custo em soldagem

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAISDepartamento de Engenharia Metalrgica e de Materiais

Soldagem I

Estimativa de Custos em Soldagem

Prof. Paulo J. Modenesi

Janeiro de 2001

1. Consideraes Iniciais:

A soldagem , em geral, usada como parte de um processo de fabricao que tambm utiliza outros processos como corte, usinagem, conformao mecnica, montagem e tratamentos trmicos e superficiais. Alm disso, a operao de soldagem pode englobar etapas adicionais de pr-aquecimento, de remoo da raiz da solda, reparo e outras. No presente documento estas etapas e os outros processos no sero considerados. Deve-se deixar claro, contudo, que numa situao real, o custo de uma operao de soldagem no ser, em geral, analisado de uma forma isolada. Assim, por exemplo, a adoo de um procedimento de soldagem mais sofisticado (e mais caro) pode levar a uma reduo de custo pela eliminao de uma etapa no processo de fabricao (por exemplo, pode tornar desnecessrio o uso de pr-aquecimento ou de um tratamento trmico posterior). A operao de soldagem envolve um grande nmero de aspectos que podem ter algum impacto em seu custo final como o uso de consumveis (metal de adio, gs, fluxo e outros), o custo de pessoal e outros custos fixos, o gasto de energia eltrica, os custos de manuteno e a depreciao dos equipamentos e o custo dos equipamentos e materiais de proteo, de peas, ferramentas e outros materiais. No presente documento, sero considerados de uma forma simplificada somente os trs primeiros itens citados. Uma discusso mais detalhada destes itens e dos outros poder ser encontrada na literatura listada no final deste documento. O custo de uma operao de soldagem ser, em geral, calculado para: (a) preparar o oramento de um servio, (b) comparar procedimentos de soldagem entre si e com mtodos alternativos de fabricao e (c) determinar a quantidade de consumveis necessria para a execuo de um servio. Vrios dos coeficientes e parmetros aqui indicados podem ser encontrados tabelados em diferentes trabalhos. Entretanto, alguns deles tendem a ser muito especficos para uma dada empresa ou, mesmo, um servio devendo, portanto, ser preferencialmente determinados. A determinao dos custos associados com os consumveis de soldagem e a mo de obra baseada no clculo da massa de metal depositado em um cordo de solda e do tempo de soldagem. Este clculo ser apresentado nos itens seguintes para o caso mais simples de um nico tipo de junta soldada e de uma nica estao de trabalho. Na maioria das equaes apresentadas neste documento, no foram includos fatores para ajustar o uso de diferentes unidades (por exemplo, segundos e horas). Cabe ao usurio verificar cuidadosamente as unidades usadas para evitar problemas com os resultados obtidos.

Modenesi: Custos em Soldagem - 1

2. Clculo da massa de metal depositado (ms):

m s = As L L

a densidade da solda (tabela I). AS a rea transversal do cordo associada com o metal depositado.

As

L o comprimento do cordo.

Tabela I Densidades aproximadas de algumas ligas: Liga Ao carbono Ao inoxidvel Ligas de Cobre Ligas de Nquel Ligas de Alumnio Ligas de Titnio Densidade (g/cm3) 7,8 8,0 8,6 8,6 2,8 4,7

Exemplo do clculo de AS:w r e r* f A3 A111 AS = A1 + A2 + A3 + A4 e A1 = A1 + A12

t

(t e) 2 A =A = tan 21 1 2 1

A2 = t fA3 = wr / 4 ou, alternativamente:r A3 = + 1[2(t e) tan + f ] 4 2 A4 =

A2

A1

2

2

A4

f

2

ou, alternativamente, A4 =

2

r *2


3. Clculo do tempo de soldagem (tARC tempo de arco aberto):A. Com base na velocidade de soldagem (v):t ARC = L / v Para uma soldagem com vrios passes, a velocidade v usada na equao anterior est definida como:

1 / v = (1 / vi ) , onde vi a velocidade de soldagem por passe.i

B. Com base na taxa de deposio do processo (zm):

t ARC =

ms zm

A taxa de deposio, isto , a quantidade de material depositado por unidade de tempo, depende de vrios fatores, incluindo o processo de soldagem, o tipo e o dimetro e o comprimento do eletrodo e o tipo, a polaridade e o nvel da corrente (ver exemplo na figura abaixo), Se possvel, zm deve ser determinada em condies similares da aplicao.

20

Taxa de Deposio (kg/h)

16

4,8mm

12 2,4mm 8 1,6mm

3,2mm

5,6m m

Taxa de deposio na soldagem SAW de ao carbono, com CC+ e comprimento do eletrodo de cerca de 25mm em funo da corrente e do dimetro do eletrodo.

4

200

400

600

800

1000

1200

1400

Corrente (A)

Observao: O nmero necessrio de passes para o preenchimento de uma junta pode ser estimado, para uma velocidade mdia vim por passe, como:

nP =

ms vim zm L


O tempo total da operao de soldagem (tT), incluindo o tempo de arco aberto e o tempo necessrio para outras operaes (remoo de escria e respingos, troca de eletrodos, posicionamento de cabeote, etc.) dado por: tT = t ARC , onde o fator de ocupao ou de marcha.

O fator de ocupao a razo entre tARC e tT. Valores de referncia so apresentados na tabela II. Contudo, como j foi colocado, valores a serem usados em clculos para uma dada aplicao devem ser, sempre que possvel, medidos em condies similares desta aplicao.

Tabela II Valores do fator de ocupao para diferentes modos de operao. Modo de operao Manual Semi-automtico Mecanizado Automtico (%) 05-30 10-60 40-90 50-100

4. Clculo de custos em soldagem:a. Eletrodos (Ce):Ce = ms C eU ,

onde a eficincia prtica de deposio (tabela III) do processo e CeU o preo por peso do eletrodo (por exemplo, R$/kg).

Tabela III Valores tpicos de para diferentes processos. Processo Eletrodos Revestidos: Comprimento: 350mm 450mm Arames: SAW ESW GMAW Arames tubulares: FCAW 95-100 95-100 90-95 80-85 (%) 55-65 60-70


b. Fluxo (Cf):Cf = ms K f C fU ,

onde Kf a razo entre o consumo de fluxo e o de eletrodo e CfU o preo por peso do fluxo. Se o fluxo no fundido durante a soldagem for corretamente reaproveitado, Kf tem um valor prximo de 1,0. Contudo, este parmetro varia bastante com as condies especficas de operao. Este tende, por exemplo, a aumentar com a tenso e a diminuir com a corrente de soldagem.

c. Gs de Proteo (Cg):Cg = VG t ARC C GU , onde VG a vazo de gs usada e CGU o preo por volume de gs (por exemplo, em R$/m3). Esta equao supe que exista um dispositivo eltrico ou mecnico para a abertura e fechamento do fluxo de gs sincronizado com o tempo de operao do arco e que no hajam vazamentos no sistema de alimentao de gs. Sem essas condies, o consumo de gs pode aumentar bastante.

d. Mo de obra e custos fixos (Cl):Cl = t ARC

(L + O ) ,

onde L e O so, respectivamente, os custos por unidade de tempo com mo de obra e gastos fixos.

e. Energia eltrica (Cel):

Cel =

P t ARC

el

(C elU ) ,

onde CelU (R$/kWh) o preo da energia eltrica, P (kW) a potncia eltrica mdia desprendida durante a soldagem e el a eficincia eltrica do equipamento de soldagem. Por exemplo, a eficincia de um transformador gira em torno de 80%.


6. Exemplo:Desenvolva as equaes para o clculo do custo de um metro de solda para a junta (dimenses em mm) e as condies mostradas abaixo: Desenho da Junta Material: Processo de Soldagem: Corrente: Tenso: Vazo de gs de proteo:: Taxa de deposio: Eficincia de deposio: Fator de ocupao: Eficincia eltrica da fonte: Ao Carbono GMAW 220A 25V 15l/min 3,0kg/h 90% 40% 70%

60 10

10

a. Clculo de As e de ms: As = 2 x 10 x [10 tan(60)] / 2 = 173mm2 = 1,73cm2 L = 1m = 100cm b. Clculo de tARC: tARC = ms / zw = 1,35kg / 3,0kg/h = 0,45h = 27min. c. Custos para um metro de solda: Ce = (1,35kg/h / 0,9) x CeU = 1,45kg x CeU Cg = (15l/min x 27min) x CGU = (405 l) x CGU Cl = (0,45h / 0,4) x (L + O) = 1,13h x (L + O) P = 220A x 25V = 5500w = 5,5kW (potncia) Cel = (5,5kW x 0,45h / 0,7) x CelU = 3,54kWh x CelU (Eletricidade) (Eletrodos) (Gs de proteo) (Mo de obra) ms = 1,73cm2 x 100cm x 7,8g/cm3 = 1350g = 1,35kg

5. Leitura Complementar:1. Modenesi, P.J. Caractersticas Econmicas dos Eletrodos Revestidos (Guia de Aula Prtica), UFMG, 2000. 2. Wainer, E. et alli Soldagem - Processos e Metalurgia, Editora Edgard Blcher, 1992, p.449-461 3. AWS, Welding Handbook, Vol. 1, 8a edio, American Welding Society, 1987, p. 265-286. 4. Cary, H.B. Modern Welding Technology, Prentice Hall, 1979, p. 541-559. 5. The Lincoln Electric Company, The Procedure Handbook of Arc Welding, 12a edio, The Lincoln Electric Company, 1973, seo 12.


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