos de preparação e ponteamento corretos para uma junta padrão em seções de tubo com diâmetro 8 (219,1 mm). A junta é preparada fazendose um bisel como indicado na Figura

50 Remova os resíduos causados pela atividade de lixamento. Figura 50 Chanfro padrão para juntas de topo na progressão ascendente Parâmetros de soldagem para o ponteamento Eletrodo OK 22.45P 3,2 mm, CC, Corrente A Se a fonte não possuir indicador de corrente, esta pode ser ajustada empiricamente procedendose da seguinte maneira: coloque uma tira de aço carbono de 6 mm de espessura na posição horizontal, abra o arco e deposite um cordão retilíneo, simétrico, com ondulação regular e espessura de 1,6 mm. Se o cordão for desnivelado e fortemente convexo, a corrente deve ser aumentada. Se o cordão for 48

51 achatado e apresentar respingo excessivo, a corrente deve ser reduzida (veja a Figura 51). Atividades Figura 51 Ajuste da corrente pelo aspecto do cordão de solda Faça a montagem conforme ilustrado na Figura 52. Coloque um arame espaçador de diâmetro 3,2 mm. 49

52 Figura 52 Posicionamento dos tubos para o ponteamento Alinhe as duas seções de forma a conseguir a preparação desejada da junta. Em conformidade com o Código ASME, o desalinhamento não deve exceder 1,6 mm (veja a Figura 53). Figura 53 Padrão de alinhamento Nessa etapa se inicia a atividade de ponteamento, depositandose um cordão de comprimento de 12 mm a 20 mm (veja a Figura 54). O ponto deve penetrar na raiz de tal modo a formar um cordão com reforço de 1,6 mm no lado interno do tubo, sendo que o nariz deve ser fundido em ambas as peças. Então reposicione o arame espaçador e deposite o segundo ponto (veja a Figura 55). 50

53 Figura 54 Ponteamento primeiro ponto Remova o arame espaçador. Se a abertura da raiz ficar maior em um dos lados, solde um terceiro ponto onde a abertura da raiz for maior, de tal modo que a contração de solda compense a diferença. Porém, se a abertura da raiz neste ponto for tão grande que não permita a soldagem do terceiro ponto, primeiro corrija a abertura da raiz comprimindo o lado mais aberto. Faça o terceiro e o quarto pontos espaçados de 90 em relação ao primeiro e segundo pontos (veja a Figura 56). 51

54 Figura 55 Ponteamento segundo ponto Para obter uma solda de boa qualidade, é necessária uma preparação correta da junta e também pontos de solda aplicados com precisão. Pontos defeituosos causarão defeitos na solda final. Juntas na 5G / PF Esses tipos de junta e posição são utilizados na soldagem de curvas, flanges e peças forjadas em todos os diâmetros. O seguinte exemplo contempla a soldagem de tubos de diâmetro 8 (219,1 mm). Parâmetros de soldagem (*) Eletrodo OK 22.45P 3,2 mm, CC, corrente A, passe de raiz. Eletrodo OK / OK ,5 mm / 3,2 mm, CC+, corrente A, enchimento. Eletrodo OK / OK ,2 mm, CC+, corrente A, acabamento. A fonte deve ter uma tensão de circuito aberto de 70 V. (*) Para o processo com a técnica mista eletrodo celulósico / básico. 52

55 Figura 56 Correção da abertura e ponteamento terceiro e quarto pontos Atividades Após ter executado a preparação e o ponteamento conforme descrito anteriormente, use dispositivos de fixação para prender a peça na posição horizontal com os pontos nas posições 2, 5, 8 e 11 horas. O ponto com a menor abertura da raiz deve estar na posição 5 horas (veja a Figura 57). 53

56 Figura 57 Fixação do tubo no dispositivo As técnicas de soldagem subseqüentes estão descritas no item Soldagem de dutos na progressão ascendente com a técnica mista eletrodos celulósicos/básicos do Capítulo 8 na página

57 Capítulo 5 Soldagem São vários os processos de soldagem e consumíveis desenvolvidos de forma a possibilitar a soldagem de tubulações. Entre os processos de soldagem mais empregados, destacamse os seguintes: Eletrodos Revestidos (SMAW) Arames sólidos e arames tubulares com alma metálica (GMAW / PGMAW semiautomático / automático pulsado) Arames tubulares com alma não metálica com gás de proteção e autoprotegidos (FCAW semiautomático) Arco submerso (SAW) TIG (GTAW) A garantia do êxito de uma tubulação, principalmente em termos de segurança, independentemente do processo de soldagem empregado, começa pelo projeto da junta, que é guiado por códigos e normas nacionais ou internacionais. Dentre as entidades normalizadoras mais atuantes no segmento de tubulações podemse mencionar a British Standard, ASME, PETROBRAS, DNV, e API (American Petroleum Institute). Destas as mais largamente empregadas são a API 5L (Specification for Line Pipe) e API 1104 (Welding of Pipelines and Related Facilities). 55

58 O processo manual por eletrodo revestido SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Figura 58 O processo manual por eletrodo revestido 56

59 O principal processo de soldagem usado na soldagem de tubulações é a soldagem manual com eletrodos revestidos. Existem muitas razões para esta escolha. A primeira é bem óbvia: o eletrodo revestido foi o primeiro consumível inventado para a soldagem ao arco elétrico. Contudo, ainda nos dias atuais, quando materiais mais sofisticados e técnicas mais produtivas e mais econômicas estão à disposição dos usuários, a soldagem manual com eletrodos revestidos permanece como um processo favorável para a soldagem de tubulações. Sua facilidade de uso, capacidade de atingir posições de difícil acesso, a simplicidade dos geradores necessários (ou o fato de poderem ser aplicados com motogeradores; redes elétricas nem sempre estão disponíveis nos locais das obras), o fato de que os gases de proteção, necessários à soldagem com arames tubulares ou arames sólidos, não são requeridos, todos esses e ainda outros são motivos para a escolha dos eletrodos revestidos. Alguns tipos de eletrodos celulósicos e básicos foram desenvolvidos especialmente para atender aos requisitos do grau do aço usado na fabricação da tubulação e às especificações de segurança estabelecidas pelas normas de tubulações, mas também para prover aos usuários, isto é, os soldadores, produtos versáteis criados para uma aplicação específica. Eletrodos celulósicos A primeira tubulação soldada por arco elétrico foi fabricada com eletrodo celulósico desenvolvido em O grande avanço em velocidade de produção ocorreu em 1933 com a introdução da técnica stove pipe, na qual os eletrodos são soldados na progressão descendente para todos os passes, inclusive o de raiz. Com apenas pequenas mudanças, esta técnica ainda é aplicada atualmente para uma larga faixa de tubulações. Várias são as características dos eletrodos 57

60 58 celulósicos que os tornam ideais para este propósito. O elevado teor de celulose nos eletrodos gera íons de hidrogênio no plasma do arco elétrico, proporcionando boa penetração em todas as posições. O revestimento é formulado de modo que a escória se caracterize por pouco volume e uma rápida velocidade de solidificação, permitindo a soldagem em todas as posições. O seu fino revestimento, combinado com o arco penetrante, possibilita a soldagem com menores aberturas de raiz, requerendo menor quantidade de metal de solda a ser depositado. Normalmente, para tubos com espessura na faixa de 5 25 mm, empregase a técnica descendente. Para espessuras maiores, existe um risco maior de fissuração a frio, devido à rápida solidificação da poça de fusão, que dificulta a difusão de hidrogênio do metal de solda. Nesses casos, e em aplicações onde é necessário garantir elevada integridade dos tubos sujeitos a altas tensões estáticas e dinâmicas, a técnica ascendente ou o uso de eletrodo celulósico combinado com eletrodos básicos especialmente desenvolvidos para soldagem na progressão descendente é a preferida. Para tubos de aços de alta resistência, são maiores os requisitos de resistência à fissuração por hidrogênio e tenacidade do metal de solda. Para tubos da classe API 5L X80, empregamse em todos os passes eletrodos celulósicos para a soldagem de tubos com espessuras menores que 9 mm. Para tubos mais espessos, ou API 5L X100, os eletrodos celulósicos são empregados apenas no passe de raiz, e eletrodos básicos na progressão descendente para os demais passes. Os eletrodos celulósicos, apesar de serem consumíveis de fácil uso, requerem treinamento e conscientização dos soldadores quanto à técnica de soldagem. A maioria dos defeitos associados a esses consumíveis encontrase relacionada à seleção dos parâmetros de soldagem e à preparação da junta. A montagem mostrase também determinante quanto à qualidade da junta soldada. Devese evitar que os tubos se movam durante a soldagem do passe de raiz, de forma a

61 impedir a geração de fissuras. Eletrodos básicos Quando o aço da tubulação tem uma resistência maior que X70, a necessidade de préaquecimento e de pósaquecimento tornase mais rigorosa e a escolha de eletrodos básicos passa a trazer vantagens. A razão é, evidentemente, a alta quantidade de hidrogênio no metal de solda de eletrodos celulósicos. O hidrogênio traz um risco maior de fissuração a frio em aços de alta resistência por causa da maior sensibilidade ao encruamento desses aços. As propriedades dos eletrodos básicos também significam propriedades de impacto muito melhores a baixas temperaturas. A desvantagem dos eletrodos básicos soldados na progressão ascendente é a baixa corrente que tem que ser aplicada, resultando em baixa produtividade. Isso pode ser evitado utilizando eletrodos básicos desenvolvidos especialmente para a soldagem de tubulações na progressão descendente. Esses eletrodos contêm pó de ferro no revestimento e, portanto, têm uma produtividade maior que os eletrodos celulósicos, já que eles podem ser soldados com correntes mais altas que as aplicadas aos eletrodos celulósicos. A produtividade nesse caso chega a ser 25 30% maior que para eletrodos celulósicos e 40 50% maior que para eletrodos básicos para soldagem na progressão ascendente. No passe de raiz, a penetração e a força do arco de um eletrodo celulósico tornamno, no entanto, o consumível mais produtivo, já que com esse eletrodo é possível fechar uma raiz de pequena abertura com uma alta corrente, resultando em uma progressão rápida. Um e letrodo básico pode ser utilizado também na raiz, mas os requisitos de alinhamento terão que ser mais rigorosos por causa da menor for 59

62 ça do arco. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES O melhor procedimento para a soldagem de tubulações de alta resistência é, portanto, usar eletrodos celulósicos para o passe de raiz e eletrodos básicos para progressão descendente para os passes de enchimento e de acabamento. A maior qualidade do metal de solda do eletrodo básico é vantajosa quando uma tubulação é submetida a tensões. Quando, em seu caminho, uma tubulação enterrada (grandes e médios diâmetros) atravessa rodovias e ferrovias, quando existem maiores tensões estáticas e dinâmicas devido a causas externas, ou quando os tubos de médios e pequenos diâmetros são submetidos a altas temperaturas, altas pressões e a vibrações (plantas de aquecimento, refinarias, etc), é normalmente preferido executar o primeiro passe com um eletrodo celulósico OK Pipeweld e o enchimento com um eletrodo básico OK. Com isso, é obtida a penetração completa que somente os eletrodos revestidos OK Pipeweld podem assegurar e a tenacidade máxima da junta graças aos eletrodos básicos. Algumas características mecânicas, particularmente a tenacidade e a resistência, foram melhoradas. O eletrodo revestido básico OK pode ser classificado como AWS E70181, que significa valores de impacto acima de 27 J a 46 C, graças à pureza de seus componentes e a uma fórmula aperfeiçoada. Esse eletrodo pode ser usado para soldar aços com altos valores de carbono equivalente e/ou altos limites elásticos graças ao revestimento, que garante valores de hidrogênio difusível abaixo de 5 ml/100 g e conseqüentemente torna praticamente inexistente o risco de trincas a frio, permitindo também uma redução da temperatura de préaquecimento requerida para os eletrodos básicos. Adicionalmente a esses aspectos metalúrgicos e de produtividade, que são importantes para os fabricantes, existe uma capacidade melhorada de solda 60

63 gem. O excelente desempenho no início e reinício dos cordões, a fusão constante e regular e o aspecto fino do cordão de solda em todas as posições de soldagem são características de fundamental importância para o soldador e asseguram uma alta produtividade. A utilização de eletrodos básicos para a soldagem de gasodutos é mais difundida entre os países europeus, existindo variações no processo em função da disponibilidade de soldadores treinados e da realidade econômica de cada país. Soldagem semiautomática Na constante busca por redução de custo e maior produtividade, vários construtores têm optado pelos seguintes processos de soldagem semiautomáticos: Arames sólidos (GMAW / PGMAW semiautomático) Arames tubulares com alma metálica (GMAW / PGMAW semiautomático) Arames tubulares com alma não metálica (FCAW semiautomático) Arames sólidos Com o desenvolvimento da soldagem com utilização de CO 2 como gás de proteção na antiga União Soviética em 1950, abriuse o caminho para a soldagem semiautomática de tubulações. O primeiro gasoduto de longa distância soldado por este processo foi nos Estados Unidos em O principal motivo pelo qual o processo de soldagem semiautomático com arame sólido não substituiu totalmente o processo 61

64 com eletrodo revestido está relacionado à maior probabilidade de o corrência de falta de fusão e colagem nas juntas. Para o passe de raiz com arame sólido, pode ser necessária a u tilização de acopladores internos com cobrejuntas de cobre. A realização do passe de raiz por este processo com acopladores sem cobrejuntas de cobre é possível, porém o grau de habilidade e a necessidade de treinamento dos soldadores são maiores. Outra opção encontrada no mercado é a realização do passe de raiz e do passe quente com eletrodos celulósicos e o enchimento e o acabamento com arame sólido pelo processo semiautomático. O gás de proteção inicialmente utilizado era apenas 100% CO 2, mas as melhorias recentes da qualidade das cabines de proteção resultaram na possibilidade de soldagem com misturas de argônio de menor densidade que o CO 2 e dióxido de carbono, sem risco de perda de proteção gasosa. Arames tubulares Apesar das vantagens dos arames tubulares, como elevada taxa de deposição (20% maiores que as obtidas com arames sólidos, podendo ser obtidos valores maiores, dependendo dos parâmetros de soldagem empregados) e menor susceptibilidade à falta de fusão, a porcentagem de participação deste processo é pequena no segmento de tubulações em relação aos demais. No entanto, apesar desta postura conservadora, ao longo dos últimos anos o uso desse processo tem apresentado significativa evolução. Como mencionado no item anterior, o processo de soldagem semiautomático por arame sólido não substituiu o eletrodo revestido devido, principalmente, ao receio dos construtores quanto à possibilidade de ocorrência de defeitos como a falta de fusão e colagem. Sob o ponto de vista da soldagem com arames tubulares, uma das características marcantes referese ao perfil do cordão de solda obtido com 62

65 este processo. Como ilustrado na Figura 59, em função de o arame tubular trabalhar com uma transferência de metal em finas gotas, distribuídas em uma área maior, resultando numa melhor distribuição de calor e fusão homogênea do metal de base, obtémse um cordão de solda com um perfil mais circular, o que minimiza a ocorrência da falta de fusão ou colagem. Ao contrário, o arame sólido trabalha com uma transferência centralizada em uma pequena área, resultando em uma concentração de calor num ponto localizado, o que leva a um cordão com boa penetração, mas com um perfil estreito, na forma de um dedo (finger). À medida que se aumenta a intensidade de corrente, maior é a tendência à formação de cordões de solda com esta forma, podendo resultar em uma maior susceptibilidade à ocorrência de falta de fusão. Como resultado, obtémse na soldagem de tubulações com a rames tubulares uma redução no índice de defeitos comparativamente à soldagem realizada com arames sólidos. Figura 59 Comparação entre os modos de transferência do arame sólido e do arame tubular Os arames tubulares se classificam em rutílicos, básicos, metáli 63

66 cos, autoprotegidos e tubulares para arco submerso. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Os arames tubulares rutílicos, em função da sua elevada produtividade e excelente soldabilidade, vêm sendo empregados combinados com eletrodos revestidos celulósicos, principalmente em reparos e soldagem de tieins. Neste último, a raiz e o passe quente são realizados com eletrodos celulósicos na progressão descendente e o a rame tubular na progressão ascendente. A mesma técnica de combinar arames tubulares e eletrodos celulósicos é empregada para os básicos, metálicos e autoprotegidos. Graças as suas características, é possível empregar arames tubulares metálicos na progressão descendente com utilização de corrente contínua pulsada, polaridade negativa, resultando em uma elevada produtividade. Em locais de difícil acesso, onde a utilização de gás de proteção não se apresenta viável, a utilização de arames tubulares autoprotegidos em combinação com eletrodos celulósicos vem se mostrando como uma boa opção. No entanto, este arame, comparativamente aos arames tubulares com proteção gasosa, apresenta uma menor taxa de deposição e, conseqüentemente, menor produtividade. Os arames tubulares básicos, por apresentarem uma escória mais fluida e um maior índice de respingos em relação aos demais arames tubulares, têm sua aplicação limitada à posição plana, restringindose, portanto, à soldagem com o tubo girando. É possível também a redução do ângulo do chanfro em juntas soldadas com arames tubulares. Nesse caso, para a realização do passe de raiz, tornase necessária a utilização de acopladores internos com cobrejuntas de cobre. Para o processo de soldagem combinado com eletrodos revestidos celulósicos, utilizase normalmente o chanfro com ângulo

67 Capítulo 6 Eletrodos celulósicos OK Pipeweld Os eletrodos OK Pipeweld sempre foram uma solução produtiva e segura na soldagem de tubulações (veja a Figura 60 e a Figura 61). Figura 60 Soldagem com eletrodos celulósicos OK Pipeweld 65

68 Figura 61 Soldagem com eletrodos celulósicos OK Pipeweld Características O alto teor de celulose no eletrodo proporciona um arco intenso e uma boa penetração em todas as posições. O alto teor de celulose produz uma escória fina cobrindo o cordão; embora a escória seja facilmente refundida, é recomendável removêla antes de soldar o próximo cordão. O fino revestimento combinado com o arco penetrante possibilita que seja usada uma abertura menor na raiz, requerendose, por 66

69 tanto, menos material de adição para soldar a junta. A alta velocidade de solidificação do metal de solda permite realmente soldagem em todas as posições. A Tabela IV apresenta os parâmetros de soldagem mais adequados para a soldagem de eletrodos celulósicos OK Pipeweld nas progressões ascendente e descendente. (mm) Posição plana (A) Progressão ascendente (A) Progressão descendente (A) 2, , , , Tabela IV Faixas de corrente recomendadas para as diferentes progressões de soldagem Equipamentos de soldagem Os equipamentos de solda que podem ser utilizados com os eletrodos OK Pipeweld necessitam ter uma alta tensão de circuito aberto (CA > 65 V) e boas características dinâmicas. Isso evita a interrupção do arco durante a operação de soldagem. A Figura 62 exibe um modelo de equipamento de solda especial para a soldagem de tubulações com eletrodos revestidos. Dentre outras funções, a fonte fornece energia em corrente contínua (CC) para a soldagem com eletrodos revestidos, principalmente com eletrodos celulósicos. A função ArcForce permite escolher a melhor característica dinâmica do arco elétrico. Esse equipamento possui também a função eletrodo anti 67

70 stick, que evita que o eletrodo cole no chanfro. Adicionalmente, é fornecida uma compensação automática para flutuações da tensão de alimentação em torno de ±10%. Figura 62 Equipamento para a soldagem de tubulações com eletrodos revestidos 68

71 Cuidados e estocagem de eletrodos celulósicos Eletrodos celulósicos necessitam de uma certa quantidade de umidade, normalmente entre 3% e 7%, para proporcionar um desempenho satisfatório. Ressecar este tipo de eletrodo levará à queima da celulose, que é um material orgânico. Isso pode resultar em desempenho insatisfatório, perda da tensão do arco e porosidade do metal de solda. Eletrodos celulósicos não devem ser ressecados. Usar embalagens em latas fechadas para transporte em ambientes agressivos Figura 63 Estocagem de eletrodos celulósicos OK Pipeweld 69

72 Eletrodos celulósicos OK Pipeweld para tubulações Tipo do eletrodo Classificações Eficiência de deposição Propriedades mecânicas Composição química típica do metal de solda depositado (%) Aplicações Corrente de soldagem Parâmetros de soldagem ASME SFA 5.1 E6010 AWS A 5.1 E % L.R. = MPa A = 28 33% Ch 29 C J C = 0,09 Si = 0,10 Mn = 0,30 Uso geral em aços comuns; desempenho incomparável na soldagem de oleodutos, gasodutos, minerodutos e outros tipos de tubulações; indicado pra trabalhos fora da posição plana, tais como implementos agrícolas, tanques de veículos, etc. GRANDE PENETRAÇÃO CC V 2,5 mm A 3,2 mm A 4,0 mm A 5,0 mm A Tabela V Características do eletrodo celulósico OK 22.45P 70

73 Tipo do eletrodo Classificações Eficiência de deposição Propriedades mecânicas Composição química típica do metal de solda depositado (%) Aplicações Corrente de soldagem Parâmetros de soldagem ASME SFA 5.1 E6011 AWS A 5.1 E % L.R. = MPa A = 28 33% Ch 29 C J C = 0,09 Si = 0,15 Mn = 0,35 Soldagem em CA de aços doces comuns utilizados em estruturas metálicas, tanques, vasos de pressão, veículos, implementos agrícolas, tubulações em geral. GRANDE PENETRAÇÃO CC+, CA V 2,5 mm A 3,2 mm A 4,0 mm A 5,0 mm A Tabela VI Características do eletrodo celulósico OK 22.65P 71

74 Tipo do eletrodo Classificações Eficiência de deposição Propriedades mecânicas Composição química típica do metal de solda depositado (%) Aplicações Corrente de soldagem Parâmetros de soldagem ASME SFA 5.5 E7010G AWS A 5.5 E7010G 80% L.R. = MPa A = 23 26% C = 0,10 Si = 0,10 Mn = 0,40 Ni = 0,40 Mo = 0,30 Soldagem de grande penetração e alta resistência, em todas as posições, especialmente na progressão descendente; recomendado para soldagem de oleodutos, gasodutos, minerodutos e tubulações API 5L X52 e X56. GRANDE PENETRAÇÃO CC V 3,2 mm A 4,0 mm A 5,0 mm A Tabela VII Características do eletrodo celulósico OK 22.46P 72

75 Tipo do eletrodo Classificações Eficiência de deposição Propriedades mecânicas Composição química típica do metal de solda depositado (%) Aplicações Corrente de soldagem Parâmetros de soldagem ASME SFA 5.5 E8010G AWS A 5.5 E8010G 80% L.R. = MPa A = 22 25% C = 0,10 Si = 0,10 Mn = 0,50 Ni = 0,30 Mo = 0,45 Soldagem de grande penetração e altíssima resistência, em todas as posições, especialmente na progressão descendente; recomendado para soldagem de oleodutos, gasodutos, minerodutos e tubulações API 5L X60 a X70. GRANDE PENETRAÇÃO CC V 3,2 mm A 4,0 mm A 5,0 mm A Tabela VIII Características do eletrodo celulósico OK 22.47P 73

76 Tipo do eletrodo Classificações Eficiência de deposição Propriedades mecânicas Composição química típica do metal de solda depositado (%) Aplicações Corrente de soldagem Parâmetros de soldagem ASME SFA 5.5 E9010G AWS A 5.5 E9010G 80% L.R. = MPa A = 20 24% C = 0,10 Si = 0,20 Mn = 0,90 Ni = 0,80 Mo = 0,50 Eletrodo com revestimento tipo celulósico para soldagem em corrente contínua em todas as posições, especialmente na progressão descendente. Soldagem de grande penetração e altíssima resistência, recomendado para soldagem de oleodutos, gasodutos, minerodutos e tubulações API 5L X70 a X80. CC V 3,2 mm A 4,0 mm A 5,0 mm A Tabela IX Características do eletrodo celulósico OK 22.48P 74

77 Tipo do eletrodo Classificações Eficiência de deposição Propriedades mecânicas Composição química típica do metal de solda depositado (%) Aplicações Corrente de soldagem Parâmetros de soldagem ASME SFA 5.5 E7010A1 AWS A 5.5 E7010A1 80% L.R. = MPa A = 23 25% C = 0,07 Si = 0,10 Mn = 0,25 Mo = 0,50 Soldagem de grande penetração e alta resistência, em todas as posições, especialmente na progressão descendente; recomendado para soldagem de oleodutos, gasodutos, minerodutos e tubulações API 5L X52 e X56. GRANDE PENETRAÇÃO CC V 3,2 mm A 4,0 mm A 5,0 mm A Tabela X Características do eletrodo celulósico OK 22.85P 75

78 A gama de consumíveis da ESAB para a soldagem de tubulações foi desenvolvida para combinar com a qualidade dos aços e atender à demanda dos fabricantes de tubulações por consumíveis confiáveis, fáceis de usar e produtivos. Nossos esforços em pesquisa e desenvolvimento no mundo tornaram possíveis não só o atendimento da demanda dos dias atuais como também antever as necessidades do amanhã. Os eletrodos celulósicos da ESAB são aplicados em passes de raiz, enchimento e acabamento em uma gama de aços utilizados na indústria de tubulações e na produção de tubos com costura, como pode ser observado na Tabela XI e na Figura 64. Escolha do eletrodo ESAB para cada passe Aço e grau do tubo Raiz Passe quente Enchimento Acabamento 5L A25 5L, 5LS, A 5L, 5LS, B 5LS, 5LX42 5LS, 5LX46 5LS, 5LX52 5LX56 5LX60 5LX65 5LX70 5LX80 = OK 22.45P = OK 22.46P = OK 22.47P = OK 22.48P Tabela XI Eletrodos celulósicos OK Pipeweld passe por grau de tubo API recomendados para cada 76

79 Figura 64 Configurações de chanfro e aplicações de eletrodos celulósicos OK Pipeweld na soldagem de tubulações Figura 65 Soldagem com eletrodos celulósicos OK Pipeweld 77

80 Diâmetro do tubo pol mm Número típico de cordões 6,3 mm (1/4") Passe e do eletrodo 1 o 4 mm 2 o 4 mm Ench. 5 mm Kg/ junta 0,11 0,13 0,24 0,15 0,14 0,29 0,20 0,14 0,06 0,39 0,24 0,17 0,08 0,49 0,28 0,19 0,11 0,58 0,32 0,22 0,12 0,66 0,36 0,25 0,13 0,74 0,41 0,28 0,14 0,83 0,49 0,34 0,16 0,99 0,57 0,40 0,18 1,15 0,61 0,43 0,20 1,24 3 9,5 mm (3/8") Passe e do eletrodo 1 o 4 mm 2 o 4 mm Ench. 5 mm Kg/ junta 0,11 0,08 0,29 0,48 0,15 0,11 0,37 0,63 0,19 0,14 0,47 0,80 0,23 0,16 0,58 0,97 0,27 0,19 0,68 1,14 0,31 0,22 0,77 1,30 0,36 0,25 0,85 1,46 0,40 0,28 0,95 1,63 0,48 0,34 1,14 1,96 0,57 0,39 1,32 2,28 0,61 0,42 1,41 2,44 0,65 0,45 1,51 2,61 0,73 0,51 1,70 2,94 0,81 0,57 1,89 3,27 0,86 0,60 1,97 3,35 0,98 0,68 2,26 3,92 1,23 0,86 2,83 4,92 5 Espessura da parede 12,5 mm (1/2") Passe e do eletrodo 1 o 4 mm 2 o 4 mm Ench. 5 mm Kg/ junta 0,23 0,16 1,31 1,70 0,27 0,19 1,54 2,00 0,31 0,22 1,75 2,28 0,35 0,25 1,97 2,57 0,40 0,27 2,19 2,86 0,48 0,33 2,62 3,43 0,56 0,39 3,06 4,01 0,60 0,42 3,29 4,31 0,64 0,45 3,51 4,60 0,73 0,51 3,93 5,17 0,81 0,56 4,38 5,75 0,85 0,59 4,60 6,04 0,97 0,67 5,25 6,89 1,21 0,84 6,56 8, ,0 mm (5/8") Passe e do eletrodo 1 o 4 mm 2 o 4 mm Ench. 5 mm Kg/ junta 0,26 0,18 2,62 3,06 0,31 0,21 2,99 3,51 0,35 0,24 3,37 3,96 0,39 0,27 3,74 4,40 0,47 0,33 4,51 5,31 0,56 0,38 5,19 6,13 0,60 0,41 5,64 6,65 0,64 0,44 6,01 7,09 0,72 0,50 6,78 8,00 0,80 0,56 7,53 8,89 0,85 0,59 7,90 9,34 0,97 0,67 9,02 10,66 1,21 0,84 11,28 13, ,0 mm (3/4") Passe e do eletrodo 1 o 4 mm 2 o 4 mm Ench. 5 mm Kg/ junta 0,35 0,24 5,02 5,61 0,39 0,27 5,58 6,24 0,47 0,33 6,68 7,48 0,56 0,38 7,79 8,73 0,60 0,41 8,34 9,35 0,64 0,44 8,90 9,98 0,72 0,50 10,01 11,23 0,80 0,56 11,11 12,47 0,85 0,59 11,65 13,09 0,97 0,67 13,32 14,96 1,21 0,84 16,66 18,71 16 Tabela XII Consumo de eletrodos em tubulações (kg) na progressão descendente 78

81 Diâmetro do tubo 9,5 mm (3/8") 12,5 mm (1/2") Espessura da parede 16,0 mm (5/8") 19,0 mm (3/4") 25,4 mm (1") pol mm Passe e do eletrodo 1 o 3,2 mm Ench. 4 mm Kg/ junta Passe e do eletrodo 1 o 3,2 mm Ench. 4 mm Kg/ junta Passe e do eletrodo 1 o 3,2 mm Ench. 4 mm Kg/ junta Passe e do eletrodo 1 o 3,2 mm Ench. 4 mm Kg/ junta Passe e do eletrodo 1 o 3,2 mm Ench. 4 mm Kg/ junta ,23 0,61 0,84 0,23 1,05 1, ,32 0,81 1,13 0,32 1,41 1,73 0,32 2,13 2, ,45 1,22 1,67 0,45 2,13 2,58 0,45 3,22 3,67 0,45 4,50 4,95 0,45 7,57 8, ,63 1,63 2,26 0,63 2,77 3,40 0,63 4,44 5,07 0,63 5,94 6,57 0,63 10,02 10, ,77 2,04 2,81 0,77 3,49 4,26 0,77 5,31 6,08 0,77 7,44 8,21 0,77 12,52 13, ,90 2,45 3,35 0,90 4,22 5,12 0,90 6,44 7,34 0,90 8,98 9,88 0,90 15,15 16, ,09 2,81 3,90 1,09 4,90 5,99 1,09 7,48 8,57 1,09 10,43 11,52 1,09 17,60 18, ,22 3,27 4,49 1,22 5,62 6,84 1,22 8,62 9,84 1,22 12,02 13,24 1,22 20,18 21, ,41 3,63 5,04 1,41 6,30 7,71 1,41 9,80 11,21 1,41 13,43 14,84 1,41 22,63 24, ,54 4,04 5,58 1,54 6,98 8,52 1,54 10,66 12,20 1,54 14,88 16,42 1,54 25,08 26, ,86 4,90 6,76 1,86 8,39 10,25 1,86 12,84 14,70 1,86 17,92 19,78 1,86 30,21 32, ,31 10,52 12,83 2,31 20,59 22,90 2,31 22,41 24,72 2,31 37,74 40,05 Nota: para tubos de diâmetro menor que 152 mm (6"), com espessura de parede até 6,4 mm pode ser utilizado o eletrodo Pipeweld 6010 OK 22.45P 2,5 mm para o primeiro passe. Peso aproximado dos eletrodos OK para tubulações: 3,2 mm 28 g 4,0 mm 40 g 5,0 mm 62 g Tabela XIII Consumo de eletrodos em tubulações (kg) na progressão ascendente 79

82 Capítulo 7 Eletrodos básicos OK Especificação API Grau Eletrodo sugerido 1 o passe Enchimento progressão ascendente 5L A25 OK 22.45P OK L 5LS A OK 22.45P OK L 5LS B OK 22.45P OK LX X42 OK 22.45P OK LX X46 OK 22.45P OK LX X52 OK 22.45P OK LX X56 OK 22.45P OK LX X60 OK 22.45P OK LX X65 OK 22.45P OK LX X70 OK 22.45P OK Tabela XIV Eletrodos OK recomendados para a soldagem mista 80

83 Figura 66 Soldagem com eletrodos básicos OK 81

84 Eletrodos básicos OK para aços de média e alta resistência Tipo do eletrodo Classificações Eficiência de deposição Propriedades mecânicas Composição química típica do metal de solda depositado (%) Aplicações Corrente de soldagem Parâmetros de soldagem ASME SFA 5.1 E7018 AWS A 5.1 E % L.R. = MPa A = 27 32% Ch 29 C J C = 0,07 Si = 0,50 Mn = 1,30 Uso geral em soldas de grande responsabilidade, depositando metal de altíssima qualidade; todos os tipos de juntas; alta velocidade e boa economia de trabalho; indicado para estruturas rígidas, vasos de pressão, construções navais, aços fundidos, aços não ligados de composição desconhecida, etc. CC V 2,0 mm A 2,5 mm A 3,2 mm A 4,0 mm A 5,0 mm A 6,0 mm A 82 Tabela XV Características do eletrodo básico OK 48.04

85 Tipo do eletrodo Classificações Eficiência de deposição Propriedades mecânicas Composição química típica do metal de solda depositado (%) Aplicações Corrente de soldagem Parâmetros de soldagem ASME SFA 5.1 E70181 AWS A 5.1 E % L.R. = MPa A = 29 31% Ch 46 C J C = 0,06 Si = 0,50 Mn = 1,45 Eletrodo adequado para soldagem em todas as posições de aço carbono de médio e alto limite de escoamento. O baixo teor de hidrogênio difusível no metal depositado minimiza o risco de trincas. Excelente qualidade radiográfica. Para construção naval, fabricação estrutural, caldeiras, etc. Excelente aspecto do cordão também na progressão ascendente. CC V 2,5 mm A 3,2 mm A 4,0 mm A 5,0 mm A 6,0 mm A Tabela XVI Características do eletrodo básico OK

86 Tipo do eletrodo Classificações Eficiência de deposição Propriedades mecânicas Composição química típica do metal de solda depositado (%) Aplicações Corrente de soldagem Parâmetros de soldagem ASME SFA 5.5 E8018G AWS A 5.5 E8018G 115% L.R. = MPa A = 26 30% Ch 46 C XX XX J C = 0,06 Si = 0,40 Mn = 1,10 Ni = 1,65 Soldagem de responsabilidade em aços ASTM A 516 Gr. 70, bem como aços de alta resistência e aços ligados ao Ni para baixas temperaturas. Alta qualidade do metal depositado. Recomendado para soldagem de plataformas de grande espessura e para aços de alta resistência e baixa liga do tipo API 5L X60, X65 e X70. CC V 2,5 mm A 3,2 mm A 4,0 mm A 5,0 mm A Tabela XVII Características do eletrodo básico OK

87 Eletrodos básicos OK para progressão descendente 1 Tipo do eletrodo Classificações Eficiência de deposição Propriedades mecânicas Composição química típica do metal de solda depositado (%) Aplicações Corrente de soldagem Parâmetros de soldagem ASME SFA 5.5 E8018G AWS A 5.5 E8018G EN 499: E46 5 B 41 H5 120% L.R. > 550 MPa L.E. > 460 MPa A 25% C = 0,06 0,09 Si = 0,30 0,70 Mn = 1,0 1,4 Filarc 27P é especialmente desenvolvido para soldagem na progressão descendente de juntas circunferenciais em tubulações. Adequado para aços API 5L X52 X70. CC+ 2,5 mm A 3,2 mm A 4,0 mm A 5,0 mm A Tabela XVIII Características do eletrodo básico Filarc 27P 1 Eletrodos importados necessária consulta prévia 85

88 Tipo do eletrodo Classificações Eficiência de deposição Propriedades mecânicas Composição química típica do metal de solda depositado (%) Aplicações Corrente de soldagem Parâmetros de soldagem ASME SFA 5.5 E9018G AWS A 5.5 E9018G EN 499: E55 5 1NiMo B 41 H5 120% L.R. > 620 MPa L.E. > 550 MPa A 24% C = 0,06 0,09 Si = 0,30 0,70 Mn = 1,0 1,4 Ni = 0,6 1,0 Mo = 0,3 0,6 Adequado para soldagem de tubulações de aço de alta resistência como API 5L X75. Desempenho e produtividade similares ao Filarc 27P. CC+ 3,2 mm A 4,0 mm A 5,0 mm A Tabela XIX Características do eletrodo básico Filarc 37P 86

89 Tipo do eletrodo Classificações Eficiência de deposição Propriedades mecânicas Composição química típica do metal de solda depositado (%) Aplicações Corrente de soldagem Parâmetros de soldagem ASME SFA 5.5 E10018G AWS A 5.5 E10018G EN 757: E55 4 Z B 41 H5 120% L.R. > 690 MPa L.E. > 620 MPa A 22% C = 0,06 0,09 Si = 0,30 0,70 Mn = 1,6 2,0 Ni = 1,30 1,60 Adequado à soldagem de tubulações de aço de alta resistência como API 5L X80. Desempenho e produtividade similares ao Filarc 27P. CC+ 3,2 mm A 4,0 mm A 5,0 mm A Tabela XX Características do eletrodo básico Filarc 108MP 87

90 Capítulo 8 Técnicas de soldagem e práticas operacionais Figura 67 Soldagem de tubulações com eletrodos revestidos OK 88

91 Eletrodos celulósicos, adequados para uso nas progressões ascendente e descendente são normalmente escolhidos para soldar tubos. O mais rápido e, portanto, o mais produtivo método é soldar na progressão descendente com eletrodos celulósicos. Contudo, quando é necessário garantir, em particular, a alta integridade de tubos submetidos a altas tensões estáticas ou dinâmicas (por exemplo, tubos enterrados de médio ou grande diâmetro no cruzamento de rodovias ou ferrovias ou tubos de pequeno ou médio diâmetro sujeitos a vibrações, temperatura, pressão), a técnica de processos combinados, como eletrodos celulósicos e básicos na progressão ascendente, é algumas vezes a preferida. Os itens seguintes ilustram as mais freqüentes práticas operacionais aplicadas na soldagem manual de tubos e as diferentes técnicas adotadas, começando pela preparação e terminando com uma análise completa de defeitos potenciais, suas causas e soluções. Soldagem de dutos na progressão descendente com eletrodos celulósicos OK Pipeweld Juntas na posição 5G Vá ao item Preparação e ponteamento na progressão descendente do Capítulo 4 na página 40 para informações sobre as atividades anteriores ao passe de raiz. Solde o cordão de raiz filetado com um eletrodo de 4,0 mm. A corrente deve ser ajustada para A. Inicie com o eletrodo na posição 12 horas, com um ângulo de a 89

92 taque puxando de e o eletrodo no plano da junta (veja a Figura 68). Figura 68 Ângulo de ataque para o passe de raiz Abra o arco na raiz da junta (nunca na extremidade do ponto em direção à superfície externa do tubo), empurre o eletrodo na junta e avance de modo regular (veja a Figura 69). Para enxergar melhor a poça de fusão, pode ser necessário variar o ângulo de ataque puxando de para Use a técnica de arrastar, mantendo sempre o eletrodo na base da junta. Formase, então, um entalhe no formato de um buraco de fechadura, que acompanha a extremidade do eletrodo em seu movimento (veja a Figura 70). 90

93 Figura 69 Passe de raiz com eletrodo celulósico OK Pipeweld na progressão descendente Figura 70 Entalhe buraco de fechadura 91

94 Se furar a raiz, oscilar levemente o eletrodo de um lado para o outro, como é mostrado na Figura 71. Figura 71 Oscilação do eletrodo Se for necessário interromper o arco antes que o passe seja terminado, a ponta do eletrodo deve ser rapidamente movida para baixo (veja a Figura 72). Figura 72 Interrupção do arco 92

95 Isso evita a inclusão de escória na poça de fusão. Remova a escória da cratera e dos últimos 50 mm do cordão de solda. O reinício deve ser feito começando no metal de solda a aproximadamente 12 mm antes da cratera e movendose em direção a ela com um comprimento de arco ligeiramente acima do normal. Então empurre o eletrodo para a raiz da junta para encher a cratera e continue a soldagem da maneira normal (veja a Figura 73). Figura 73 Procedimento de reinício O cordão completo deve formar um reforço de solda na raiz de espessura 1,6 mm (veja a Figura 74). Figura 74 Penetração na raiz 93

96 Quando a primeira metade da raiz estiver completa, remova a escória e então repita o processo para a segunda metade da junta. Para o passe quente, empregue os eletrodos celulósicos OK 22.46P, OK 22.47P ou OK 22.48P de diâmetro 4,0 mm, dependendo da classe do aço a ser soldado. Comece com o eletrodo na posição 12 horas, mantendo os mesmos ângulos indicados para o passe de raiz, em direção à posição 6 horas. Movimente levemente o eletrodo para cima e para baixo para enxergar a poça de fusão. Mova a ponta do eletrodo para frente em um comprimento igual ao diâmetro do eletrodo para permitir que a poça de fusão se solidifique ligeiramente e então mova a ponta de volta em um comprimento igual à metade do diâmetro do eletrodo. A essa altura, espere até que a cratera esteja cheia antes de ir adiante (veja a Figura 75 e a Figura 76). Figura 75 Passe quente 94

97 Figura 76 Oscilação no passe quente Mantenha um comprimento de arco igual ao diâmetro do eletrodo. Não aumente o comprimento do arco durante o movimento. Se o arco for interrompido antes que o cordão esteja concluído, remova a escória da cratera, reinicie o arco começando sobre o cordão de raiz, aproximadamente 12 mm à frente do segundo cordão e mova o eletrodo de volta à cratera (veja a Figura 77). Certifiquese de que você encheu a cratera e então recomece a soldagem conforme descrito anteriormente. Execute a segunda metade do passe com o mesmo procedimento. Deve ser observado que a técnica empurrando com a qual é depositado o passe de raiz causa fusão incompleta e inclusão de escória nas bordas da junta. Devido à maior corrente aplicada, o segundo passe ou passe quente não transfere muito metal à junta, porém seu maior aporte térmico libera a escória e completa a fusão entre as bordas do metal de solda e o metal de base. 95

98 Figura 77 Reinício do passe quente Para executar o passe de enchimento (terceiro passe), a posição de início e os ângulos de ataque puxando do eletrodo são os mesmos que os indicados para o passe de raiz e para o passe quente, mas devem ser empregados eletrodos de 5,0 mm de diâmetro com a corrente ajustada para A. Aplique um movimento com oscilação, mantendo um comprimento de arco igual ao diâmetro do eletrodo. Pare com a ponta do eletrodo na borda do cordão anterior. Mova o eletrodo na direção da borda oposta descendo aproximadamente a metade do diâmetro do eletrodo (veja a Figura 78). Se for necessário reiniciar o arco, empregue o mesmo procedimento indicado para o segundo passe. Após ter soldado a segunda metade da junta, remova totalmente a escória. Para encher a junta até 0,8 mm abaixo da superfície externa do tubo pode ser necessário depositar passes adicionais em toda a circunferência da junta (veja a Figura 79). 96

99 Figura 78 Passes de enchimento Figura 79 Passes adicionais antes do acabamento Esses cordões de solda geralmente adicionam camadas de espessura 1,6 mm. Empregue as mesmas técnicas indicadas nos passes anteriores. Freqüentemente, após todas essas camadas terem sido depositadas, a junta fica mais espessa nas regiões superior e inferior que nas regiões laterais do tubo (costelas), tornando necessário encher uniformemente toda a junta antes do passe de acabamento. Nesse caso, são depositados cordões de nivelamento com as mesmas técnicas ilustradas anteriormente (veja a Figura 80). 97

100 Figura 80 Cordões de nivelamento A técnica aplicada no passe de acabamento é a mesma já indicada para o penúltimo passe, porém o movimento de oscilação deve ser mais largo. Pare com a ponta do eletrodo nas bordas do cordão anterior (veja a Figura 81). Figura 81 Passe de acabamento Empregue uma oscilação retilínea ou em meialua com compri 98

101 mento de arco, velocidade de soldagem e inclinação do eletrodo adequados (veja a Figura 82). Figura 82 Oscilações do passe de acabamento Avance a uma velocidade que torne possível obter um reforço com altura entre 0,8 e 1,6 mm e uma sobreposição de aproximadamente 1,6 mm nas bordas (veja a Figura 83). 99

102 Figura 83 Sobreposição do cordão de solda de acabamento no metal de base As normas API requerem inspeção visual e uma criteriosa avaliação da qualidade da soldagem. Após ter executado a preparação e o ponteamento, a peça é identificada e então soldada na posição 5G conforme indicado anteriormente. É então executada uma inspeção visual da solda. Figura 84 Inspeção visual do cordão de acabamento 100

103 Os critérios de aceitação são os seguintes: Trincas: a solda não deve apresentar trincas. Penetração: a raiz da junta deve apresentar penetração completa. Fusão: a fusão entre o metal de solda e o metal de base deve ser total. Inclusão de escória: o vazio na zona fundida contendo a inclusão não deve exceder 3,2 mm para cada 152 mm de solda. Poros: a seção afetada pela porosidade não pode ser mais longa que 1,6 mm; e o total não deve exceder o comprimento de 3,2 mm para cada 6,5 cm 2 de superfície de solda. Mordeduras: não devem exceder a largura de 0,8 mm nem a profundidade de 0,8 mm; e seu comprimento total não deve exceder 50,8 mm para cada 152 mm de solda ou 5% da espessura da parede, se a solda for mais curta. Metal de solda: os reforços da superfície e da raiz não devem exceder as dimensões indicadas, devem ter uma transição suave com as superfícies do metal de base e suas bordas devem estar livres de mordeduras. Juntas na posição 6G / HL045 Aplicação: soldagem de todos os tubos de aço carbono de diâmetro 8 (219,1 mm) e espessura de parede de 8,2 mm. Parâmetros de soldagem Eletrodo OK 22.45P 2,5 mm, corrente A Eletrodo OK 22.45P 3,2 mm, corrente A O equipamento de solda deve ter uma tensão de circuito aberto de 70 V Atividades Após ter executado a atividade de preparação e ponteamento conforme descrita no Capítulo 4, fixe a peça usando dispositivos com 101

104 seu eixo a 45 do plano horizontal veja a Figura 85 e com os pontos localizados nas posições 3, 6, 9 e 12 horas. Coloque o ponto onde a abertura da raiz for menor na posição 12 horas, quando for possível. Figura 85 Soldagem na posição 6G Execute o passe de raiz com a mesma técnica aplicada no Capítulo 8. Mantenha o eletrodo paralelo ao plano da junta e aplique um ângulo de ataque puxando de (veja a Figura 86). Se o revestimento do eletrodo fundir de uma maneira irregular, mova ligeiramente a ponta do eletrodo de uma borda para a outra. Solde ambas as metades da junta com a mesma técnica. O passe de raiz não deve penetrar mais que 1,6 mm. 102

105 Figura 86 Soldagem do passe de raiz 103

106 Para o passe quente, empregue eletrodos OK 22.45P de diâmetro 3,2 mm. Abra o arco na posição 12 horas com os mesmos ângulos de eletrodo aplicados no passe de raiz. Aplique um movimento similar àquele descrito para o segundo cordão no Capítulo 8. Para os passes de enchimento, comece na posição 12 horas com um ângulo de trabalho de com o eixo do tubo (veja a Figura 87). Figura 87 Passes de enchimento Avance da posição 12 horas até a posição 6 horas usando um movimento de oscilação alongada e então, se necessário, execute cordões de nivelamento (veja a Figura 88). 104

107 Figura 88 Oscilação dos passes de enchimento Execute o passe de acabamento aplicando os mesmos ângulos de eletrodo e a mesma técnica dos passes de enchimento. Os cordões externos devem compor um reforço de 1,6 mm e sobrepor o bisel em 1,6 mm (veja a Figura 89). Solde ambas as metades da junta e então remova a escória. Para ser aprovado no teste de qualificação em um procedimento de soldagem na posição 6G que cobre todas as outras alguns ensaios mecânicos devem ser realizados numa amostra. Para isso, prepare e ponteie uma peça conforme descrito no Capítulo 4. Execute a soldagem conforme descrito nesse capítulo. Tenha cuidado em remover as maiores irregularidades usando uma lixadeira com um disco de granulação fina antes de depositar o segundo passe. Faça um ensaio visual conforme indicado na página

108 Figura 89 Passe de acabamento Soldagem de dutos na progressão ascendente com a técnica mista eletrodos celulósicos/básicos As técnicas descritas nesse item aplicamse a tubos de diâmetro a partir de 8" (219,1 mm). Os parâmetros de soldagem para o ponteamento podem ser encontrados no Capítulo 4. Se a fonte não possuir indicador de corrente, esta pode ser ajustada empiricamente procedendose da seguinte maneira: coloque uma tira de aço carbono de 6 mm de espessura na posição horizontal, abra o arco e deposite um cordão retilíneo, simétrico, com ondulação regular e espessura de 1,6 mm. Se o cordão for desnivelado e 106

109 fortemente convexo, a corrente deve ser aumentada. Se o cordão for achatado e apresentar respingo excessivo, a corrente deve ser reduzida (veja a Figura 90). Figura 90 Ajuste da corrente Juntas na posição 5G / PF Esse tipo de junta / posição é utilizado na soldagem de curvas, flanges e peças forjadas em todos os diâmetros. O seguinte exemplo contempla a soldagem de tubos de diâmetro 8 (219,1 mm). Parâmetros de soldagem 2 Eletrodo OK 22.45P 3,2 mm, CC, corrente A, passe de raiz Eletrodo OK / OK ,5 mm / 3,2 mm, CC+, corrente 2 Para o processo com a técnica mista eletrodo celulósico / básico. 107

110 A, enchimento Eletrodo OK / OK ,2 mm, CC+, corrente A, acabamento A fonte deve ter uma tensão de circuito aberto de 70 V. Passe de raiz Para executar o passe de raiz, inicie com o eletrodo na posição 6:30, perpendicular ao eixo e à superfície do tubo. Abra o arco na raiz da junta (nunca na extremidade do ponto ou na superfície externa do tubo). Mantenha um comprimento de arco com o dobro do diâmetro do eletrodo e oscile de uma borda para a outra, para frente e para trás, para préaquecer o nariz do bisel (veja a Figura 91). Após dois ou três movimentos, reduza o comprimento do arco para uma vez o diâmetro do eletrodo e forme a cratera buraco de fechadura, então mantenha o arco no nariz do bisel e avance. Use um leve movimento oscilante para cima e para baixo. Para manter uma cratera de dimensões apropriadas, os movimentos devem ser rápidos e precisos (veja a Figura 92). Quando se aproximar de um ponto de solda, reduza a velocidade de soldagem e aumente ligeiramente o comprimento do arco. Se a cratera tender a se fechar, aplique um ângulo de ataque puxando de 5 10 e/ou reduza a velocidade de alimentação. Se, por outro lado, a cratera tender a se abrir, aplique um ângulo de ataque empurrando de 5 10 e/ou aumente a velocidade de alimentação (veja a Figura 93). Se necessário, interrompa o arco antes que o cordão esteja concluído, forme uma cratera buraco de fechadura de diâmetro aproximadamente 5 mm empurrando rapidamente a ponta do eletrodo em direção à junta por aproximadamente 12 mm, e então retire completamente o eletrodo. Dessa forma, é assegurada uma penetração completa na reabertura do arco (veja a Figura 94). 108

111 Figura 91 Passe de raiz 109

112 Figura 92 Oscilação do passe de raiz Figura 93 Ângulos de ataque 110 Remova a escória da cratera e dos últimos 25 mm do cordão de solda. A reabertura do arco deve ser executada iniciando no cordão de solda a aproximadamente 20 mm antes da cratera, movendo o eletrodo em direção à cratera com um comprimento de arco ligeiramente maior que o comprimento normal. Mova para frente e para trás na cratera para préaquecer as bordas e então volte ao comprimento de arco normal (veja a Figura 95).

113 Figura 94 Interrupção do arco Figura 95 Procedimento de reabertura do arco 111

114 Quando a primeira metade do passe estiver concluída, remova a escória e então repita a operação na segunda metade da junta. O passe de raiz deve apresentar uma superfície ligeiramente convexa e ter uma altura de reforço de 1,6 mm (veja a Figura 96). Figura 96 Passe de raiz Nessa etapa, os passes de enchimento e acabamento podem ser executados continuando com eletrodos celulósicos ou usando a técnica mista eletrodo celulósico / básico. Cordões de enchimento e acabamento com eletrodos básicos Se, após o primeiro cordão, se desejar utilizar eletrodos revestidos básicos, proceda da seguinte maneira: Para o segundo cordão, utilize eletrodos OK / OK ,5 / 3,2 mm. Abra o arco na posição 6:30 e estabilizeo na posição 6 horas mantendo preferencialmente um arco de pequeno comprimento a ângulos conforme mostrado na Figura 97. Aplique um movimento de oscilação retilíneo, parando com o eletrodo nas bordas da junta (veja a Figura 98 e a Figura 99). A velocidade de oscilação e os tempos de parada determinarão o resultado. Uma velocidade muito baixa ou uma oscilação excessiva causarão uma poça muito grande e dificultarão o controle, enquanto uma velocidade muito alta ou pouca oscilação causarão falta de fusão no cor 112

115 dão anterior, com um cordão muito convexo e mordeduras (veja a Figura 100). Figura 97 Ângulos de ataque Um enchimento correto da junta atinge aproximadamente até 1,6 mm da superfície do tubo. Se o penúltimo cordão não atingir esse nível, deposite outro cordão com OK / OK ,5 mm (ou 3,2 mm) empregando o mesmo procedimento. Se o arco for interrompido antes que o passe esteja completo, remova a escória da cratera, reabra o arco iniciando o último cordão aproximadamente a 12 mm à frente da cratera e então retorne até que a cratera seja preenchida, continuando a partir daí com a velocidade de soldagem normal. Finalmente, remova a escória da extremidade do cordão e execute a segunda metade da junta. 113

116 Figura 98 Oscilação dos passes de enchimento Figura 99 Oscilação dos passes de enchimento 114

117 Figura 100 Efeitos da velocidade de soldagem e da oscilação Para o passe de acabamento, empregue eletrodos OK / OK ,2 mm, aplicando a mesma técnica dos passes de enchimento, porém com um movimento de oscilação mais largo, parando nas bordas da junta. A sobreposição nas bordas da junta deve medir aproximadamente 1,6 mm, e o reforço da solda deve ficar entre 0,8 e 1,6 mm (veja a Figura 101). O Código ASME requer uma inspeção visual e uma criteriosa a valiação da qualidade da solda numa amostra. Após ter executado a preparação e o ponteamento, a peça é identificada e então soldada na posição 5G conforme indicado previamente. É então executada uma inspeção visual da solda. 115

118 Figura 101 Sobreposição do passe de acabamento Os critérios de aceitação são os seguintes: Trincas: a solda não deve apresentar trincas. Penetração: a raiz da junta deve apresentar penetração comple 116

119 ta. Fusão: a fusão entre o metal de base e o metal de adição deve ser completa. Inclusão de escória: as cavidades na zona fundida contendo a escória não devem exceder 3,2 mm para cada 152 mm de solda. Inclusões gasosas: uma seção afetada por porosidade não pode exceder o comprimento de 1,6 mm; e seu comprimento total não deve exceder 3,2 mm para cada 6,5 cm 2 de superfície de solda. Mordeduras: não devem exceder uma largura de 0,8 mm e uma profundidade de 0,8 mm; e seu comprimento não deve exceder 50,8 mm para cada 152 mm de solda ou 5% da espessura de parede, se a solda for mais curta. Metal de solda: os reforços da face e da raiz não devem exceder as dimensões indicadas, devem apresentar uma transição suave com as superfícies do metal de base e suas bordas devem estar livres de mordeduras. Cordões de acabamento com eletrodos celulósicos Depois de executado o passe de raiz com o eletrodo OK 22.45P, os passes subseqüentes de enchimento e acabamento podem ser executados empregandose eletrodos celulósicos OK Pipeweld. Continue novamente com a progressão ascendente, utilizando eletrodos OK Pipeweld 3,2 mm e 4,0 mm se o chanfro e o diâmetro do tubo forem adequados. A corrente de soldagem deve ser menor que a aplicada no passe de raiz, sendo determinada pelo tamanho do tubo. Os valores de corrente normalmente aplicados são os seguintes: 3,2 mm 60 A 100 A 4,0 mm 80 A 120 A Dependendo da largura do chanfro, a soldagem é executada em movimentos de oscilação retilíneos ou em meialua, parando com o eletrodo nas bordas da junta. 117

120 Juntas na posição 2G / PC Esse tipo de junta / posição é empregado em tubos e em pequenos vasos. O seguinte exemplo descreve a soldagem de um tubo com diâmetro 8 (219,1 mm). Parâmetros de soldagem (*) Eletrodo OK 22.45P 3,2 mm, CC, corrente A, passe de raiz Eletrodo OK / OK ,5 mm, CC+, corrente A, passes de enchimento Eletrodo OK / OK ,2 mm, CC+, corrente A, passes de acabamento A fonte deve ter uma tensão de circuito aberto de pelo menos 70 V. (*) Para processos com a técnica mista eletrodo celulósico / básico Atividades Após ter executado a preparação e o ponteamento, fixe a peça na posição 2G (eixo vertical) veja a Figura 102. Então faça o passe de raiz com eletrodos OK 22.45P de diâmetro 3,2 mm (veja a Figura 103 e a Figura 104). O eletrodo deve ser mantido na horizontal com um ângulo de a taque puxando de Inicie o cordão a 50 mm do ponto, forme a cratera buraco de fechadura e avance com um movimento de oscilação similar ao empregado na posição 5G. Mantenha o eletrodo nas bordas do nariz (veja a Figura 105 e a Figura 106). Se a cratera tender a alargarse, aumente o ângulo de ataque puxando de 5 para 10 (veja a Figura 107). Se a ponta do eletrodo for empurrada muito para dentro da junta, formarseão mordeduras ao longo da raiz e ocorrerão defeitos e penetração excessiva (veja a Figura 108). Se o eletrodo não for empurrado suficientemente na jun 118

121 ta, serão obtidas penetração incompleta e mordeduras nas superfícies biseladas. Figura 102 Fixação na posição 2G Figura 103 Ângulos de ataque 119

122 Figura 104 Seqüência de soldagem Figura 105 Oscilação do passe de raiz Se o arco for interrompido antes que o cordão esteja completo, limpe a cratera e reinicie conforme descrito no parágrafo anterior, sem esquecer de encher a cratera (veja a Figura 109). 120

123 Figura 106 Cratera buraco de fechadura Figura 107 Correção do ângulo de ataque 121

124 Figura 108 Causa de mordeduras Figura 109 Enchimento da cratera O segundo passe ou passe de enchimento deve ser executado 122

125 com um eletrodo OK / OK ,5 mm. O eletrodo deve ser mantido na horizontal com um ângulo de a taque puxando de 5 10 (veja a Figura 110). Empregue um movimento perpendicular em W, com paradas nos pontos indicados na figura para encher corretamente a cratera de solda (veja a Figura 111). Mantenha o arco o mais curto possível. O cordão deve ser chato ou ligeiramente convexo com boa fusão nas bordas. Figura 110 Passe de enchimento Os passes de acabamento devem ser feitos com eletrodos OK / OK ,2 mm. O ângulo de ataque varia, com respeito ao plano horizontal, de 5 acima para o terceiro cordão, para 5 abaixo para o quinto (veja a Figura 112). 123

126 Figura 111 Oscilação em W Um ângulo de ataque correto assegura boa fusão nas bordas da junta. Os cordões devem se sobrepor até à metade do cordão anterior. Empregue o mesmo movimento de oscilação descrito para o segundo cordão. A junta acabada deve ter uma tolerância de projeto de 1,6 mm para usinagem e a superfície levemente convexa não deve apresentar mordeduras. O Código ASME (*) requer uma inspeção visual e uma criteriosa avaliação da qualidade da solda em uma amostra. Depois de ter executado a preparação e o ponteamento, a peça é identificada e então soldada na posição 2G conforme previamente indicado. É então executada uma inspeção visual da solda. Os critérios de aceitação são os seguintes: Trincas: a solda não deve apresentar trincas. Penetração: a raiz da junta deve apresentar penetração completa. Fusão: a fusão entre o metal de base e o metal de adição deve ser completa. Inclusão de escória: as cavidades na zona fundida contendo a escória não devem exceder 3,2 mm para cada 152 mm de solda. Inclusões gasosas: uma seção afetada por porosidade não pode 124

127 exceder o comprimento de 1,6 mm; e seu comprimento total não deve exceder 3,2 mm para cada 6,5 cm 2 de superfície de solda. Mordeduras: não devem exceder uma largura de 0,8 mm e uma profundidade de 0,8 mm; e seu comprimento não deve exceder 50,8 mm para cada 152 mm de solda ou 5% da espessura de parede, se a solda for mais curta. Figura 112 Passe de acabamento 125

128 Metal de solda: os reforços da face e da raiz não devem exceder as dimensões indicadas; devem apresentar uma transição suave com as superfícies do metal de base e suas bordas devem estar livres de mordeduras. Juntas na 6G / HL045 Esse tipo de junta / posição é usado para soldar curvas, flanges, tês, etc. O seguinte exemplo mostra a soldagem de tubos de diâmetro 8 (219,1 mm). A posição de soldagem 6G qualifica todas as outras. Parâmetros de soldagem (*) Eletrodo OK 22.45P 3,2 mm, CC, corrente A, passe de raiz Eletrodo OK / OK ,5 mm, CC+, corrente A, passes de enchimento Eletrodo OK / OK ,2 mm, CC+, corrente A, passes de acabamento A fonte deve ter uma tensão de circuito aberto de pelo menos 70 V (*) Para processos mistos com a técnica eletrodo celulósico / básico Atividades Depois de ter executado a preparação e o ponteamento, fixe a peça na posição 6G (eixo a 45 com o plano horizontal) veja a Figura 113. Os pontos devem ser aplicados nas posições 2, 5, 8 e 11 horas, quando possível. Então execute o passe de raiz com eletrodos OK 22.45P de diâmetro 3,2 mm. Comece com o eletrodo na posição 6:30, no plano da junta e perpendicular à direção de soldagem (veja a Figura 114). Empregue um leve movimento de oscilação. A ponta do eletrodo deve ser mantida nas bordas do nariz, porém sem exercer pressão 126

129 sobre ele. Se a cratera tender a fechar, aplique um leve ângulo de a taque puxando e/ou reduza a velocidade de soldagem. Se a cratera tender a abrir, aplique um leve ângulo de ataque empurrando e/ou aumente a velocidade de soldagem (veja a Figura 115). Figura 113 Montagem na posição 6G Os procedimentos de interrupção e reabertura do arco são similares àqueles descritos no Capítulo 8. Faça ambas as metades do passe e remova a escória antes de depositar o segundo passe (veja a Figura 116). O passe de enchimento deve ser executado abrindo o arco na posição 6:30 e estabilizandoo na posição 6 horas em uma largura bastante reduzida. Observe os ângulos da figura. Aplique eletrodos OK / OK de diâmetro 2,5 mm. O passe de enchimento deve ficar a aproximadamente 1,6 mm da superfície externa do tubo (veja a Figura 117). 127

130 Figura 114 Ângulo de ataque e ângulo de trabalho Então execute os passes de acabamento com eletrodos OK / OK de diâmetro 3,2 mm, aplicando uma corrente de A (veja a Figura 118). Os ângulos do eletrodo para os passes de acabamento são os mesmos que aqueles empregados para os passes de enchimento (veja a Figura 119). Tome nota do número de cordões de cada camada (veja a Figura 120). 128

131 Figura 115 Passe de raiz 129

132 Figura 116 Geometria do passe de raiz 130 Figura 117 Passes de enchimento

133 Figura 118 Passe de acabamento Figura 119 Ângulos de ataque dos passes de acabamento 131

134 Figura 120 Seqüência de passes 132

135 Exemplo de EPS PROPOSTA DE ESPECIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM Projeto: Especificação Projeto API 1104 Ed set/99 Processo Soldagem SMAW Tipo: Manual JUNTAS METAIS DE BASE CROQUIS DA JUNTA Tipo de Bisel: Simples V Espec. Material: API 5L x API 5L MataJuntas: N/A Tipo ou Grau: X70 x X70 Mat. MataJuntas: N/A Faixa Diâmetro.: > 323,9 mm Outros: N/A Faixa Espessura: 4,8 mm 19,1 mm Fabricante: METAIS DE ADIÇÃO Passe N.º: Raiz 2 o Passe Enchimento Acabamento 1,52,0 mm Dimensões: 4,0 mm 4,0 mm 5,0 mm 5,0 mm SEQÜÊNCIA DE PASSES Especific. AWS: A A A A Classific. AWS: E 6010 E 8010G E 8010G E 8010G Fabricante: Marca Comercial: OK P OK P OK P OK P N.º Corrida: Local Fabricação: Brasil Brasil Brasil Brasil POSIÇÃO 5 G PROGRESSÃO Descendente GASES PRÉ AQUECIMENTO TTPS Gas(es) Mist % Comp. Vazão Temp. Pré aq.: Remover umidade Temp.: N/A Raiz/2 o Passe: N/A N/A N/A Temp. Entrep.: 250 C máx. Tempo: N/A Enchimento: N/A N/A N/A Método. Pré aq.: Gás propano Outros: N/A Acabamento: N/A N/A N/A Controle Temp.: Lápis Térmico TIPO E REMOÇÃO DA ACOPLADEIRA TEMPO ENTRE PASSES Interna: Sim Remover Após: 50 % da raiz Tempo Máximo entre Raiz e 2 o Passe: 60 min Externa: N/A Remover Após: N/A Tempo Máximo entre 2 o Passe e demais: 60 min TÉCNICA Filetado ou Trançado filetado Oscilação: N/A Tamanho Bocal: N/A Limpeza / Esmerilhamento Esmerilhamento / escovamento Máquinas Lixadeira, Maquita Ferramentas Manuais Distância de Contato à Peça: N/A Corrente Elétrica: Corrente contínua Polaridade: Raiz (); 2 o Passe (+); Enchimento/Acabamento (+) Outros: 1,02,0 mm Escova, lima Passe Progressão VAA (m/min) Diâmetro Metal Adição Largura / Freqüência Oscilação Faixa Corrente (A) Faixa Voltagem (V) Faixa Veloc. Soldagem (mm/s) Faixa Aporte de Calor (kj/mm) Raiz Descendente N/A 4,0 N/A ,0 0,7 1,0 2 o Passe Descendente N/A 4,0 N/A ,8 0,8 0,9 Enchimento Descendente N/A 5,0 N/A ,2 1,7 2,1 Acabamento Descendente N/A 5,0 N/A ,4 1,3 1, NOTAS Após soldagem, executar 100 % de Ensaio Visual e Ensaio Radiográfico. 133

136 Capítulo 9 Defeitos: causas e soluções Figura 121 Inspeção de tubulações 134

137 Para encontrar e possivelmente evitar defeitos de soldagem, o operador deve adquirir familiaridade com a forma e a dimensão da poça de fusão e sua relação com a forma e a aparência do cordão de solda acabado. O metal de adição é gerado pelo eletrodo que, através do arco, começa a misturarse com o metal de base fundido. Na soldagem na progressão descendente, a força do arco tende a fazer o metal fundido fluir na direção da parte de trás da cratera para formar o cordão de solda, enquanto que a força da gravidade tende a contrabalançar a do arco, fazendo a poça de fusão fluir na direção de soldagem. Ao contrário, na soldagem na progressão ascendente, as forças do arco e da gravidade empurram o metal fundido para a parte de trás da cratera para formar o cordão de solda. O movimento do metal fundido em direção à parte de trás da cratera e sua forma proporciona ao operador um meio de controle contínuo da qualidade, sem interromper o arco. As variáveis essenciais, pelas quais o operador controla a poça de fusão e sobre as quais ele deve intervir para evitar os defeitos de soldagem, são: diâmetro do eletrodo, corrente, comprimento do arco, velocidade de soldagem e ângulos de posicionamento. Um dos mais importantes fatores é a penetração. Existe penetração correta quando a solda atravessa completamente a espessura da junta, deixando um pequeno reforço de penetração contínua e bem fundida atrás. Um dos defeitos mais comuns em tubulações é a penetração insuficiente, que consiste em descontinuidade entre os dois narizes dos biséis devido ao fato que o metal de adição não penetrou completamente a junta (veja a Figura 122). Isso ocorre quando, durante a soldagem, a abertura da raiz começa a fechar, o cordão tornase estreito e a poça de fusão fica estagnada. Para evitar esse problema, uma possível solução é diminuir a velocidade de soldagem ou reduzir o ângulo de ataque do eletrodo para aumentar a temperatura da poça de fusão e, portanto, aumentar a penetração. Se isso 135

138 não for suficiente, interrompa a soldagem e aumente a corrente ou empregue a maquita para reduzir o nariz. Figura 122 Penetração insuficiente O defeito oposto é o excesso de penetração, que é destacado por um reforço excessivo na raiz da junta, maior que o requerido (veja a Figura 123). Figura 123 Excesso de penetração Nesse caso, durante a soldagem, a abertura da raiz tornase muito larga e a poça de fusão fica difícil de se controlar devido ao seu tamanho e fluidez. Para reduzir a penetração e eliminar esse proble 136

139 ma, a velocidade de soldagem deve ser aumentada, possivelmente aumentando também o ângulo de ataque do eletrodo. Se isso não for suficiente, interrompa a soldagem e reduza a corrente. Um aporte térmico excessivo pode causar rechupe. Isso faz com que a superfície interna da junta fique côncava. É um defeito comum quando se solda na sobrecabeça: a força da gravidade faz com que a superfície interna do cordão de solda se torne côncava e a superfície externa se torne convexa (veja a Figura 124). Figura 124 Rechupe Em ambos os casos, é necessário reduzir o aporte térmico ao metal fundido, sendo os métodos os mesmos que aqueles já descritos no caso anterior (veja a Figura 125). Na progressão ascendente, o alto aporte térmico pode furar a raiz, com conseqüente queda de metal fundido. Outra causa de defeitos é freqüentemente associada com uma reabertura imperfeita do arco, geralmente devido a uma corrente muito baixa ou préaquecimento insuficiente; o início do cordão adjacente é muito largo e a extremidade tem um contorno decrescente em direção à cratera (veja a Figura 126). 137

140 Figura 125 Rechupe Figura 126 Reabertura imperfeita do arco Para evitar esse tipo de defeito, o eletrodo deve ser movido em direção ao final da cratera, mantendo o arco ligeiramente longo para préaquecer. Ao final, reduza o comprimento do arco para fundir a fina ponte de metal, esperando até que o cordão de solda esteja com um comprimento igual ao já existente, e então reinicie a soldagem normal. Quando o arco for corretamente aberto, o eletrodo deve ser virado em direção ao final da cratera. Além disso, no caso de progressão ascendente, reinicie com eletrodos de baixa liga e/ou com baixo carbono (básico), devendo o 138

141 arco ser reaberto acima (à frente) da cratera; então mova o eletrodo em direção à outra extremidade, devendo o arco ser mantido ligeiramente mais comprido que o normal. Para reiniciar cordões de enchimento ou externos, com eletrodos celulósicos ou básicos, abra o arco a aproximadamente 13 mm à frente da cratera e então retorne até que esta seja preenchida. Dessa forma, o cordão anterior é corretamente préaquecido. Outro defeito típico de soldagem consiste nas mordeduras. São reentrâncias que aparecem nas bordas do cordão na transição com a superfície do metal de base. Mordeduras reduzem a espessura e causam furos na raiz. Esse defeito é devido ao comprimento excessivo do arco. Quanto maior o cone do arco, mais largas serão as reentrâncias, sendo o metal de adição depositado em gotas, havendo respingos excessivos com conseqüente perda de material de adição. Adicionalmente, a raiz na progressão descendente freqüentemente causa pequenas mordeduras nas bordas da superfície externa do cordão, mas isso é principalmente devido a uma velocidade de soldagem muito alta. O segundo passe usualmente preenche as mordeduras nas bordas e evita falta de fusão e inclusão de escória. As mordeduras na raiz do lado interno da tubulação são causadas por um comprimento de arco muito curto. A ponta do eletrodo é empurrada em demasia na junta e o material de adição que é empurrado através da junta é depositado na raiz. Finalmente, devemos dirigir a atenção para uma série de defeitos de soldagem causados por uma preparação incorreta da junta (veja a Figura 127). A abertura da raiz, o nariz e a limpeza da junta são todos fatores diretamente relacionados à futura qualidade da junta acabada. Uma abertura muito grande da raiz ou muito pequena pode causar penetração excessiva, rechupe, trincas ou mordeduras. Aberturas muito grandes na raiz tornam necessário aumentar a velocidade de soldagem sob pena de haver um aporte térmico excessivo, com ex 139

142 cesso de penetração ou furo da raiz. Da mesma forma, se o nariz é muito fino, o calor do arco o funde e leva à situação anterior de abertura excessiva na raiz. Figura 127 Preparação incorreta da junta Ao contrário, uma abertura muito pequena da raiz ou um nariz muito grosso podem causar penetração insuficiente, falta de fusão e convexidade da superfície do cordão de solda com possível inclusão de escória. Se o nariz for muito grosso, o arco não pode fundilo para formar o buraco de fechadura, sendo o metal de solda depositado entre os narizes com penetração insuficiente. Uma limpeza insuficiente ou inadequada da junta e do material de base antes da soldagem pode causar defeitos posteriores, geralmente inclusões gasosas (porosidade, se 1 mm, cavidades se 1 mm). A presença de óleo ou sujeira nas superfícies a serem soldadas causa porosidade esférica. Outras causas de porosidade podem ser a presença de umidade no metal de base, velocidade de soldagem excessiva ou oscilação excessiva do eletrodo. Finalmente, é importante mencionar o efeito do ângulo do eletrodo como um meio de controle de temperatura. Os ângulos de ataque, empurrando ou puxando, influenciam o aporte térmico, a força do arco e a quantidade de material depositado. Já que a força do arco é sempre exercida na mesma direção do eletrodo, se este não for centrado na junta, o arco causa mordeduras ao longo das bordas. Na soldagem em progressão ascendente, a gravidade move o metal fun 140

143 dido em direção ao ponto mais baixo da cratera, onde grandes mordeduras não foram preenchidas. Mordeduras, que podem ser causadas por um comprimento de arco excessivamente longo podem também ocorrer ao longo das bordas da raiz da junta. Para finalizar, a qualidade da solda depende da habilidade do operador, de seu conhecimento das técnicas apropriadas e de sua capacidade de controlar as cinco variáveis essenciais mencionadas no início. A preparação da junta e sua limpeza antes da soldagem devem ser bem feitas. 141

144 Capítulo 10 Soldagem automática de tubulações Figura 128 Biseladora 142

145 Por décadas, as maiores empreiteiras especializadas na construção de tubulações no âmbito mundial adotaram sistemas automáticos de soldagem, tendo sido sua opção imediatamente recompensada. As principais razões para a mudança são: Aumento de produtividade Menores custos da soldagem Melhor aproveitamento da mão de obra Treinamento de operadores (soldadores) em poucas semanas Menor percentual de reparos Reprodutibilidade perfeita de uma junta de teste Podem ser escolhidas diferentes alternativas quando a mudança tem que ocorrer: Soldagem unilateral com acopladores internos empregando cobrejuntas de cobre Execução de um passe interno de raiz com um acoplador / equipamento para soldagem interna Ambos proporcionam boa produtividade e baixo índice de reparos, mas suas vantagens respectivas são: Soldagem unilateral Baixo custo do equipamento Maior velocidade no passe de raiz (o primeiro passe controla a velocidade de produção na fase de soldagem na linha principal) Passe interno Pode ser empregado quando não forem permitidos cobrejuntas de cobre Podem assegurar melhor penetração em condições de desalinhamento 143

146 Consumíveis de soldagem SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Arames sólidos OK Autrod Classificação ASME SFA/AWS A ER70S6 OK Autrod é um arame sólido cobreado com baixo teor de impurezas para soldagem MIG/MAG circunferencial na progressão descendente de tubulações de qualidade tais como API 5L X52 até X70. Esse arame permite soldagem com altas correntes (transferência por aerossol) e também com transferência por curtocircuito em todas as posições. Gás de proteção: misturas Ar/CO 2. Composição química típica do metal de solda (%) C = 0,07 Si = 0,80 Mn = 1,40 Propriedades mecânicas típicas do metal de solda L.E. = 535 MPa L.R. = 600 MPa AL. = 26% Charpy V = C Tabela XXI Características do arame sólido cobreado OK Autrod

147 Figura 129 Tubulação para soldagem automática Arames tubulares Mesmo para as aplicações mais extremas, onde produtividade, qualidade e características mecânicas devam ser garantidas, a ESAB, graças a sua preferência por um relacionamento de parceria com as grandes empreiteiras do setor offshore, desenvolveu uma série de a rames tubulares OK Tubrod que permitem um considerável aumento na produtividade. 145

148 OK TUBROD 70 MC Classificação ASME SFA/AWS A5.18 E70C6M Arame tubular com alma metálica. Possibilita elevada eficiência e taxa de deposição. Devido ao baixo nível de componentes formadores de escória, a única escória formada por este arame tubular são pequenas ilhas de sílica. Soldagem em passe único ou multipasse de aços de baixo e médio teor de carbono. As principais aplicações compreendem juntas de topo multipasses e juntas em ângulo na progressão descendente e na posição horizontal. Passes de raiz sem cobrejuntas são soldados no modo de transferência por curtocircuito. A soldagem MIG pulsada é aplicada para otimizar o enchimento de juntas fora de posição, empregando misturas Ar/CO 2 como gás de proteção. Apropriado para soldagem semiautomática e para uso com equipamentos orbitais automáticos. Composição química típica do metal de solda (%) C = 0,04 Si = 0,55 Mn = 1,30 Propriedades mecânicas típicas do metal de solda L.E. = 500 MPa L.R. = 580 MPa AL. = 28% Charpy V = C Tabela XXII Características do arame tubular metálico OK Tubrod 70 MC 146

149 OK TUBROD 90 MC Classificação ASME SFA/AWS A5.28 E90CG Arame tubular com alma metálica, de baixa emissão de fumos. Apresenta alta eficiência (90 95%) bem como elevada taxa de deposição, resultando em um cordão de excelente aspecto, com pequenas ilhas de escória, minimizando a limpeza entre os passes. Contém Ni e Mo, sendo designado para soldagem de aços de média e alta resistência e de aços temperados com tensão limite de escoamento mínimo de 550 MPa. Também designado para aplicações onde se requerem propriedades de impacto até 40 C. A soldagem MIG/MAG pulsada é aplicada para otimizar o enchimento de juntas fora de posição, empregando misturas Ar/CO 2 como gás de proteção. Composição química típica do metal de solda (%) C = 0,03 Si = 0,50 Mn = 1,40 Ni = 1,60 Mo = 0,30 Propriedades mecânicas típicas do metal de solda L.E. = 620 MPa L.R. = 700 MPa AL. = 23% Charpy V = C Tabela XXIII Características do arame tubular metálico OK Tubrod 90 MC 147

150 Figura 130 Arame tubular OK Tubrod Técnicas de soldagem e práticas operacionais para a soldagem orbital automática Soldagem com a técnica mista A soldagem eletrodoarame pode ser considerada a primeira etapa em direção ao processo de soldagem completamente automático; embora as grandes empreiteiras tenham adotado essa solução no i nício dos anos 80 para limitar os investimentos na primeira fase. 148

151 Poderia funcionar em um chanfro padrão API ( ) sem utilizar a máquina biseladora (dispositivo muito caro), executando os passes de raiz e quente com eletrodos celulósicos e o enchimento e o acabamento com arames tubulares ou sólidos. É muito comum o uso de arames tubulares autoprotegidos em regiões onde o gás de proteção não é tão fácil de se encontrar. Soldagem com arames A soldagem com arames, com bisel reduzido e emprego de acopladores internos com suportes de cobre é definitivamente a mais e conômica, mais segura e mais produtiva solução a ser adotada e tem sido usada por anos na construção de dutos submarinos e terrestres por várias empreiteiras do setor. Como funciona o equipamento automático A tocha de soldagem movese na descendente a uma velocidade programada por uma chave seletora. A velocidade é determinada em cada passe, na meia circunferência. Ao final de cada passe, a tocha movese de volta à posição inicial e reinicia a deposição, após os parâmetros de soldagem terem sido regulados ou automaticamente a justados. A operação é executada simultaneamente por meio de dois dispositivos no mesmo passe, para aumentar a produtividade. Vantagens Os operadores, mesmo se recrutados entre soldadores sem muita experiência, podem ser treinados em cinco semanas. O número de profissionais envolvidos com as atividades de soldagem pode ser reduzido em 30% (não é necessário lixar e escovar 149

152 as juntas a soldagem com arames tubulares com alma metálica ou com arames sólidos não gera escória). O ciclo de trabalho é bem maior. Os tempos mortos são reduzidos a um mínimo. Figura 131 Comparação entre taxas de deposição Figura 132 Comparação entre eficiências de deposição 150

153 Figura 133 Comparação entre ciclos de trabalho Figura 134 Biseladoras 151

154 Exemplo de EPS PROPOSTA DE ESPECIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM Projeto: Especificação Projeto API 1104 Ed set/99 Processo Soldagem SMAW PGMAW Tipo: Manual, Semiautomático JUNTAS METAIS DE BASE CROQUIS DA JUNTA Tipo de Bisel: Simples V Espec. Material: API 5L x API 5L MataJuntas: N/A Tipo ou Grau: X70 x X70 Mat. MataJuntas: N/A Faixa Diâmetro.: > 323,9 mm Outros: N/A Faixa Espessura: 4,8 mm 19,1 mm Fabricante: METAIS DE ADIÇÃO Passe N o : Raiz 2 o Passe Enchimento Acabamento 1,52,0 mm Dimensões: 4,0 mm 4,0 mm 1,2 mm 1,2 mm SEQÜÊNCIA DE PASSES Especific. AWS: A A A A Classific. AWS: E 6010 E 8010G E90CG E90CG Fabricante: Marca Comercial: OK P OK P OK Tubrod 90 MC OK Tubrod 90 MC N.º Corrida: Local Fabricação: Brasil Brasil Brasil Brasil POSIÇÃO 5 G PROGRESSÃO Descendente GASES PRÉ AQUECIMENTO TTPS Gas(es) Mist % Comp. Vazão Temp. Pré aq.: Remover umidade Temp.: N/A Raiz/2 o Passe N/A N/A N/A Temp. Entrep.: 250 C Tempo: N/A Enchimento: Argônio / CO2 80 % / 20 % L/min Método. Pré aq.: Gás propano Outros: N/A Acabamento: Argônio / CO2 80 % / 20 % L/min Controle Temp.: Lápis Térmico TIPO E REMOÇÃO DA ACOPLADEIRA TEMPO ENTRE PASSES Interna: Sim Remover Após: 50 % da raiz Tempo Máximo entre Raiz e Reforço: 60 min Externa: N/A Remover Após: N/A Tempo Máximo entre Passe de Reforço e demais: 60 min TÉCNICA Filetado ou Trançado ER filetado / AT trançado Oscilação: máx. 2,5 arame Tamanho Bocal: 20 mm Limpeza / Esmerilhamento Esmerilhamento / escovamento Máquinas Lixadeira, Maquita Ferramentas Manuais Extensão do Eletrodo: mm Corrente Elétrica: Corrente contínua Polarid.: Raiz (); 2 o Passe (+); Enchimento/Acabamento () Outros: Bocal cônico 1,02,0 mm Escova, lima Passe Progressão VAA (m/min) Diâmetro Metal Adição Largura / Freqüência Oscilação Faixa Corrente (A) Faixa Voltagem (V) Faixa Veloc. Soldagem (mm/s) Faixa Aporte de Calor (kj/mm) Raiz Descendente N/A 4,0 N/A ,0 0,5 0,7 2 o Passe Descendente N/A 4,0 N/A ,2 0,6 0,8 Enchimento Descendente 7,0 8,0 1,2 máx. 2, ,4 4,0 1,20 1,25 Acabamento Descendente 7,0 8,0 1,2 máx. 2, ,8 29,2 3,3 1,40 1, NOTAS Após soldagem, executar 100 % de Ensaio Visual e Ensaio Radiográfico. PGMAW processo de soldagem pulsada empregando arame tubular com alma metálica com proteção gasosa. 152

155 Comparação entre os três processos de soldagem Tubo 36", espessura 14 mm Eletrodo Eletrodo + arame Arame + cobrejuntas de cobre Tipo de bisel Bisel = redução de volume Especificação de Procedimento de Soldagem A solda acabada 1 o passe OK 22.45P 4,0 mm OK 22.45P 4,0 mm OK Autrod ,0 mm 2 o passe OK 22.46P/22.47P 4,0 mm OK 22.46P/22.47P 4,0 mm OK Autrod ,0 mm Enchimento OK 22.46P/22.47P 5,0 mm OK Autrod ,0 mm OK Autrod ,0 mm Acabamento OK 22.46P/22.47P 5,0 mm OK Autrod ,0 mm OK Autrod ,0 mm Tempos Arco Aberto 64 minutos 41 minutos 25 minutos Eficiência 35% 35% + 80% 80% Tempo total 182 minutos 68 minutos 31 minutos Custos (somente um exemplo) Mão de obra: 34 Euro/hora Eletrodos: 5 Euro/kg Arame: 3 Euro/kg + 0,5 Euro/kg gás Custo da mão de 102 Euro obra 38 Euro 17 Euro Peso da junta 2 kg 1,6 kg 1,2 kg Custo dos consumíveis 11 Euro 6 Euro 4 Euro Custo total da solda 113 Euro 44 Euro 21 Euro 153