Qualificação de Procedimentos Os equipamentos em geral são fabricados por meio de uniões de partes metálicas entre si empregando-se soldas. Há, portanto a necessidade de se garantir, nestas uniões soldadas, um comportamento mecânico adequado quando as mesmas forem solicitadas em serviço (por exemplo: resistência mecânica mínima, resistência ao choque, resistência a determinado nível de pressão interna ou externa, resistência à corrosão, resistência ao desgaste e etc.). Os tipos de solicitações mecânicas predominantes variam conforme a natureza do equipamento que será construído (por ex: estrutura metálica, tanque, vaso de pressão e etc.). Definida a natureza do equipamento, é necessário prever a intensidade dos esforços mecânicos a que este será submetido, sendo que a mencionada intensidade variará de equipamento para equipamento. Portanto, para garantir a qualidade da solda é preciso realizar a qualificação dos procedimentos de soldagem, dos soldadores e operadores de soldagem. As qualificações são completamente fundamentadas em Normas e Especificações técnicas, de modo que, seguindo-se o passo a passo do estabelecido numa determinada Norma através dos seus requisitos, consegue-se, ao se comparar os resultados obtidos com a tecnologia Página 1
em teste, com o critério de aceitação da Norma de qualificação em questão, Norma aplicável, saber a respeito da aprovação dessa tecnologia e consequentemente do seu emprego na obra principal. Existem diferentes Normas de Qualificação e estas individualmente estabelecem uma série de requisitos que deverão ser seguidos passo a passo até que se obtenham as referidas qualificações. Os requisitos, por sua vez, variam conforme a norma a ser utilizada na(s) qualificação (ões) e por isso deve-se seguir a mesma norma do início ao fim de uma determinada qualificação. Como o objetivo do Módulo é dar uma idéia geral de como são feitas às qualificações, serão trabalhados os requisitos de algumas das principais Normas de qualificação, não havendo portanto aprofundamento em nenhuma Norma específica. Procedimento O procedimento de soldagem é um documento, que estabelece todos os itens importantes, que devem ser considerados na união de partes por soldagem. O procedimento de soldagem contém limites ou faixas de parâmetros tais como tipo de corrente, espessura do metal de base, tipo de metal de base, tipo de consumível etc. Um procedimento de soldagem é válido somente dentro dos limites nele especificados. Se um procedimento não Página 2
pode produzir soldas de boa qualidade, sem que os limites estabelecidos sejam ultrapassados, então um novo procedimento de soldagem deve ser utilizado em lugar do primeiro. Muitas normas de qualificação requerem que o procedimento de soldagem, além de ser o documento que contém os métodos e a tecnologia requerida, seja também qualificado antes de ser colocado em uso na produção de soldas. Qualificação do Procedimento Os materiais utilizados na fabricação dos equipamentos possuem propriedades mecânicas conhecidas. O projeto dos equipamentos é feito com base nestas propriedades. Quando à fabricação dos equipamentos é feita pela soldagem de dois ou mais materiais, é necessário garantir que esta união resista da mesma forma que os materiais empregados. Para tanto, o projetista necessita conhecer, quais as propriedades que a junta soldada terá. Na soldagem, em razão dos efeitos da temperatura, não é suficiente conhecer somente as propriedades do metal de base e do metal de solda, individualmente. É necessário também, conhecer as propriedades mecânicas de toda a junta soldada, ou seja: do metal de base, da zona afetada termicamente e do metal de solda, em conjunto. Isto é feito, através da qualificação do procedimento de soldagem. Página 3
A qualificação do procedimento de soldagem é o método através do qual, um procedimento particular é provado ser adequado para produzir juntas soldadas de qualidade satisfatória. A qualificação é feita pela soldagem de peças de teste, de acordo com o procedimento previamente estabelecido, e pela avaliação dos resultados dos ensaios em corpos de prova extraídos da peça de teste. A avaliação dos resultados é feita em comparação com o critério de aceitação, estabelecido pela norma de qualificação aplicável. Em alguns casos, é permitido o uso de procedimentos pré-qualificados. Estes são procedimentos de soldagem que podem ser utilizados, quando a experiência e familiarização com certos metais de base e consumíveis de soldagem tenham provado a adequação de um procedimento específico, através de serviços executados, há um longo período de tempo. O uso de procedimento pré-qualificado só é feito quando permitido pela norma de qualificação de procedimentos e especificações, normas de fabricação, etc. Para os procedimentos préqualificados não é necessária à execução dos ensaios de qualificação. Quando o uso de procedimento pré-qualificado não é permitido (ou, por exemplo, quando o procedimento não atende aos requisitos para se enquadrar como procedimento pré-qualificado), o procedimento de soldagem deve ser aprovado adequado, através dos ensaios e/ou exames e avaliação dos resultados, conforme requerido pela norma ou especificação adotada. Página 4
Os requisitos para a qualificação dos procedimentos de soldagem variam largamente de uma norma para outra. Uma qualificação feita segundo uma norma, geralmente não tem validade para outra norma. É necessário, portanto, que o inspetor de soldagem esteja consciente de que os requisitos da norma aplicável estejam sendo seguidos, na qualificação dos procedimentos. Normas de Qualificação A tabela 1 mostra as normas mais usuais, de projeto e fabricação de equipamentos e as respectivas normas de qualificação especificadas. Tabela 1: Normas/Códigos de qualificação requeridas pelas normas de projeto e fabricação. Normas /Códigos de Projeto Normas/Códigos de Qualificação ASME I Caldeiras ASME IX ASME III Componentes Nucleares ASME IX ASME VIII Div. 1/ Div.2 Vasos de Pressão ASME IX ANSI B31.1 Tubulação de Vapor ASME IX ANSI B31.3 Tubulação Química ASME IX ANSI B31.4 Tubulação de Transporte de Petróleo ASME IX e API 1104 ANSI B31.8 Tubulação de Transmissão e Distribuição de Gás ASME IX e API 1104 API 620 Tanque de Estocagem ASME IX API 650 Tanque de Estocagem de Óleo ASME IX AWS D1.1 Estrutura Metálica AWS D1.1 Página 5
Uma vez determinada à norma de qualificação, podem ser estabelecidos os requisitos, específicos para cada caso, para a qualificação dos procedimentos. As qualificações são feitas, pela avaliação dos resultados de ensaios efetuados nos corpos de prova extraídos das peças de teste, soldados de acordo com um procedimento previamente estabelecido. É responsabilidade do inspetor de soldagem testemunhar a preparação das peças de teste, a remoção e a preparação dos corpos de prova e os ensaios mecânicos de tração, dobramento, impacto e de dureza dos corpos de prova. O Inspetor de soldagem, além de orientar os serviços anteriormente descritos e avalia também os resultados dos ensaios efetuados comparando-os com o critério de aceitação da norma aplicável. Posição A posição tem influência na energia da soldagem e na dificuldade de execução de soldas, e, portanto, afeta diretamente a qualificação de procedimentos e de soldadores/operadores de soldagem. Página 6
Em vista disto, as normas definem as posições fundamentais e a faixa de domínio de cada posição, o que faz com que a posição em que a peça de teste deve ser soldada, possa ser estabelecida. A figura 1 mostra as posições de soldagem segundo a norma ASME Seção IX e a tabela 2 apresenta as faixas de domínio da posição de soldagem no teste de qualificação de procedimento de soldagem para chapa, tubo e box tube, conforme a norma AWS D1.1 Chapa de Teste de Produção A propriedade mecânica de resistência ao impacto de uma junta soldada é alterada em função da energia de soldagem, que é variável dependendo do diâmetro do eletrodo, a posição de soldagem, da velocidade de resfriamento, etc. Para certos materiais (por exemplo, materiais para baixas temperaturas) esta alteração é de grande importância, porque pode aumentar o risco de fratura frágil do equipamento. Tendo em vista estes fatores, algumas normas requerem, para certos materiais, que seja executado ensaio de impacto nas juntas soldadas das peças de teste de qualificação do procedimento de soldagem e nas juntas soldadas das chapas de teste de produção. Página 7
Figura 1: Posições de soldagem segundo a norma ASME seção IX (QW461). Página 8
As chapas de teste de produção, sempre que possível são colocadas como apêndice, nas juntas a serem soldadas o que normalmente ocorre quando se trata de juntas longitudinais. Para juntas circunferenciais, isto não é possível, e então as chapas de teste de produção são colocadas próximas às juntas a serem soldadas. Assim, durante a soldagem do equipamento, as chapas de teste de produção são também soldadas nas mesmas condições das soldas do equipamento. São retirados destas chapas, depois, corpos de prova que são submetidos a ensaio de impacto. Em geral, as chapas de teste de produção são requeridas para cada tipo de junta e para cada posição de soldagem. A norma de projeto normalmente é a que contém os requisitos relativos às chapas de teste de produção quanto a: - Quantidade de chapas; - Quantidade e posição de retirada dos corpos de prova; - Critérios de avaliação dos resultados. Além de ensaio de impacto, podem ser requeridos outros ensaios, dependendo da norma aplicável, como ensaios de tração, dobramento, macrográficos ou micrográficos, dureza, etc. Página 9
Validade da Qualificação Quanto à validade da qualificação de procedimentos de soldagem as normas diferenciam-se entre si, ou seja, quando que um procedimento passa a ser impróprio para uso este deve ser requalificado. É atividade do inspetor de soldagem controlar que somente procedimentos qualificados sejam utilizados, na soldagem de juntas, os quais estejam devidamente adequados. Os limites das qualificações são estabelecidos em primeiro lugar através das variáveis de soldagem. Variáveis, são condições de soldagem que, se mudadas, afetarão a qualidade das soldas. Para o processo de soldagem com eletrodo revestido, por exemplo, a mudança de uma fonte de energia de retificador para gerador, não tem, normalmente, nenhuma influência na probabilidade de se alterar a qualidade das soldas e, portanto, não é considerada como uma variável para este processo. De qualquer maneira, pode ser uma variável para outro processo de soldagem. Algumas normas de qualificação dão a todas as variáveis a mesma importância. Outras dão níveis diferentes de importância a elas, classificando-as em variáveis essenciais, variáveis essenciais suplementares e variáveis não-essenciais, como: Página 10
Variáveis essenciais são variáveis que, se alteradas, requer a requalificação. Variáveis essenciais suplementares são variáveis se, se alteradas, requer a requalificação, contudo a sua análise é necessária quando se tem requisito de impacto na junta soldada. Variáveis não-essenciais são variáveis que, se alteradas, não requer a requalificação. Cada norma determina variáveis específicas, aplicáveis a cada um dos processos de soldagem. Com o conhecimento das variáveis aplicáveis, o inspetor de soldagem pode determinar se a soldagem é executada de maneira apropriada. Como exemplo, está ilustrado na tabela 3, o conjunto de variáveis a serem observadas na qualificação de um procedimento de soldagem pelo processo de solda elétrica manual com eletrodo revestido (SMAW), conforme o QW 253 da norma ASME Seção IX. Pelo uso de procedimento qualificado e dentro dos limites das variáveis, resultarão soldas aceitáveis, se o soldador não introduzir defeitos. Entretanto, uma mudança além dos limites estabelecidos no procedimento pode afetar as propriedades mecânicas das soldas, mesmo que o soldador execute a solda sem defeitos. Página 11
Tabela 2: Qualificação de Procedimento de soldagem-posição de soldagem de teste de produção qualificada para chapa, tubo e box tube, segundo a norma AWS D.1.1 Página 12
Tabela 3: Variáveis de soldagem para qualificação de procedimentos de soldagem, conforme a norma ASME seção IX. Página 13
Você estudou neste texto que os equipamentos em geral são fabricados por meio de uniões de partes metálicas entre si empregando-se soldas e que existe a necessidade de se garantir, nestas uniões soldadas, um comportamento mecânico adequado quando as mesmas forem solicitadas em serviço. Dessa forma, para que essa qualificação possa ser garantida são estabelecidos requisitos a partir das Normas de Qualificação para os procedimentos de soldagem, soldadores e operadores de soldagem. Caso seja necessário releia o texto e/ou recorra aos tutores para resolver suas dúvidas. Questões de Revisão 1 Em que consiste o Procedimento? 2- Ao se fabricar equipamentos por meio da soldagem de dois ou mais materiais é necessário garantir que esta união resista da mesma forma que os materiais empregados e por isso são empregados os métodos de qualificação do procedimento de soldagem. Informe a respeito dessa qualificação: a) A que corresponde esse método? b) Como essa qualificação é constituída? c) O que se considera por procedimentos pré-qualificados e quando estes se tornam ou não permissíveis? Página 14
3 Como as qualificações são obtidas a partir da avaliação dos resultados de ensaios efetuados nos corpos de prova extraídos das peças de teste, apresente as responsabilidades exigidas ao inspetor de soldagem com relação às Normas de Qualificação. 4 Uma das funções das Normas de Qualificação é definir posições fundamentais e a faixa de domínio de cada posição, para evitar que o posicionamento da peça soldada durante a soldagem afete a qualificação dos procedimentos. Explicite o motivo pela qual as Chapa de Teste de Produção são requeridas por algumas normas de qualificação, informando como são utilizadas. 5 - Os limites de qualificação são estabelecidos em primeiro lugar através de variáveis de soldagem. Explique porquê as variáveis de soldagem são levadas em consideração pelas normas de qualificação, aproveitando para classificar quais são os tipos de variáveis considerados. Página 15