FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI NADIR DIAS DE FIGUEIREDO CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO ESPECIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM EPS 003 PROFESSOR: LUIZ GIMENES ALUNO: SÉRGIO APARECIDO DO SANTOS E-mail: sergio.inspetorn1@hotmail.com FEVEREIRO / 2011
INDÍCE Especificação do Procedimento de Soldagem... 2 Juntas (QW 402)... 2 Metais de Base (QW 403)... 2 Metais de Adição (QW 404)... 3 Posições (QW405)... 4 Pré-aquecimento (QW 406)... 4 Tratamento Térmico (QW 407)... 4 Gás (QW 408)... 4 Características Elétricas (QW 409)... 5 Técnica (QW 410)... 5 Resistência Corrosão sob tensão... 6 Soldagem de Aços Inoxidáveis Duplex... 6 Diretrizes Gerais para Soldagem... 5 Qualificação do Procedimento de Soldagem... 6 Seleção do Metal Base... 6 Metais de Adição... 6 Limpeza Antes da Soldagem... 7 Projeto da Junta... 7 Pré-aquecimento... 7 Tratamento Térmico Pós Soldagem... 7 Heat Input e Temperatura entre Passes... 7 Técnica e Parâmetros... 8 Gas Tungsten Arc Welding (GTAW / TIG)... 8 Shielding Metal Arc Welding (SMAW)... 8 Referencias Bibliográfica... 9 1
ESPECIFICAÇÃO DO PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM EPS: 003/11 Rev.: 0 RQPS de Cobertura: 003/11 Data: 16/01/2011 Elaborado por: Sérgio A. Santos EPS elaborada de acordo com ASME VIII Div. 1 Ed. 2007 Norma de Referência: ASME IX Ed. 2007 Processo de Soldagem: GTAW + SMAW Tipo: Manual JUNTAS (QW 402) ASME IX Ed. 2007 Dimensional da junta conforme Practical Guidelines For The Fabrication of Duplex Stainless Steels (figure 16. examples of weld joint designs used with duplex stainless steels). Tipo de Junta: Topo Tipo de Chanfro: V Ângulo do Chanfro (A): 65º ± 5º Abertura da Raiz (B): 5 ± 1 mm Face da Raiz (C): 2 ± 1 mm Espessura (D): 10 mm Cobre Junta: Não Material de Mata Junta: NA Outros: NA Seqüência de Soldagem METAIS DE BASE (QW 403) ASME IX Ed. 2007 (QW 422) Ferrous / Nonferrous P-Numbers And S-Numbers P Nº: 10H Grupo Nº: 1 com P Nº: 10H Grupo Nº: 1 Especificação do Tipo e Grau: SA 240 S32750 Com Especificação do Tipo e Grau: SA 240 S32750 2
Análise Química: (Conforme ASME II Parte A Tabela 1) C=0,030; Mn=1,20; P=0,035; S=0,020; Si= 0,80; Cr=24,0-26,0; Ni=6,0 8,0; Mo=3,0 5,0 N=0,24 0,32; Cu=0,50 Propriedade Mecânica: (Conforme ASME II Parte A Tabela 2) Resistência Tração = 795 MPa Min. Resistência Escoamento = 550 MPa Min. Alongamento = 15% Min. Dureza = 310 HB Max. METAIS DE ADIÇÃO (QW 404) ASME IX Ed. 2007 GTAW Especificação Nº: SFA 5.9 Classificação: ER 2209 F Nº: 6 (QW-432) A Nº: 8 (QW-422) Bitolas: 2,4 mm Marca Comercial: OK Tigrod 2209 Análise Química: (Conforme ASME II Parte C SFA 5.9 Tabela 1) C=0,03; Si=0,90; Mn=0,5-2,0; Ni=7,5-9,5; Cr=21,5 23,5; Mo=2,5-3,5; N=0,08-0,20; P=0,03; S=0,03; Cu=0,75 Propriedade Mecânica: (Conforme ASME II Parte C SFA 5.9 Tabela A2) Resistência Tração = 690 MPa min. Alongamento = 20% min. Tratamento Térmico Não requerido SMAW Especificação Nº: SFA 5.4 Classificação: E 2209-17 F Nº: 5 A Nº: 8 (QW-432) (QW-422) Bitolas: 3,25 mm Marca Comercial: OK 67.50 Análise Química: (Conforme ASME II Parte C SFA 5.4 Tabela 1) C=0,04; Si=0,90; Mn=0,5-2,0; Ni=8,5-10,5; Cr=21,5 23,5; Mo=2,5-3,5; N=0,08-0,20; P=0,04; S=0,03; Cu=0,75 3
Propriedade Mecânica: (Conforme Catalogo ESAB) Resistência Tração = 820 MPa Resistência Escoamento = 660 MPa Alongamento = 25% Impacto Charpy (V): 50J - Temp. +20 C POSIÇÕES (QW405) ASME IX - 2007 Em chanfro: PLANA Em ângulo: Todas Progressão de Soldagem: NA PRÉ AQUECIMENTO (QW 406) ASME IX - 2007 (Conforme ASME II Parte C SFA 5.4 Tabela 4) Temp.Pré aquecimento (min.): 16ºC Temperatura Interpasse (Max.): 150ºC Outros: NA TRATAMENTO TÉRMICO (QW 407) ASME IX - 2007 Faixa de Temperatura: NA Tempo de Permanência: NA GÁS (QW 408) ASME IX - 2007 Gás de Proteção: Ar + N Composição: 97,5% Ar + 2,5%N Vazão Tocha: 12 a 18 l/min. Backing de Gás: Sim 4
CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS (QW 409) ASME IX 2007 (Conforme ASME II Parte C SFA 5.4 Tabela 2) Corrente: Contínua Polaridade: GTAW Negativa / SMAW - Positiva Tipo de Eletrodo de Tungstênio: EWTh 2 ø 3,2 mm Processo Camada Metal de adição Diâmetro Tipo (mm) Intensidade Corrente (A) Polari dade Tensão (V) Vel. Soldagem (cm/min.) Heat Input (KJ/cm) GTAW 1 ER 2209 2,4 80-120 CC - 8-16 4-12 9,6 GTAW 2 ER 2209 2,4 80-120 CC - 8-16 4-12 9,6 SMAW 3 E 2209-17 3,2 80-120 CC + 22-28 7-33 6,1 SMAW 4 E 2209-17 3,2 80-120 CC + 22-28 7-33 6,1 TÉCNICA (QW 410) ASME IX Ed. 2007 Filetado ou Trançado: Filetado Orifício ou Tamanho do Furo para Saída de Gás: N 7 Limpeza inicial e interpasse: Esmerilhar / Escovar Método de Goivagem: Esmerilhar / Escovar Passe simples ou Múltiplos por lado: Múltiplos Eletrodos simples ou múltiplos: Simples OUTROS - O chanfro e as bordas do mesmo numa faixa de ao menos 10 mm pelos lados internos e externos deverão ser limpos ao metal brilhante para execução da soldagem. - As ferramentas de limpeza e dispositivos de fixação deverão ser de aço inoxidável ou revestidas deste metal em no mínimo por duas camadas. - Na operação de goivagem utilizar discos de óxido de alumínio com alma de nylon ou fibra de vidro. 5
Resistência Corrosão sob tensão Alguns dos primeiros usos de aços inoxidáveis duplex basearam-se em sua resistência a trinca de corrosão sob tensão (SCC). Comparado com os aços inoxidáveis austeníticos, os aços inoxidáveis duplex apresentam significativa melhora da resistência SCC. Muitos dos usos dos aços inoxidáveis duplex nas indústrias de processo químico são substitutos para os austeníticos em aplicações com um risco significativo de SCC. Entretanto, como todos os materiais, os aços inoxidáveis duplex podem ser suscetível à corrosão sob tensão em determinadas condições. Isso pode ocorrer em altas temperaturas, ambientes contendo cloretos, ou quando as condições favorecem a trinca induzida pelo hidrogênio. Diretrizes Gerais para Soldagem Qualificação do Procedimento de Soldagem Soldagem de Aços Inoxidáveis Duplex Em outros aços inoxidáveis, como de costume os testes para qualificação dos procedimentos de soldagem são bastante simples, com apenas uma quantidade limitada de testes para qualificar um material, o metal de adição, e método de solda. Com ensaios de dureza e testes de dobrar (à procura de martensita e trinca a quente, respectivamente), estes testes de qualificação refletem uma longa experiência para o que pode dar errado com aços ferríticos, martensíticos e austeníticos. Os aços inoxidáveis duplex são susceptíveis a ter dificuldade com estes requisitos, mas nestes testes é improvável que encontremos fases intermetálicas ou ferrita excessiva que são possíveis problemas com aços inoxidáveis duplex. Além disso, devido à necessidade de limitar o tempo total na temperatura da ZTA, as propriedades do aço duplex serão sensíveis a espessura e detalhes das reais práticas de soldagem. Portanto, a "qualificação" deve ser considerada em um sentido mais amplo, isto é, uma demonstração de que os procedimentos de soldagem que serão aplicados durante a fabricação não produzirá uma perda inaceitável de propriedades, especialmente dureza e resistência à corrosão. Seleção do Metal Base A reação dos aços inoxidáveis duplex para soldagem podem ser substancialmente alterada por variações química ou processamento. A importância dos metais contendo nitrogênio tem sido repetidamente enfatizada. É importante que a condição metalúrgica do material utilizado na fabricação tenha a mesma qualidade, quanto à prática da composição e produção, como o material usado para qualificar o procedimento de soldagem. Metais de Adição Os eletrodos devem ser armazenados em uma estufa aquecida a 95 C (200 F) ou mais, para evitar a acumulação de umidade que podem levar a porosidade da solda ou trincas. A maioria dos metais de adição para soldagem de aço inoxidável duplex são descritos pela composição, mas normalmente são ligas de níquel com concentração acima do metal de base, normalmente com cerca de 2-4% de níquel a mais do que no metal base. O teor de nitrogênio é tipicamente um pouco menor no metal de adição do que no metal de base. É geralmente aceito que altas liga de aço inoxidável duplex sejam utilizadas para a soldagem de produtos de menor liga de aço inoxidável duplex. 6
Limpeza Antes da Soldagem A limpeza de todas as regiões que serão aquecidas durante a soldagem não se aplica apenas para aços inoxidáveis duplex, mas a todos os aços inoxidáveis. A composição química do metal de base e o metal de adição foram envolvidos considerando que não existem fontes de contaminação. Sujeira como graxa, óleo, tinta, água de qualquer espécie não deverão interferir com as operações de soldagem, pois afetam negativamente a resistência à corrosão e as propriedades mecânicas da soldagem. Nenhuma qualificação de procedimento de soldagem é eficaz se o material não é completamente limpo antes da solda. Projeto da Junta Para aços inoxidáveis duplex, o projeto da junta soldada deve facilitar a penetração total e evitar a diluição do metal de base na solidificação do metal de solda. Atenção especial deve ser dada na uniformidade da preparação para solda e do ajuste da junta. Qualquer rebarba deve ser removida para obtenção de uma fusão e penetração completa. Para um aço inoxidável duplex, algumas das técnicas acima podem causar danos prejudiciais, levando a resultados fora dos especificados nos procedimentos qualificados. Muitas vezes, uma superfície ligeiramente áspera produz juntas melhor do que superfícies lisas. Às vezes, alisando com um abrasivo fino pode ajudar a aumentar a molhabilidade da superfície, que é fundamental para uma boa união. Pré-aquecimento Como regra geral, pré-aquecimento não é recomendado pois pode ser prejudicial. Não deve ser parte do processo, salvo se há uma específica justificativa. O pré-aquecimento pode ser benéfico quando usado para eliminar a umidade do aço, que pode ocorrer em condições ambientais frias ou de condensação durante a noite. Quando o pré-aquecimento é utilizado para remover a umidade, o aço deve ser aquecido a cerca de 95 C (200 F) uniformemente e somente após, limpo e preparado para soldagem. O pré-aquecimento também pode ser benéfico se a solda é um dos casos excepcionais, quando houver risco para a formação de uma ZTA altamente ferrítica por têmpera rápida. Tratamento Térmico Pós Soldagem Alívio de tensão pós soldagem não é necessário para aços inoxidáveis duplex e é provável que seja prejudicial, porque o tratamento térmico pode precipitar fases intermetálicas ou fase alpha principal (475 C/885 F), causando fragilização e uma perda de dureza e resistência à corrosão. Qualquer tratamento térmico pós solda deve ser um completo recozimento seguido de resfriamento a aguá. O recozimento pode eliminar os problemas associado ao excesso de ferrita e fases intermetálicas, e o processo de fabricação pode tolerar alguma destas condições menos desejáveis como um estado intermediário antes do recozimento final. Heat Input e Temperatura entre Passes Os aços inoxidáveis duplex podem tolerar relativamente alta imposição de calor. A estrutura de solidificação do metal de solda duplex é resistente à trinca a quente, muito mais do que a de metais de solda austenítico. Os aços inoxidáveis duplex, tem maior condutividade térmica e menor coeficiente de expansão térmica, não possuem elevada intensidade térmica na solda como aços inoxidáveis austenítico. Extremamente baixo aporte térmico pode resultar em zonas de fusão e ZAT que são excessivamente ferrítica com uma correspondente perda de dureza e resistência a corrosão. Para evitar problemas na ZTA, o processo de solda deverá permitir o resfriamento rápido desta região após a soldagem. A temperatura de trabalho da peça é importante porque proporciona 7
um maior efeito sobre o refriamento da ZTA. Como orientação geral, a temperatura máxima entre passes é limitado a 150 C (300 F). Essa limitação deve ser imposta ao qualificar o procedimento de solda, e a soldagem de produção deve ser monitorada para assegurar que a temperatura entre passes não seja superior ao utilizado para a qualificação. Técnica e Parâmetros Para aços inoxidáveis duplex, é especialmente importante estabelecer uma boa preparação da borda, alinhamento e abertura raiz. Apesar dos aços inoxidáveis austeníticos aceitarem algumas técnicas de soldagem para superar as deficiências nestas áreas, tem o risco dos aços inoxidáveis duplex ficar tempo prolongado à alta temperatura, quando estes técnicas são utilizadas. Não deve haver nenhum ponto de solda de partida no passe de raiz. Idealmente, para evitar trincamento do passe de raiz associado com aderência das soldas. A largura da abertura de raiz deve ser cuidadosamente mantida para assegurar a entrada de calor constante e diluição no passe de raiz. O começo e o término do passe de raiz devem ser esmerilhados antes do início dos passes de enchimento. A peça de trabalho deve ser resfriada abaixo 150 C (300 F) entre os passes para prever resfriamento adequado da ZTA em passagens subseqüentes. O calor imposto é tipicamente na faixa de 0,5-2,5 kj/mm (15-65 kj/cm). Gas Tungsten Arc Welding (GTAW / TIG) A soldagem a arco com tungstênio, às vezes chamada como gás inerte, soldagem de tungstênio, é especialmente útil para pequenas soldagem manual. Pode ser automatizado para geometrias simples, mas geralmente não é econômico como processo principal de grandes quantidades de soldagem em grandes equipamentos. Mesmo quando outro processo é o método de soldagem principal, é geralmente apropriado para qualificar procedimentos de reparos ou peças acabadas. O eletrodo de tungstênio deve ser com 2% thorio (Especificação AWS 5.12 Classificação EWTh-2). O controle de arco é auxiliado pela afiação do eletrodo para um ponto cônico com um ângulo de vértice de 30 a 60 graus. O vértice do ângulo ideal para a realização de penetração na TIG automática deve ser determinada por alguns testes de produção real. Shielding Metal Arc Welding (SMAW) Soldagem por arco elétrico ou eletrodo revestido, é um método altamente versátil de soldagem de geometrias complexas em situações com as posições relativamente difícil. Embora seja possível a soldagem de estruturas pelo processo SMAW, particularmente para estruturas menores e mais complexas, o processo SMAW é mais usado em combinação com custos e métodos mais eficientes para soldagem de grandes estruturas. 8
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICA ASME VIII DIV 1 Boiler And Pressure Vessel Code Ad. 2002 Jul/2002 ASME IX Boiler And Pressure Vessel Code Ed. 2007 Jul/2007 ASME II Parte A - Boiler And Pressure Vessel Code Ad. 2002 Jul/2002 ASME II Parte C - Boiler And Pressure Vessel Code Ed. 2004 Jul/2004 ASM HANDBOOK Vol. 6 Ed. 1993 PETROBRAS N-133 Soldagem Rev. J Jul/2005 PETROBRAS N-2301 Elaboração de Documentação Técnica de Soldagem Rev. C Fev/2006 Pratical Guidelines For The Fabrication Of Duplex Stainless Steels Catalogo Esab Eletrodos Revestidos OK 9