apostila de eletrodo
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DENNIS ARGUELLES BOTINELLY
ESTUDO PRÁTICO COMPARATIVO ENTRE OS PROCESSOS DE SOLDAGEM ELETRODO REVESTIDO E
ARAME TUBULAR EM UNIÃO DE TUBO API 5L GRAU B
Trabalho Final de Conclusão apresentado ao
Curso de Especialização em Engenharia de
Dutos da Universidade Federal Fluminense,
como requisito parcial para obtenção do Grau
de Especialista.
.
ORIENTADOR: PROF. DR. MIGUEL LUÍS RIBEIRO FERREIRA
NITERÓI
2009
Ficha Catalográfica elaborada pela Biblioteca da Escola de Engenharia e Instituto de Computação da UFF
B749 Botinelly, Dennis Arguelles.
Estudo prático comparativo entre os processos de soldagem eletrodo
revestido e arame tubular em união de Tubo API 5L Grau B / Dennis
Arguelles Botinelly. – Niterói,. RJ : [s.n.], 2009.
55 f.
Orientador: Miguel Luís Ribeiro Ferreira.
Monografia (Especialização em Engenharia de Dutos) – Universidade Federal Fluminense, 2009.
1. Soldagem (processo). 2. Otimização de processo. 3. Oleoduto. 4. Eletrodo. 5.
Competitividade. 6. Produção intelectual. I. Título.
CDD 671.52
DENNIS ARGUELLES BOTINELLY
ESTUDO PRÁTICO COMPARATIVO ENTRE OS PROCESSOS DE SOLDAGEM ELETRODO REVESTIDO E
ARAME TUBULAR EM UNIÃO DE TUBO API 5L GRAU B
Trabalho Final de Conclusão apresentado ao
Curso de Especialização em Engenharia de
Dutos da Universidade Federal Fluminense,
como requisito parcial para obtenção do Grau
de Especialista.
.
Aprovada em 21 de janeiro de 2009.
BANCA EXAMINADORA
___________________________________________
Prof. Dr. Miguel Luís Ribeiro Ferreira – Orientador
Universidade Federal Fluminense
___________________________________________
Prof. Dr. Sérgio Souto Maior Tavares
Universidade Federal Fluminense
___________________________________________
Prof. José Luiz Ferreira Martins
Universidade Federal Fluminense
Niterói
2009
DEDICATÓRIA
À minha família, como reconhecimento e gratidão.
AGRADECIMENTOS
Ao Professor Miguel Luiz R. Ferreira, pela orientação e estímulo
no desenvolvimento deste trabalho.
Ao Professor José Luiz F. Martins pelas orientações durante os
ensaios executados e a todos que contribuíram de alguma forma
com a realização dos experimentos que embasaram as conclusões
ao longo deste trabalho.
RESUMO
A busca na otimização dos processos construtivos de oleodutos é uma preocupação sempre
crescente por parte dos executores, visando principalmente ganhos em competitividade
através do trinômio prazo, preço e qualidade. Nesta questão, aspectos técnicos e econômicos
do processo de soldagem adotado têm um peso considerável. O objetivo deste trabalho,
fundamentado em norma específica de soldagem de oleodutos (API 1104) e procedimentos
metodológicos (revisão bibliográfica, análise de modelos de custo, coleta de dados e análise
de resultados), compara sob ponto de vista técnico econômico, duas combinações de
processos de soldagem, utilizando juntas em tubulação de 6”, fabricada em aço API 5L grau
B, como a seguir: Eletrodo Revestido (raiz, enchimento, acabamento) e Eletrodo Revestido
(raiz) + Arame Tubular (enchimento/acabamento). As conclusões do estudo indicarão aquele
processo considerado mais adequado com base nos resultados apresentados.
Palavras Chaves: Soldagem (processo); 2. Otimização de processo; 3. Oleoduto; 4. Eletrodo;
5. Competitividade; 6. Produção intelectual.
ABSTRACT
The purpose to reach best results over oil & gas pipelines construction is a constant care of the
performers, having in mind delivery, price and quality. The Technical and economic aspects
of welding process adopted has a considerable importance. The idea of this statement, based
according to rule established for oil & gas pipelines welding process (API 1104) and
proceedings, compare two welding processes as follows: 6” carbon steel pipe API 5L GR B
by SMAW process and FCAW process. The study conclusion will indicate such process as
the most appropriated considering the results obtained.
Keyword: Welding (process); 2. Optimization of process; 3. Pipeline; 4. Electrode; 5.
Competitiveness; 6. Intellectuall production.
.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Pág.
Figura 1 - Processo de Soldagem por Arame Tubular Protegido por Gás...................... 16
Figura 2 - Volume da Junta Soldada............................................................................... 17
Figura 3 - Desenho Esquemático do Segmento de Tubo 6”........................................... 22
Figura 4 - Parâmetros da Junta para Cálculo da Massa Depositada............................... 29
LISTA DE TABELAS
Pág.
Tabela 1 - Valores de Referência para o Fator de Ocupação ........................................ 19
Tabela 2 - Valores de Típicos de Eficiência Prática de Deposição................................ 19
Tabela 3 - Composição Química do Metal Base............................................................ 21
Tabela 4 - Propriedades Mecânicas do Metal Base........................................................ 21
Tabela 5 - Resumo dos Metais de Adição por Processos de Soldagem......................... 24
Tabela 6 - Resultado do Ensaio de Tração .................................................................... 27
Tabela 7 - Resultado do Ensaio de Nick Break.............................................................. 28
Tabela 8 - Tabela Resumo Custo Teórico da Junta........................................................ 31
Tabela 9 - Tabela de Massa Real de Metal Depositado na Junta .................................. 31
Tabela 10 - Tabela Resumo Custo Real da Junta........................................................... 32
Tabela 11 - Tabela Resumo Custo Unitário Teórico e Real........................................... 35
SUMÁRIO
Pág.
1. INTRODUÇÃO....................................................................................................... 11
2. REFERENCIAL TEÓRICO................................................................................. 13
2.1 PROCESSOS DE SOLDAGEM ....................................................................... 13
2.1.1 PROCESSO DE SOLDAGEM POR ELETRODO REVESTIDO (SMAW)............ 13
2.1.2 PROCESSO DE SOLDAGEM POR ARAME TUBULAR (FCAW).......................... 14
2.2 CUSTOS DE SOLDAGEM ............................................................................... 16
2.3 MODELO DE CUSTO DE JUNTA SOLDADA (FORMULÁRIO PRÁTICO) 17
2.3.1 MASSA DE METAL DEPOSITADO.................................................................. 18
2.3.2 TEMPOS EM SOLDAGEM................................................................................ 18
2.3.3 OUTROS PARÂMETROS DE CUSTOS DE SOLDAGEM......................................... 19
2.4 QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTO SEGUNDO API 1104 ................... 20
3. MATERIAIS E MÉTODOS.................................................................................. 21
3.1 METAL DE BASE ............................................................................................. 21
3.2 CONSUMÍVEIS DE SOLDAGEM ................................................................. 22
3.2.1 ELETRODO REVESTIDO............................................................................... 22
3.2.2 ARAME TUBULAR......................................................................................... 23
3.2.3 GÁS DE PROTEÇÃO....................................................................................... 24
3.3 PROPRIEDADES MECÂNICAS ...................................................................... 24
3.3.1 REQUISITOS API 1104 PARA QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS.......... 24
3.3.1.1 Método e Requisitos - Teste de Resistência a Tração.......................... 24
3.3.1.2 Método e Requisitos - Teste de Nick-break......................................... 25
3.3.1.3 Método e Requisitos - Teste de Dobramento da Raiz e da Face.......... 25
4. RESULTADOS DOS ENSAIOS MECÂNICOS E DOS LEVANTAMENTOS
DE CUSTOS......................................................................
27
4.1 RESULTADOS DOS ENSAIOS MECÂNICOS................................................. 27
4.1.1 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE TRAÇÃO.................................................... 27
4.1.2 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE NICK BREAK................................................ 28
4.1.3 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE DOBRAMENTO DA FACE E RAIZ................... 28
4.2 CUSTO POR JUNTA TEÓRICO E REAL.......................................................... 29
4.2.1 CUSTO TEÓRICO DA JUNTA SOLDADA POR ELETRODO REVESTIDO E
ARAME TUBULAR.......................................................................................
29
4.2.2 CUSTO REAL DA JUNTA SOLDADA POR ELETRODO REVESTIDO E ARAME
TUBULAR.....................................................................................................
31
5. ANÁLISE................................................................................................................... 33
5.1 ANÁLISE DOS RESULTADOS........................................................................ 33
6 .CONCLUSÕES ...................................................................................................... 36
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................. 38
ANEXOS
ANEXO A - CERTIFICADO DO TUBO.......................................................................... 40
ANEXO B - CONSUMÍVEIS – ELETRODOS E ARAME................................................... 43
ANEXO C - PROCEDIMENTOS DE SOLDAGEM ............................................................ 46
ANEXO D - GRÁFICOS DE TAXAS DE DEPOSIÇÃO – ELETRODO E ARAME TUBULAR.. 49
ANEXO E - ACOMPANHAMENTO DA SOLDAGEM ....................................................... 51
1 INTRODUÇÃO
O mercado de construção de oleodutos e gasodutos, dado as crescentes demandas da
indústria petrolífera, vem demonstrando ao longo dos anos um grande interesse no
desenvolvimento dos processos de soldagem, notadamente àqueles que representem ganhos
em competitividade através do trinômio custo, prazo e qualidade.
A junta soldada, parte significativa do processo construtivo de oleodutos, tanto no que
diz respeito aos tempos de execução envolvidos quanto à própria qualidade requerida, reflete
a busca constante pela otimização dos processos de soldagem, trazendo ao mercado cada vez
mais exigente, equipamentos e consumíveis com melhores características, que se traduzam em
ganhos de produtividade e qualidade na sua execução.
Focando aspectos de ganhos de produtividade (custos) e de qualidade envolvidos na
execução da junta soldada, o objetivo deste trabalho é analisar e comparar sob o ponto de
vista técnico e econômico, duas combinações de processos de soldagem, utilizando uma junta
de tubulação de 6”, fabricada em aço API 5L grau B, como a seguir:
Eletrodo Revestido - eletrodo revestido (raiz, enchimento e acab.) e,
Arame Tubular - eletrodo revestido (raiz) + Arame Tubular (enchimento/acab.)
O presente trabalho traz como fundamentação a norma específica de soldagem de
oleodutos API 1104/2005 e procedimentos metodológicos (revisão bibliográfica, análise de
modelos de custo, coleta de dados e análise de resultados) que serão abordados na
profundidade adequada nos capítulos seguintes.
12
Para efeito da análise econômica comparativa será adotado um modelo de custo
adequado e serão coletadas as informações suficientes ao estudo tanto do mercado como do
laboratório prático. Com o propósito da avaliação técnica da junta soldada, após a soldagem,
corpos de prova serão retirados das juntas e testados através de ensaios destrutíveis,
avaliando-se assim as características encontradas na respectiva junta e a qualidade do material
combinado (de base e adição).
Sem a pretensão de exaurir todas as hipóteses relacionadas aos processos de soldagem
citados, as conclusões do estudo indicarão o processo considerado mais adequado com base
na abordagem teórica devidamente confrontada com os resultados obtidos da experimentação
prática.
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 PROCESSOS DE SOLDAGEM
Serão descritos a seguir resumidamente os aspectos principais dos processos de
soldagem utilizados neste trabalho, ou seja, o processo de soldagem a arco elétrico por
eletrodos revestidos (SMAW ou “Shield Metal Arc Welding) e o processo de soldagem por
Arame Tubular (FCAW ou “Flux-Cored Arc Welding”).
2.1.1 PROCESSO DE SOLDAGEM POR ELETRODO REVESTIDO (SMAW)
Em 1865, um inglês chamado Wilde obteve a primeira patente de soldagem por arco
elétrico. Durante os anos seguintes, a soldagem por arco foi realizada com eletrodos nus, que
eram consumidos na poça de fusão e, tornavam-se parte do metal de solda. Porém, as soldas
eram de baixa qualidade devido ao nitrogênio e ao oxigênio na atmosfera que formavam
óxidos e nitretos prejudiciais ao metal de solda. A importância da proteção ao arco contra os
agentes atmosféricos foi percebida no início do século XX, e daí, originando o primeiro
eletrodo revestido, constituído inicialmente de uma camada de material argiloso (cal), cuja
função era facilitar a abertura do arco e aumentar sua estabilidade. Em 1907 o processo foi
patenteado por Oscar Kjellberg.
No processo de soldagem com eletrodo revestido, também conhecido como soldagem
manual a arco elétrico, a união de metais se processa pelo aquecimento proveniente de um
arco elétrico estabelecido entre o eletrodo revestido e o metal de base (peça a ser soldada). O
metal fundido do eletrodo é continuamente transferido através do arco elétrico até a poça de
14
fusão, formando assim, o metal de solda. A poça de fusão é protegida da atmosfera (O2 e N2)
pelos gases de combustão do revestimento, que em função da sua constituição química se
apresentam como revestimentos ácidos, celulósicos, rutílicos ou básicos.
O metal depositado e as gotas do metal fundido que são ejetadas recebem uma
proteção adicional através do banho de escória, que é formado pela queima de alguns
componentes do revestimento. Outras funções do revestimento são proporcionar a
estabilidade do arco, controlar a forma do cordão de solda e adicionalmente, pode ainda
conter elementos que são incorporados à solda, influenciando sua composição química e
características metalúrgicas.
O equipamento consiste de fonte de energia (ou máquina de soldagem), porta eletrodo
e cabos, além de equipamentos de segurança para o soldador (máscara, luvas, avental, etc.) e
para a limpeza do cordão e remoção de escória (picadeira e escova de aço). A soldagem é
realizada manualmente, com o soldador controlando o comprimento do arco e a poça de fusão
(pela manipulação do eletrodo) e deslocando o eletrodo ao longo da junta. O processo é
interrompido para troca do eletrodo e remoção de escória da região onde a soldagem será
continuada.
Apesar do surgimento de novos processos de soldagem, o processo de soldagem por
eletrodo revestido ainda é muito empregado graças à sua versatilidade, baixo custo de
operação e simplicidade dos equipamentos necessários e a possibilidade de uso em locais de
difícil acesso, ou sujeito a ventos. As desvantagens do processo são a baixa produtividade, os
cuidados especiais que são necessários no tratamento e manuseio dos eletrodos revestidos e o
grande volume de gases e fumos gerados durante a soldagem.
2.1.2 PROCESSO DE SOLDAGEM POR ARAME TUBULAR (FCAW)
Data da década de 30 o início da utilização de proteção gasosa nas operações de
soldagem, para resolver problemas da contaminação atmosférica nas soldas de materiais
reativos (i.e. alumínio, titânio e ligas de magnésio), tendo dado origem ao processo TIG
(Tungsten Inert Gas). Utilizando o mesmo princípio de funcionamento do TIG, ou seja um
arco elétrico estabelecido entre um eletrodo e a peça, envolto por uma atmosfera protetora de
gás inerte, surge em 1948 o processo MIG, o qual difere do anterior por utilizar um eletrodo
15
consumível de alimentação contínua. Inicialmente utilizado para ligas altamente reativas, pois
a utilização de gases inertes tornava seu custo elevado para utilização em aços carbono e
baixa liga. Quando da introdução do CO2 como gás de proteção revelou-se um processo bem
aceito para soldagem de aço carbono e baixa liga, uma vez que barateou o custo do processo.
No início apenas arame sólido era utilizado e, por volta dos anos 50, foi introduzido o
uso de Arame Tubular com proteção gasosa. Na década de 60, o Arame autoprotegido foi
introduzido por pesquisadores e engenheiros da Lincoln Eletric. Nas décadas de 60 e 70 foi
observado um substancial crescimento desse processo nos Estado Unidos, o mesmo ocorrendo
no Japão na década de 80. Em 1991, foi incorporado em uma fábrica da ESAB Brasil uma
unidade de produção de arames tubulares OK.
A utilização de Arame Tubular deu uma alta qualidade ao metal de solda depositado,
excelente aparência ao cordão de solda, boas características de arco, além de diminuir o
número de respingos e possibilidade de solda em todas as posições, tendo ganho popularidade
para soldagem de aços carbono e baixa liga, em chapas de espessura grossa e fina. Muitas
vezes sendo utilizado onde a geometria de junta e posição de soldagem não permitia a
aplicação de outros processos de alto rendimento tal como arco submerso.
“Segundo BRACARENSE, o FCAW (Flux Cored Arc Welding) é um processo de
soldagem onde a coalescência (união) entre metais é obtida através de arco elétrico
entre o eletrodo e a peça a ser soldada. A proteção do arco neste processo é feita
pelo fluxo interno do arame podendo ser, ou não, complementada por um gás de
proteção. Além da função de proteger o arco elétrico da contaminação pela
atmosfera, o fluxo interno do arame pode também atuar como desoxidante através
da escória formada, acrescentar elementos de liga ao metal de solda e estabilizar o
arco. A escória formada, além de atuar metalurgicamente, protege a solda durante a
solidificação.”
É um processo semelhante ao processo MIG/MAG, inclusive na maioria das
aplicações utiliza os mesmos equipamentos do arame sólido, diferindo deste pelo fato de
possuir um arame no formato tubular, que em seu interior contém um fluxo composto de
materiais inorgânicos e metálicos com várias funções, entre as quais a melhoria das
características do arco elétrico, a transferência do metal de solda, a proteção do banho de
fusão e em alguns casos a adição de elementos de liga, além de atuar como formador de
escória.
16
Figura 1 – Processo de Soldagem por Arame Tubular Protegido por Gás (fonte: BRACARENSE,
Alexandre Queiroz, Processo de Soldagem por Arame Tubular FCAW, 2000)
O processo tem duas variantes, podendo ser protegido por gás inerte (Figura 1), por
gás ativo ou mistura destes ("dualshield") ou autoprotegido, sem a utilização de gases de
proteção ("innershield"). Atualmente a utilização de Arame Tubular autoprotegido tem tido
grande interesse em conseqüência da sua versatilidade e possibilidade de aplicação em
ambientes sujeitos a intempéries como, na fabricação de plataformas de prospeção de
petróleo, estaleiros navais, locais de difícil acesso e condições de trabalho, onde até então era
absoluto o domínio do processo de soldagem por eletrodos revestidos.
2.2 CUSTOS DE SOLDAGEM
A operação de soldagem é uma parte significativa no processo de construção de
oleodutos e gasodutos e, portanto os custos dela resultantes. A fim de se garantir os requisitos
operacionais da instalação há um grande envolvimento de mão de obra qualificada tanto na
execução como na fiscalização dos processos de soldagem, insumos e equipamentos. Este
trabalho será focado em aspectos comparativos de custo e qualidade de uma junta soldada
com representatividade em plantas industriais, através de processos de soldagem distintos
(SMAW e FCAW). Serão considerados os custos relativos à produção de uma junta soldada
17
destacando os elementos suficientes a que se estabeleça a comparação entre os dois processos
de soldagem.
2.3 MODELO DE CUSTO DE JUNTA SOLDADA (FORMULÁRIO PRÁTICO)
Existem vários modelos para a determinação do custo de soldagem, uns mais
completos do que outros, com abordagens mais ou menos abrangentes (ex.: FELS, LINCOLN
e BRITO). Para efeito deste estudo, será adotado como modelo de apropriação de custo, o
trabalho desenvolvido por MODENESI, Paulo J., 2001 – Estimativa de Custos de Soldagem,
considerado mais simplificado, porém adequado ao propósito de comparação econômica dos
processos indicados.
A operação de soldagem envolve um grande número de aspectos que podem ter algum
impacto em seu custo final, como por exemplo: o uso de consumíveis (metal de adição, gás,
fluxo e outros), o custo de pessoal e outros custos fixos, o gasto de energia elétrica, os custos
de manutenção, a depreciação e o custo dos equipamentos e materiais de proteção. No modelo
adotado serão considerados: os custos dos consumíveis, custos de pessoal e custos fixos bem
como os custos de energia elétrica.
“Segundo MODENESI, a determinação dos custos associados com os consumíveis
de soldagem e a mão de obra se baseia no cálculo da massa de metal depositado
(Figura 2) em um cordão de solda e no tempo de soldagem”
Figura 2 – Volume da Junta Soldada (fonte: MODENESI, Paulo J., 2001 – Estimativa de Custos
de Soldagem)
18
2.3.1 MASSA DE METAL DEPOSITADO (ms)
A massa de metal depositado (Figura 2) pode ser obtida através do produto do volume
pela densidade do metal de adição, ou seja, é função da geometria da junta, comprimento do
cordão e densidade do material depositado, que no caso de aço, equivale a 7,85 g/cm3.
ms = As x L x r ...(1)
Onde :
As = área transversal do cordão associada com o metal depositado.
L = comprimento do cordão
r = densidade da solda, para aço carbono = 7,85 g/cm3
2.3.2 TEMPOS EM SOLDAGEM
a) Tempo de Arco Aberto (tarc):
tarc = ms / zm ...(2)
O tempo de arco aberto é a razão entre a massa de metal depositado e a taxa de
deposição. A taxa de deposição do processo (zm) é a razão entre a quantidade de material
depositado pela unidade de tempo e depende de vários fatores, incluindo o processo de
soldagem, o tipo, diâmetro e comprimento do eletrodo e o tipo, a polaridade e o nível de
corrente.
b) Tempo Total (tT ):
tT = tarc / ...(3)
O tempo total da operação de soldagem (tT) é a soma do tempo de arco aberto e o
tempo necessário para outras operações (remoção de escória e respingos, troca de eletrodos,
posicionamento de cabeçote, etc.).
O tempo total pode ser calculado através da razão entre o tempo de arco aberto e um
fator percentual que é função dos diferentes modos possíveis de operação (Manual, Semi-
Automático, etc.), denominado fator de ocupação (). Em termos práticos este fator representa
o acréscimo percentual no tempo de arco aberto (tarc) e que deve ser considerado em função
19
do processo de soldagem adotado para efeito de cálculos de custo. Os valores de referência
podem ser obtidos na Tabela 1.
Tabela 1 – Valores de Referência para o Fator de Ocupação ( )
Modo de Operação (%)
Manual 05 – 30
Semi-automático 10-60
fonte: MODENESI, Paulo J., 2001 – Estimativa de Custos de Soldagem
2.3.3 OUTROS PARÂMETROS DE CUSTOS DE SOLDAGEM
a) Custo de Eletrodos ou Arame (Ce) :
É o custo com o consumível, eletrodo ou arame, onde é a eficiência prática de
deposição do processo (Tabela 2) e CeU é o preço por peso unitário do eletrodo (exemplo , R$
/ kg), ou seja:
Ce = ( ms / ) x CeU ...(4)
Tabela 2 – Valores Típicos de Eficiência Prática de Deposição ( )
Processo (%)
Eletrodos Revestidos:
Comprimento: 350mm
450mm
55 - 65
60 - 70
Arames Tubulares : FCAW 80 - 85
fonte: MODENESI, Paulo J., 2001 – Estimativa de Custos de Soldagem
b) Gás de proteção (Cg):
É o custo com o consumível gás, onde VG é a vazão de gás usada e CGU é o preço por
volume de gás (por exemplo, em R$ / m3), ou seja:
Cg = VG x tarc x CGU ...(5)
c) Mão de obra e custos fixos (CL):
20
É o custo total previsto com mão de obra e gastos fixos, onde L e O são
respectivamente, os custos por unidade de tempo com mão de obra e gastos fixos.
CL = ( tarc / ) x (L+ O) ...(6)
d) Energia Elétrica (CEL):
É o custo total previsto com energia elétrica, onde CELU (R$ / kWh) é o preço da
energia elétrica, P (kW) é a potência média desprendida durante a soldagem e el é a
eficiência elétrica do equipamento de soldagem. Por exemplo, a eficiência de um
transformador gira em torno de 80%.
CEL = ( P x tarc / el ) x CELU ...(7)
2.4 QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTO SEGUNDO API 1104
Será adotada neste trabalho será a Norma API 1104 do American Petroleum Institute,–
Welding of Pipelines and Related Facilities, 20th edition, 2005, que têm em seu escopo a
aplicação em uma gama de processos de soldagem e, que inclui os processos aqui indicados,
quais sejam, soldagem por eletrodo revestido e por arame tubular.
Conforme a Norma API 1104, seção 5, subitem 5.1 – Procedure Qualification, antes
de se iniciar a soldagem, um procedimento detalhado com as especificações deve ser
estabelecido e qualificado para demonstrar que juntas soldadas com as propriedades
mecânicas adequadas podem ser executadas com o referido procedimento. A qualidade da
soldagem deve ser determinada através de ensaios destrutíveis, onde constam o Ensaio de
Resistência, o Nick-break Test (teste onde se aplica um golpe por martelamento em uma junta
soldada entalhada) e Ensaios de Dobramento (side bend, root and face bend tests).
Serão adotados os procedimentos estabelecidos na seção 5.5 – Welding of Test Joints-
Butt Welds e 5.6 – Testing of Welded Joints-Butt Welds para a preparação dos corpos de
prova e execução dos ensaios destrutíveis, bem como para os critérios de aceitação.
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 METAL DE BASE
O material utilizado neste estudo prático segue a norma do American Petroleum
Institute, API SPEC 5L - “Specification For Line Pipe”, que especifica requisitos técnicos
para fabricação de tubos de aço para condução sob pressão de óleo e gás.
O material utilizado, muito comum em instalações industriais, é um tubo API 5L Grau
B, PSL 1, sem costura e laminado à quente, de diâmetro 6” e com espessura 7,10 mm. Os
demais detalhes do material encontram-se nas tabelas 3 e 4 abaixo e que foram extraídos do
Certificado do Tubo (anexo A):
Tabela 3 – Composição Química do Metal Base
(fonte: Certificado do Tubo – Anexo A)
Tabela 4 – Propriedades Mecânicas do Metal Base
Lim. Escoamento Min. Resistência à Tração Min.
35.000 psi / 241 MPa 60.000 psi / 414 MPa (fonte: Certificado do Tubo – Anexo A)
Corpos de Prova
GRAU C ( max ) Mn ( máx) P ( máx) S( máx)
B 0,28 1,20 0,030 0,030
22
Para os testes de soldagem das juntas, foram retirados 04 segmentos de 150 mm cada
conforme indicado na Figura 3.
Para definição do ângulo do bisel (foi adotado 35 º) em função do tipo de junta (“V”
simples - 70 º), recomendado em função da espessura de parede, conforme norma ASME
B31.4 – 2006 “ Pipeline Transportation Systems for Liquid Hydrocarbons and Other
Liquids”, item 434.8.6.
3.2 CONSUMÍVEIS DE SOLDAGEM
3.2.1 ELETRODO REVESTIDO
Conforme indicado na norma ASME B 31.4 – 2006 “ Pipeline Transportation
Systems for Liquid Hydrocarbons and Other Liquids”, item 434.8.2, o metal de adição
(eletrodo) deve ser selecionado de tal forma que a resistência da junta soldada seja igual ou
superior ao Limite de Resistência mínimo do material que está sendo soldado.
Foi consultado o Catálogo de Eletrodos Revestidos OK da ESAB, 2007 (Anexo B) e
selecionado para o passe de raiz o eletrodo E 6010 celulósico (Pipeweld 22.45 P) por
apresentar as características de resistência a tração entre 470 MPa e 500 MPa, um pouco
superior ao limite de resistência do metal de base (414 MPa). O eletrodo E 6010 é de uso
geral, inclusive utilizado em oleodutos e gasodutos e indicado para soldagem em todas as
posições. Os parâmetros ótimos para soldagem são indicados no catálogo. Nos eletrodos E
6010 o revestimento é predominantemente, uma pasta de celulose modificada com silicatos
35 º
150 mm
De
Figura 3 – Desenho Esquemático do Segmento de Tubo 6”
nariz = 1,5 mm
e
De = 168,28 mm
e = 7,10 mm
23
minerais, desoxidantes e silicato de sódio. A quantidade de revestimento desses eletrodos é
pequena, cerca de 10-12% em peso.
Para o enchimento e acabamento será utilizado o eletrodo E 7018 (48.04), selecionado
do Catálogo de Eletrodos Revestidos OK da ESAB, 2007 (Anexo B), por apresentar as
características de resistência a tração entre 530 MPa e 590 MPa, superior ao limite de
resistência do metal de base (414 MPa). O eletrodo OK 48.04 (E 7018) é de uso geral em
soldagem de grande responsabilidade e deposita metal de alta qualidade. Os parâmetros
ótimos para soldagem são indicados no catálogo.
3.2.2 ARAME TUBULAR
Os consumíveis usados na soldagem com arames tubulares são os próprios arames e,
quando usados, os gases de proteção. De um modo geral o fluxo contido no interior dos
arames tubulares corresponde a 12% a 36% do seu peso.
Os arames tubulares para soldagem de aços carbono e aços de baixa liga são
classificados pela American Welding Society – AWS segundo as especificações AWS A5.20
e AWS A5.29 respectivamente, que se baseiam principalmente na aplicabilidade do arame
quanto à soldagem em passe único ou multipasse e quanto ao uso ou não de proteção gasosa
suplementar. Outros fatores considerados são o tipo de corrente e as posições de soldagem
recomendadas para um dado arame, além das propriedades mecânicas do metal depositado. O
sistema de classificação adotado pela AWS tem o formato E XYT – Z – K, onde:
E indica que se trata de um eletrodo para soldagem a arco;
X representado por um dígito, é um número que indica o limite de resistência mínimo
à tração do metal depositado em 10.000 psi;
Y indica as posições de soldagem recomendadas;
T indicação de arame tubular;
Z indica a aplicabilidade e desempenho do consumível e
K indica os requisitos de composição química do metal depositado, sendo usado
apenas no caso de eletrodos para soldagem de aços baixa liga.
Foi consultado o Catálogo de Arames Tubulares OK da ESAB (Anexo B) e
selecionado para o enchimento e acabamento o arame tubular E 71T-1 (TUBROD 71 Ultra)
por apresentar as características de resistência a tração de 600 MPa, superior ao limite de
resistência do metal de base (414 MPa). O arame tubular se presta a soldagem em um único
24
passe ou multipasse em todas as posições e é de uso geral. Os parâmetros ótimos para
soldagem são indicados no catálogo.
Encontram-se a seguir, na Tabela 5, as principais características dos consumíveis
(eletrodos e arame) selecionados por processo de soldagem.
Tabela 5 – Resumo dos Metais de Adição por Processos de Soldagem
Processo de
Soldagem
Metal de Adição
Fabricante Marca Comercial Classif. AWS (mm)
Eletrodo
Revestido
SMAW (Raiz) ESAB Pipeweld 22.45 P E 6010 2,5
SMAW (Ench. e Acab.) ESAB OK 4804 E 7018 2,5
Arame
Tubular
SMAW (Raiz) ESAB Pipeweld 22.45 P E 6010 2,5
FCAW (Ench. e Acab.) ESAB Tubrod 71 E 71T-1 1,2
3.2.3 GÁS DE PROTEÇÃO
A utilização de CO2 puro apresenta uma grande vantagem em comparação a outras
misturas que é o custo do gás. A sua utilização possibilita a transferência metálica ocorrer
tanto em modo globular ou curto circuito, que será o caso. No processo de soldagem por
Arame tubular o gás CO2 será empregado.
3.3 PROPRIEDADES MECÂNICAS
3.3.1 REQUISITOS API 1104 PARA QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS
Conforme a Norma API 1104 para a qualificação do procedimento de soldagem, dois
segmentos de tubo (niples) devem ser unidos seguindo uma especificação de soldagem, que
deve incluir minimamente informações do tipo: Processos de soldagem ou combinação destes;
Material do Tubo; Diâmetro e Espessura de parede; Croquis da Junta; Metal de Adição e
número de passes; Características Elétricas; Posição e Direção da Soldagem, etc. Para nortear
o trabalho, os procedimentos necessários encontram-se no Anexo C.
Os corpos de prova a serem ensaiados serão retirados de locais especificados da junta
soldada e em um número mínimo conforme indicado na norma (item 5.6 do API 1104), em
função do diâmetro do tubo e da espessura de parede. Os ensaios exigidos deverão atender os
requisitos mínimos e são explicitados conforme a seguir:
3.3.1.1 Método e Requisitos - Teste de Resistência a Tração
25
a) Método
Os corpos de prova devem ser partidos sob tração utilizando equipamento capaz de
medir a carga no momento em que a falha ocorre. A tensão de resistência deve ser
calculada dividindo-se a máxima carga registrada no momento da falha pela menor
seção transversal do corpo de prova, medida antes da carga ser aplicada.
b) Requisitos
A tensão de resistência da solda, incluindo a zona de fusão de cada corpo de prova,
deve ser maior ou igual ao limite de resistência mínimo do material do tubo, mas não é
necessário que seja maior ou igual ao limite de resistência real do material. Se o corpo
de prova partir fora da solda e da zona de fusão e tiver como resultado os requisitos
mínimos de resistência da especificação, a solda deve ser aceita.
Se o corpo de prova partir na solda ou na zona de fusão e o resultado do teste de
resistência à tração for maior ou igual ao limite mínimo de resistência do material do
tubo a solda pode ser aceita se atendidos os requisitos do teste de Nick-break.
Se o corpo de prova partir abaixo do limite mínimo de resistência à tração do material
do tubo, a solda deve ser reprovada e um novo teste deve ser realizado.
3.3.1.2 Método e Requisitos - Teste de Nick-break
a) Método
Os corpos de prova de Nick-break devem ser partidos em uma máquina de tração,
prendendo as pontas e batendo no meio, ou suportando uma das pontas e batendo na
outra ponta com um martelo. A área exposta da fratura deve ter pelo menos 19mm de
largura.
b) Requisitos
As superfícies expostas do corpo de prova devem mostrar penetração completa e fusão
e atender os itens abaixo:
I) A maior dimensão de qualquer poro não deve exceder 1,6mm,
II) A área combinada de todos os poros não deve exceder 2% da superfície exposta.
III) Inclusões não devem exceder 0,8mm em profundidade e não devem ter mais do
que 3mm ou a metade da espessura nominal de parede em comprimento.
IV) Uma inclusão deve ter pelo menos 13mm de separação de outra inclusão.
3.3.1.3 Método e Requisitos - Teste de Dobramento da Raiz e da Face
a) Método
26
Os corpos de prova devem ser submetidos ao dobramento 180 º em um dispositivo
com dimensões recomendadas pela Norma API 1104. Cada corpo de prova deve ser
colocado no berço com a solda no meio do vão. Os ensaios de Dobramento da Face
devem ser colocados com a face voltada para baixo e os ensaios de Dobramento da
Raiz devem ser colocados com a raiz voltada para baixo. O dispositivo deve forçar o
corpo de prova para dentro da curvatura até que se obtenha o formato de “U” no
mesmo.
b) Requisitos
O ensaio de dobramento será considerado aceito se nenhuma trinca ou imperfeição
exceder 3mm ou a metade da espessura de parede em qualquer direção da solda ou
entre a solda e a zona de fusão após o dobramento.
4 RESULTADOS DOS ENSAIOS MECÂNICOS E DOS LEVANTAMENTOS DE
CUSTOS
Neste capítulo serão apresentados os resultados dos ensaios mecânicos das juntas
obtidas pelos dois processos de soldagem (eletrodo revestido e arame tubular), bem como os
resultados relativos aos custos teóricos e custos reais encontrados a partir da bibliografia
consultada e levantamentos de laboratório.
4.1 RESULTADOS DOS ENSAIOS MECÂNICOS
Os corpos de prova foram retirados e ensaiados conforme preconiza a Norma API
1104, sendo então os resultados dos Testes de Tração, Nick-break e de Dobramento como a
seguir.
4.1.1 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE TRAÇÃO
Foi seguido o mencionado no item 3.3.1.1 e em todos os corpos de prova ensaiados as
fraturas ocorreram no metal base, fora da junta soldada ou da zona de fusão e os limites de
resistência dos ensaios apresentaram valores superiores ao do metal base - Tabela 6 (limite de
resistência metal base = 4.222 kgf/cm2). Desta forma o ensaio foi considerado aprovado.
Tabela 6 - Resultado do Ensaio de Tração
Processo de soldagem
Resultados dos dois corpos de
prova de cada processo
Limite de Resistência (kgf/cm2)
Eletrodo Revestido - Eletrodo E 6010 (Raiz) +
Eletrodo E 7018 (Enchimento e Acabamento)
5.411
5.465
Arame Tubular - Eletrodo E 6010 (Raiz) +
Arame E 71T-1 (Enchimento e Acabamento)
5.465
5.450
28
4.1.2 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE NICK BREAK
Foi seguido o mencionado no item 3.3.1.2 em corpos de prova previamente preparados
(entalhados) conforme preconiza o API 1104 e como resultado observou-se que as superfícies
expostas do corpo de prova mostraram penetração completa e fusão. Não foram observados
poros ou inclusões que indicassem o não atendimento aos requisitos da norma, portanto,
conforme a Tabela 7, os ensaios foram considerados aprovados.
Tabela 7 - Resultado do Ensaio de Nick Break
Resultados dos Ensaios de Nick-break
Processo de soldagem / identificação dos
corpos de prova
Corpo
de
Prova 1
Corpo
de
Prova 2
Corpo
de
Prova 3
Corpo
de
Prova 4
Eletrodo Revestido - Eletrodo E 6010
(Raiz) + Eletrodo E 7018 (Enchimento e
Acabamento)
Aprov. Aprov. Aprov. Aprov.
Arame Tubular - Eletrodo E 6010 (Raiz) +
Arame tubular E 71T-1 (Enchimento e
Acabamento)
Aprov. Aprov. Aprov. Aprov.
4.1.3 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE DOBRAMENTO DA FACE E RAIZ
Foi seguido o mencionado no item 3.3.1.3 em corpos de prova previamente preparados
conforme preconiza o API 1104, sendo os mesmos testados ao dobramento de face e raiz.
Processo de Soldagem por Eletrodo Revestido
Os corpos de prova oriundos da soldagem pelo Processo Eletrodo Revestido foram
todos aprovados, pois não mostraram trincas ou imperfeições após o dobramento e, portanto
atenderam aos requisitos da norma.
Processo de Soldagem por Arame Tubular
No Processo de Soldagem por Arame Tubular dois corpos de prova foram totalmente
aprovados nos ensaios de dobramento da face e da raiz. Em dois corpos de prova os resultados
foram comprometidos devido à pré-existência de trincas oriundas da soldagem de raiz com
eletrodo E 6010 (fato somente observado após a preparação por usinagem) e portanto serão
desconsiderados.
29
4.2 CUSTO POR JUNTA TEÓRICO E REAL
Neste item serão apresentados os cálculos dos custos teóricos e reais das juntas
soldadas, com base no modelo simplificado apresentado por MODENESI, citado em 2.3, e
nas cotações obtidas no mercado para os consumíveis, mão-de-obra e energia elétrica.
4.2.1 CUSTO TEÓRICO DA JUNTA SOLDADA POR ELETRODO REVESTIDO E ARAME
TUBULAR
Os valores calculados a seguir consideram as fórmulas propostas no modelo
simplificado de MODENESI, item 2.3.
I) Cálculo da Massa de metal depositado (ms e ms’) :
Figura 4 – Parâmetros da Junta para Cálculo da Massa Depositada
(fonte: MODENESI)
Dados: t = 7,11 mm; = 35 º ; e = 1,5 mm; f = 3,0 mm;
r = 2,0 mm; W = 10,86 mm
A1 = (7,11 – 1,5)2 x tan = 2 x A1 = 22,04 mm
2
2
A2 = t x f = 7,11 x 3,00 = 21,33 mm2
A3 = x W x r = 17,06 mm2
2
A4 = x f 2 = 14,14 mm
2
2
As = área transversal do cordão =
= (2 x A1)+ A2 + A3 + A4 = 22,04 + 21,33 + 17,06 + 14,14 = 74,57 mm2
L = comprimento do cordão de solda = x D = x 168,28 = 528,67 mm
ms = As x L x d aço = 74,57 x 528,67 x d aço= 39.423 mm3 x d aço
30
= 39,42 cm3 x 7,85 = 309,45 g (peso do metal depositado)
Nota: será excluído o peso teórico do passe de raiz, pois será executado com
E6010 nos dois processos e, portanto não será incluído no cálculo dos custos.
Para o cálculo do peso do passe de raiz, será considerado analogamente:
Área A2 raiz = h passe raiz x f = 2,00 x 3,00 = 6,00 mm2
Área A4 raiz = 14,14 mm2 (idem A4)
Área As raiz = A2raiz + A4raiz = 6,00 + 14,14 = 20,14 mm2
ms raiz = As raiz x L x d aço = 20,14 x 528,67 x d aço=
= 10,64 mm3 x d aço = 10,64 cm
3 x 7,85 = 83,52 g
ms’= 309,45 g – 83,52g = 225,93 g
(peso do metal depositado sem o peso do passe de raiz)
II) Custo de Eletrodo (Ce) e Arame Tubular (Cat):
a) Custo de Eletrodo E 7018 (Ce):
Dados : ms’ = 225,93 g ; = 0,60 (Tabela 2); CeU = R$ 9,80 / kg
(4) .....Ce = ( ms’ / ) x CeU = (225,93 / 1000 x 0,60 ) x 9,80 = R$ 3,69
b) Custo de Arame Tubular E 71T-1 (Cat) :
Dados : ms’ = 225,93 g ; = 0,80 (Tabela 2); CatU = R$ 18,00 / kg
(4) .....Cat = ( ms’ / ) x CatU = (225,93 / 1000 x 0,80 ) x 18,00 = R$ 5,08
III) Custo de Gás de Proteção (Cg) – somente p/ o Arame Tubular :
Dados: VG = 25 l/min CO2; Taxa de Deposição Arame Tubular (anexo D) =
2,0 kg/h; CGU = R$ 384,00 / 45 kg R$ 8,53 / kg, densidade = 1,833 kg/m3
CGU = R$ 15,64 /m3
Para o Arame Tubular diam. 1,2mm :
(2) .....tarc = ms / zm = 0,22593 / 2,0 = 6,78 min
(5) .....Cg = VG x tarc x CGU = 25 x 10-3
x 6,78 x 15,64 = R$ 2,65
IV) Custo de Mão de obra (CL):
(6) .....CL = ( tarc / ) x (L+ O)
Dados: Taxa de Deposição Arame Tubular (anexo D) = 2,0 kg/h; Taxa de
Deposição Eletrodo (anexo D) = 1,0 kg/h, (Tabela 1 – 0,30 p/ Eletrodo e 0,60
p/ Arame); L + O= R$ 17,00/h (arame) e R$ 15,50/h (eletrodo)
Eletrodo E7018 tarc = ms / zm = 0,22593 / 1,0 = 13,56 min
Arame E71T-1 tarc = ms / zm = 0,22593 / 2,0 = 6,78 min
CL Eletrodo = (13,56 / 0,30) x (R$ 15,50/60) = R$ 11,68
CL Arame = (6,78 / 0,60) x (R$ 17,00/60) = R$ 3,20
V) Custo de Energia Elétrica (CEL):
31
(7) .....CEL = ( P x tarc / el ) x CELU
P (arame) = 20 V x 100A = 2000 W = 2,0 kW
P (eletrodo) = 20 V x 90A = 1800 W = 1,8 kW
CEL (arame) = (2,0 kW x 0,113 h/ 0,80) x R$ 0,39276 /kWh = R$ 0,11
CEL (eletrodo) = (2,0 kW x 0,226 h/ 0,80) x R$ 0,39276 /kWh = R$ 0,22
Os valores calculados encontram-se consolidados na Tabela 8 abaixo:
Tabela 8 - Tabela Resumo Custo Teórico da Junta
Processo de
soldagem
CUSTO TEÓRICO DA JUNTA e CUSTO UNITÁRIO DO METAL
DEPOSITADO
Eletrodo /
Arame
CO2 Mão de
Obra
Energia
Elétrica TOTAL Massa
(g)
Custo
R$/kg
Eletrodo E 7018 R$ 3,69 - R$ 11,68 R$ 0,22 R$ 15,59 226 68,98
Arame E 71T-1 R$ 5,08 R$ 2,65 R$ 3,20 R$ 0,11 R$ 11,04 226 48,84
4.2.2 CUSTO REAL DA JUNTA SOLDADA POR ELETRODO REVESTIDO E ARAME TUBULAR
Foi calculado o custo real da junta analogamente ao item anterior, sendo que os
tempos de arco aberto e a massa de metal depositado foram obtidos diretamente dos
levantamentos do laboratório de soldagem (anexo E).
I) Massa real de metal depositado (ms e ms’) :
Tabela 9 - Tabela de Massa Real de Metal Depositado na Junta
PROCESSO
DE
SOLDAGEM
Peso das
Peças antes
Soldagem
(g).........(A)
Peso das
Peças após
Soldagem
(g)...........(B)
Peso Metal
Depositado
ms (g)
ms =B - A
Peso Metal
Depositado
Raiz
ms raiz (g)
Peso Metal
Depositado
ench./acab.
ms’ (g)
Arame
Tubular
E71T-1
8.438 8.820 382 103 279
Eletrodo
Revestido
E7018
8.684 8.955 271 74 197
II) Custo de Eletrodo (Ce) e Arame Tubular (Cat):
a) Custo de Eletrodo E 7018 (Ce):
Dados : ms’ = 197 g ; = 0,60 (Tabela 2); CeU = R$ 9,80 / kg
(4) .....Ce = ( ms’ / ) x CeU = R$ 3,22
32
b) Custo de Arame Tubular E 71T-1 (Cat) :
Dados : ms’ = 279 g ; = 0,80 (Tabela 2); CatU = R$ 18,00 / kg
(4) .....Cat = ( ms’ / ) x CatU = R$ 6,28
III) Custo de Gás de Proteção (Cg) – somente p/ o Arame Tubular :
Dados: VG = 25 l/min CO2; CGU = R$ 15,64 /m3
Levantamentos (anexo D) : tarc = 11,33 min
(5) .....Cg = VG x tarc x CGU = 25 x 10-3
x 11,33 x 15,64 = R$ 4,43
IV) Custo de Mão de obra (CL):
(6) .....CL = ( tarc / ) x (L+ O)
Eletrodo E7018 :
tarc = 12,18 min tT = 42,32 min
= 12,18 / 42,32 = 0,29 ou 29%
L + O= R$ 15,50/h (eletrodo)
Arame E71T-1:
tarc = 11,33 min tT = 37,22 min
= 11,33 / 37,22 = 0,30 ou 30%
L + O= R$ 17,00/h (arame)
CL Eletrodo = (12,18 / 0,29) x (R$ 15,50/60) = R$ 10,85
CL Arame = (11,33 / 0,30) x (R$ 17,00/60) = R$ 10,70
V) Energia Elétrica (CEL) :
(7) .....CEL = ( P x tarc / el ) x CELU
P (arame) = 20 V x 100A = 2000 W = 2,0 kW
P (eletrodo) = 20 V x 90A = 1800 W = 1,8 kW
CEL (arame) = (2,0 kW x 0,189 h/ 0,80) x R$ 0,39276 /kWh = R$ 0,19
CEL (eletrodo) = (2,0 kW x 0,203 h/ 0,80) x R$ 0,39276 /kWh = R$ 0,20
Os valores calculados encontram-se consolidados na Tabela 10 abaixo:
Tabela 10 - Tabela Resumo Custo Real da Junta
Processo de
Soldagem
CUSTO REAL DA JUNTA E CUSTO UNITÁRIO DO METAL
DEPOSITADO
Eletrodo /
Arame
(R$)
CO2
(R$)
Mão de
Obra
(R$)
Energia
Elétrica
(R$)
Total
(R$)
(R$)
Massa
(g)
Custo
R$/kg
Eletrodo
E 7018 3,22 - 10,85 0,20 14,27 197 72,44
Arame
E 71T-1 6,28 4,43 10,70 0,19 21,60 279 77,42
5 ANÁLISE
5.1 ANÁLISE DOS RESULTADOS
Neste item serão efetuadas as análises dos levantamentos efetuados “in loco” e dos
ensaios de laboratório, tanto do ponto de vista das propriedades mecânicas como do ponto de
vista econômico para as juntas soldadas em questão, ou seja, pelo processo de soldagem
Eletrodo Revestido e pelo processo de soldagem com Arame Tubular.
a) Propriedades Mecânicas
Ensaio de Resistência à Tração: os ensaios executados demonstraram que ambos os
processos foram aprovados, conforme descrito no item 4.1.1.
Ensaio de Nick Break: os ensaios executados demonstraram que ambos os processos
foram aprovados, conforme descrito no item 4.1.2.
Ensaio de Dobramento: foram testados e aprovados quatro corpos de prova do
processo Eletrodo Revestido tanto no dobramento de face como de raiz. No processo de
Arame Tubular foram aprovados dois corpos de prova nos ensaios de dobramento da face e da
raiz.
Nota: foram desconsiderados os ensaios de dobramento em outros dois corpos de prova,
devido à pré-existência de trincas oriundas da soldagem de raiz com eletrodo E 6010 (fato
somente observado após a preparação dos corpos de prova por usinagem).
b) Inspeção Visual
Como era de se esperar a soldagem pelo processo Eletrodo Revestido apresentou uma
quantidade maior de respingos do que o processo Arame Tubular, que apresentou
características de uma soldagem mais limpa. Em nenhum dos casos foram observadas trincas,
poros ou mordeduras na soldagem do enchimento e acabamento.
c) Análise do Fator de Ocupação ()
Este fator tem uma grande influência no custo da junta uma vez que se relaciona com a
mão de obra, que tem um peso considerável no custo total. Quanto mais o tempo total da
34
soldagem tT se aproximar do tempo de arco aberto tarc , maior é percentual de aproveitamento
da mão de obra na soldagem propriamente dita e conseqüentemente, maior é o fator, ou seja,
menor é o tempo despendido com outras operações. Na formulação a seguir pode ser
evidenciada esta questão.
(3)........ = tarc / tT (6).......CL = tT x (M.O.+ gastos fixos)
Quadro Comparativo do Fator de Ocupação Real e Teórico
Processo de
soldagem Fator de Ocupação ( )
Previsto Realizado
Eletrodo E 7018 30% 29%
Arame E 71T-1 60% 30%
Foi resumido no quadro acima um comparativo do fator de ocupação previsto e o
realizado e pela análise, fica claro que o fator de ocupação realizado para o Eletrodo
Revestido praticamente não se desviou em relação ao previsto (30% x 29%) onde pesou a
grande experiência prática do soldador neste processo de soldagem. Já o fator de ocupação
realizado para o Arame Tubular ficou bem inferior ao previsto (60% x 30%). O que se
observou é que por não ser um processo utilizado constantemente pelo soldador ocorreram
interrupções freqüentes do arco aberto que vieram a contribuir negativamente.
d) Análise dos Custos
Foram reunidos na Tabela 11 os resultados esperados e encontrados do custo unitário
por kg de metal depositado. No processo de soldagem por Eletrodo Revestido o custo unitário
realizado ficou muito próximo do custo unitário previsto, pode-se atribuir ao que foi
explanado no item anterior quanto ao fator de ocupação, que praticamente não variou. Por
outro lado, observa-se que o custo unitário do Arame Tubular sofreu uma grande influência
do fator de ocupação no custo da Mão de Obra e, conseqüentemente, no custo total unitário da
junta.
35
Tabela 11 - Tabela Resumo Custo Unitário Teórico e Real
Processo de
Soldagem CUSTO UNITÁRIO
Previsto (R$/kg) Realizado (R$/kg)
Eletrodo E7018 68,98 30% 72,44 29%
Arame E 71T-1 48,84 60% 77,42 30%
6 CONCLUSÕES
a) Qualidade da Junta Soldada
Analisando os resultados encontrados, conclui-se que pelo ponto de vista das
propriedades mecânicas encontradas, os processos são equivalentes, com destaque para uma
melhor aparência visual da soldagem pelo Processo Arame Tubular, conferindo a este
processo uma melhor qualidade geral.
b) Análise Econômica da Junta Soldada
No processo por Eletrodo Revestido por ser um processo mais usual e de prática
rotineira pelo soldador, os resultados práticos se aproximaram muito dos resultados teóricos,
com destaque aos aspectos relacionados às taxas de produtividade, tais como o fator de
ocupação.
O que podemos também concluir é que embora o processo por Arame Tubular
apresente certa simplicidade no aspecto operacional, já que é um sistema semi-automático,
requer muita habilidade prática para obtenção das taxas de produtividade indicadas na
bibliografia.
Analisando principalmente o fator de ocupação previsto e o realizado deste processo
vemos que houve um grande distanciamento que veio a incidir no custo unitário da junta. Um
ganho significativo deste processo é a não necessidade de trocas constantes do eletrodo,
fazendo com que o arco permaneça o maior tempo possível aberto depositando metal na junta,
fato este que, estando o equipamento com os parâmetros de soldagem bem configurados,
depende quase que exclusivamente da habilidade do soldador.
Tomando os custos unitários previstos para o Eletrodo Revestido (R$ 68,98/kg) e para
o Arame Tubular (R$ 48,84/kg), conclui-se pela vantagem econômica no processo de
soldagem por Arame Tubular sobre o Eletrodo Revestido da ordem de 40%, sendo o primeiro
o mais recomendado. Contudo, devemos salientar que independentemente do processo Arame
37
Tubular ter um grau maior de automatização em relação ao Eletrodo Revestido é bastante
relevante o fato de se ter uma mão de obra bastante treinada para a obtenção dos índices de
produtividade previstos.
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Related Facilities, twentieth edition, Washington, D.C., USA, 2005. p. 3-15.
AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. API SPECIFICATION 5L: Specification for Line
Pipe, forty-third edition, Washington, D.C., USA, 2004. p. 36-37.
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Transportation Systems for Liquid Hydrocarbons and Other Liquids, New York, USA, 2006.
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ESAB, Apostila de Soldagem de Tubulações, 2004. Disponível em:
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______., Catálogo de Eletrodos Revestidos OK, 2007. Disponível em:
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MEDEIROS, Raimundo Cabral. Apostila de Soldagem a Arco Elétrico com Arame Tubular
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PEREIRA, Lenine Atanásio Lopes, Estudo da Viabilidade Econômica do Processo Arame
Tubular com Gás na Soldagem em Aços de Baixa liga. Niterói, 2002. 73 f. Trabalho de
39
Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal
Fluminense, Niterói. 2002.
PARANHOS, Ronaldo e BRITO, José de Deus, Custos da Soldagem, 1997. 30 p.
PECLY, Plínio Henrique Rangel, ANTUNES, Eduardo Simões, Estudo Econômico
Comparativo entre os Processos de Soldagem Arame Tubular (Semi-Automatizado e
Mecanizado) e Eletrodo Revestido, 2005. 12 p.
ANEXO A
CERTIFICADO DO TUBO
41
42
ANEXO B
CONSUMÍVEIS - ELETRODOS E ARAME
44
Eletrodos OK para Aços de Baixo e Médio Teor de Carbono (E 6010)
fonte: ESAB, Catálogo Eletrodos Revestidos OK, 2007. Disponível em:
<http://www.esab.com.br/br/por/Produtos/consumiveis/eletrodos/upload/1900295rev25_CatalogoEletr
odos_pt.pdf>. Acesso em: 17 março 2008.
Eletrodos OK para Aços de Baixo e Médio Teor de Carbono (E 7018)
fonte: ESAB, Catálogo Eletrodos Revestidos OK, 2007. Disponível em:
<http://www.esab.com.br/br/por/Produtos/consumiveis/eletrodos/upload/1900295rev25_CatalogoEletr
odos_pt.pdf>. Acesso em: 17 março 2008.
45
Arames Tubulares OK para Soldagem com Gás de Proteção em Aços de Baixo e Médio
Teor de Carbono (E71T -1)
fonte: ESAB, Catálogo de Arames Tubulares OK, 2007. Disponível em:
<http://www.esab.com.br/br/por/Produtos/consumiveis/tubulares/upload/1900187rev2_OKTubrod71U
ltra_pt.pdf>. Acesso em: 17 março 2008
ANEXO C
PROCEDIMENTOS DE SOLDAGEM
47
48
ANEXO D
GRÁFICOS DE TAXAS DE DEPOSIÇÃO
ELETRODO E ARAME TUBULAR
50
TAXA DE DEPOSIÇÃO - SMAW
Fonte: PARANHOS e BRITO, Custos da Soldagem
TAXA DE DEPOSIÇÃO - FCAW
Fonte: PARANHOS e BRITO, Custos da Soldagem
0
1
2
3
4
5
6
7
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Corrente (A)
Ta
xa
de d
ep
osiç
ão
(k
g/h
)
E6010
E6011
E6012,E6013
E7014,E7018
E7028
E6027
E7024
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 2 4 6 8 10 12
Velocidade do arame (m/min)
Ta
xa
de d
ep
osiç
ão
(k
g/h
)
0,9mm
1,14mm
1,32mm
1,57mm
1,73mm
1,83mm
1,98mm
2,39mm
ANEXO E
ACOMPANHAMENTO DA SOLDAGEM
52
53
54
55