FACULDADE TECNOLÓGICA DO ESTADO DE SÃO PAULOMecânica – Modalidade Soldagem

Soldagem                       

Estimativa de Custos em Soldagem

Fernando Simões Marques

Dezembro de 2009

1. INTRODUÇÃO:

A soldagem em sua amplitude,  é  usada um processo de fabricação onde também utiliza outras operações   como   corte,   usinagem,   conformação   mecânica,   montagem,   tratamentos   térmicos   e superficiais. Na soldagem existe ainda as etapas de pré­aquecimento, de remoção da raiz da solda e outras, onde estes não serão considerados. 

Na prática é fundamental a adoção de um procedimento de soldagem mais sofisticado (e mais caro) onde se reduz custos e pode­se eliminar algumas etapa no processo de fabricação.

Cálculo utilizado, antes da globalização:

preço = custo + lucro

Globalização ! revisão das posições quanto à formulação dos preços.

O preço do produto é determinado pelo mercado mundial.

Desta forma a equação passou a ser:

lucro = preço ­ custo

De modo geral o custo total (CT) de uma operação de soldagem qualquer, pode ser desmembrado em diversas parcelas:

CT = CMO + CC + CE + CM + CD + CMC

CMO é o custo da mão de obra;CC é o custo dos consumíveis;

CE é o custo da energia elétrica;CM é o custo de manutenção;CD é o custo de depreciação e

CMC é o custo de outros materiais de consumo.

O fator de maior peso nos custos da soldagem é a mão de obra.Neste caso, o custo da mão de obra mais o custo dos consumíveis representam cerca de 93% do custo da operação.

2. CUSTO DE MÃO DE OBRA:

O custo unitário pode ser calculado incluindo salários, encargos sociais e custos fixos da empresa.

 CMO (R$) = (custo unitário) (R$/h) x tempo de soldagem (h)

O tempo de soldagem tem como base as mesmas considerações  tomadas para se obter  o custo unitário e portanto, nos dois casos pode ou não se incluir os tempos de parada do soldador para troca de eletrodos, retirada de escória, etc.                                                  2

Num cálculo mais focalizado, o custo da mão de obra pode levar em conta apenas o trabalho do pessoal envolvido diretamente com a soldagem, incluindo montadores e soldadores.

3. CUSTO DO CONSUMÍVEL:

O custo dos consumíveis (CC) é dado pela soma dos custos do metal de adição (CMA), do fluxo (CF) e do gás de proteção (CG), se usados.

Inicialmente deve­se avaliar o custo do metal depositado (CMD), calculado pelo produto da massa de metal depositado pelo custo do eletrodo ou vareta:

CMD (R$) = massa do metal depositado (kg) x custo do eletrodo (R$/kg)

A massa do metal depositado (MMD) é calculada pelo produto da área da seção transversal da junta, do comprimento da solda e da densidade do material.

A área da seção transversal depende do tipo de chanfro utilizado.

MMD (kg) = A (cm2) x L (cm) x   (kg/cmρ 3)

  Chanfro   Área da Seção Transversal

V Simples (e ­ h)2 x tan ( /2) + d x eθ

V Duplo 0,5 x [(e – h)2 x tan ( /2)] + d xθ e

K 0,5 x [(e ­ h)2 x tan  ] + d x eθ

Y 0,25 x [(e ­ h)2 x tan  ] + d x eθ

e = espessura da chapa, h = nariz,   = ângulo da junta, d = fresta θ

Densidades aproximadas de algumas ligas

 Liga Densidade (g/cm3)Aço carbono     7,8

   Aço Inoxidável  8,0

 Ligas de Cobre  8,6

 Ligas de Níquel   8,6

Ligas de Alumínio  2,8

Ligas de Titânio    4,7

O custo  do  metal  de  adição   também deve   levar  em conta   a  parte  que  é   perdida  na   forma de respingos, pontas descartadas etc., estimada pela eficiência de deposição ( ).φ

É calculado dividindo­se o preço do metal depositado pela eficiência de deposição do processo.

A eficiência de deposição depende do processo e dos parâmetros de soldagem.                            

CMA (R$) = 100 x CMD (R$)/  (%)φ

Processo  (%)φ

Eletrodos Revestidos:            Comprimento: 350mm                                       450mm 

 55­65 60­70

Arames:              SAW                 ESW              GMAW

95­10095­10090­95

Arames tubulares: FCAW  80­85

Em alguns casos não se utiliza material de adição (p. ex.: soldagem de chapas finas).

Em outros, além do metal de adição, se usam, fluxos de soldagem (arco submerso) e/ou gases de proteção (MIG/MAG ou TIG).

O custo do fluxo (CF) pode ser estimado pela razão (massa de fluxo consumido)/(massa de metal depositado), RMF.

Esta pode ser obtida com os fornecedores, para cada tipo de fluxo, e normalmente varia entre 0,9 e 1,2.

CF (R$) = MMD (kg) x RMF x preço do fluxo (R$/kg)

CG(R$) =[vazão de gás(l/min) x tempo dearco aberto(s) x preço do gás (R$/m3)]/60.000

Finalmente, o custo dos consumíveis CC é dado por:

CC(R$) = CMA(R$) + CF(R$) + CG (R$)

4. CUSTO DA ENERGIA ELÉTRICA:

CE (R$) = [PE (R$/kwh) x PES (kw) x T (h)] / (E x 1000)

Onde:                                                                                                                                                    4

PE é o preço da energia elétrica,

PES é a potência elétrica de saída,

T é o tempo de arco aberto,

E é a eficiência elétrica do equipamento.

A eficiência elétrica média dos equipamentos de soldagem é fornecida pelos fabricantes.,

Exemplo: a eficiência de um transformador é  de cerca de 80%, enquanto um gerador apresenta eficiência de cerca de 65%.

A potência de saída é obtida pelo produto da tensão (V) pela corrente (A) de soldagem.

5. CUSTO DE DEPRECIAÇÃO:

Os equipamentos de uma empresa sofrem desgaste ao longo de sua vida útil e é necessário determinar o valor de reposição destes, isto é; sua depreciação.

CD(R$) = (Valor do investimento inicial ­ Valor residual)/Vida útil                  O valor residual é o valor de venda do equipamento ao término de sua vida útil, devido ao desgaste, inadequação ou obsolescência.

A taxa de Depreciação é estabelecidas pela Secretaria da Receita Federal (SRF).

Taxas máximas de depreciação (SRF) Tipos de Ativos  Taxa  anual (%)   Vida Útil(anos)

Prédios e Construções  4 25

Móveis e Utensílios  10 10

Máquinas e Equipamentos 10 10

Veículos e Ferramentas 20 5

6. CUSTO DE MANUTENÇÃO:

O custo médio de manutenção (CMM) tem como base os custos de manutenção do equipamento num certo período de tempo, dividido pelo número de horas de operação deste equipamento no mesmo período.

CM(R$) = CMM(R$/h) x tempo de operação (h)

Este custo pode ser avaliado para cada equipamento em particular ou para todo um conjunto.

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7. CUSTO COM OUTROS MATERIAIS:

Outros  materiais   de   consumo   incluem:   bicos   de   contato,   líquido   anti­respingos,   eletrodos  não consumíveis, materiais de segurança, etc.

O custo destes deve ser levado em consideração no custo total de soldagem.O   custo   destes   outros   materiais   de   consumo   pode   ser   estimado   em   valores   médios   de   forma semelhante à usada na avaliação do custo de manutenção.

8. CONSIDERAÇÕES:

A avaliação dos custos deve ser feita para cada etapa ou processo ou de uma maneira mais geral, com base em valores médios.

Observe­se também que os custos da soldagem podem ser expressos em R$/peça soldada, R$/kg de solda depositada, R$/m de junta soldada ou ainda em R$/h de operação.Cabe ao usuário determinar e utilizar as unidades mais adequadas em cada caso.

EXEMPLO:

1.1. Geometria da Peça:

Altura máxima de reforço: 3mm

1º Passo: Área da seção de soldagem.

Área 1:  (20 * tg22,5°) * 20 = 165,7mm²

Área 2: (10 * tg 22,5°) * 10 = 41,3mm²

Área 3: 3 * 30 = 90mm²

Área 4: 2/3 * 16 * 3 = 32mm²

Área 5: 2/3 * 23 * 3 = 16mm²

Área total = 165,7 + 41,3 + 90 + 32 + 16 = 345mm²                                                             6

2º Passo: Calcular o volume de solda empregado.

V = A * L V = 345 * 1000 = 345000mm³ (3,45 105mm³)

3º Passo: Calcular o peso do metal depositado.

PMD = V * ρ     PMD = 3,45 105  * 0,00785 = 2708g (2,7kg)

Peso do material removido na goivagem (considerando remoção de 4mm de solda):

PMD = V * ρ PMD = 12000 * 0,00785 = 94,2g

PMD total = 2708 + 94,2 = 2802g (2,8kg/m)

4º Passo: Determinar a quantidade de consumível.

QC = (PMD * L) / ED    QC = (2,8kg/m) / ED 

SMAW = 1,8kg/m (Eletrodo)SAW =  2,6kg/m   2,6 + 20% = 3,1kg/m de fluxoGMAW = Arame 2,6kg/m e Gás 2,6m³FCAW­GS = Arame 2,4kg/m e Gás 2,4m³FCAW­SS = Arame 2,3kg/m e Gás 2,3m³

Processo EDSMAW 0.65SAW 0.95

GMAW 0.93FCAW­GS 0.87FCAW­SS 0.83

5º Passo: Custo do metal depositado.

A  Custo do consumível

CC = QC * PC 

SMAW    CC = 1,8 * 2,50 = R$ 4,50/kg

SAW   CC =  2,6 * 1,5 = R$ 3,90/kgSAW FLUXO = 3,1 * 2,00 = R$ 6,20/kgSAW TOTAL = R$ 10,10/kg

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GMAW    CC = 2,6 * 2,00 = R$ 5,10/kgGMAW GÁS    CC = 2,6 * 0,75 R$ 1,95/kgGMAW TOTAL = R$ 7,05/ kg

FCAW­GS CC = 2,4 * 4,5 = R$10,80/kgFCAW­GS GÁS ­> CC= 2,4 * 0,75 = R$1,80/kgFCAW­GS TOTAL = R$ 12,60/KG

FCAW­SS CC = 2,36 * 7,0 = R$ 18,41/kg

B  Custo do metal depositado

CMD = PMD * CC(Total)  

SMAW    CMD = 2,8 * 4,50 = R$ 12,60

SAW   CMD =  2,8 * 10,10 = R$ 28,30

GMAW    CMD = 2,8 * 7,05 = R$ 19,74

FCAW­GS CMD = 2,8 * 12,60 = R$ 35,28

FCAW­SS CMD = 2,8 * 18,41= R$ 51,55

6º Passo: Tempo de soldagem

A  Por metro

TS = PMD / (TD * FO)

SMAW   TS = 2,8 / 0,4 = 7h/m

SAW   TS = 2,8 / 3,66 = 0,76h/m = 46min/m

GMAW   TS = 2,8 / 1 = 2,8h/m = 2h 45min/m

FCAW­GS   TS = 2,8 / 0,94 = 2,98h/m = 2h 59min/m ou 3h/m                               8

Processo FO TD TD * FOSMAW 20% 2,0 0,4SAW 55% 6,66 3,66

GMAW 32% 3,2 1FCAW­GS 32% 2,95 0,94FCAW­SS 32% 5,57 1,78

FCAW­SS   TS = 2,8 / 1,78 = 1,57h/m = 1h 34min/m

B  Por Kg

TS por kg = TS por metro / PMD

SMAW   TS = 7 / 2,8 = 2,5 = 2h 30min/kg

SAW   TS = 0,76 / 2,8 = 0,27h/kg = 16min/kg

GMAW   TS = 2,8 / 2,8h = 1h/kg

FCAW­GS   TS = 2,98 / 2,8 = 1,06h/kg = 1h 4min/kg

FCAW­SS   TS = 1,57 / 2,8 = 0,56h/kg = 33min/kg7º Passo: Custo da mão de obra

A  Por kg

CMO = VMO / (TD * FO)

SMAW   CMO = 14,67 / 0,4 = R$ 36,67/kg

SAW   CMO = 14,67 / 3,66 = R$ 4,00/kg

GMAW   CMO = 14,67 / 1 =  R$ 14,67/kg

FCAW­GS   CMO = 14,67 / 0,94 = R$ 13,79/kg

FCAW­SS   CMO = 14,67 / 1,78 = R$ 26,11/kg

B  Por metro

CMO = VMO * TS 

SMAW   CMO = 14,67 * 7 = R$ 102,69/m

SAW   CMO = 14,67 * 0,76 = R$ 11,15/m

GMAW   CMO = 14,67 * 2,8 =  R$ 41,07/m

FCAW­GS   CMO = 14,67 * 2,98 = R$ 43,72/m

FCAW­SS   CMO = 14,67 * 1,57 = R$ 23,03/m

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8º Passo: Custo da energia elétrica 

CEE = 1,73 * E * I * TS * W / 1000 * EF 

A  Por metro

SMAW   CEE =  1,73 * 24* 200 * 7 * 0,16 / 1000 * 0,5 = R$ 18,60/m

SAW   CEE =  1,73 * 30 * 600 * 0,76 * 0,16 / 1000 * 0,8 = R$ 4,73/m

GMAW   CEE =  1,73 * 30 * 300 * 2,8 * 0,16 / 1000 * 0,8 =  R$ 8,72/m

FCAW­GS   CEE =  1,73 * 25 * 200 * 2,98 * 0,16 / 1000 * 0,8 = R$ 5,15/m

FCAW­SS   CEE =    1,73 * 22 * 250 * 1,57 * 0,16 / 1000 * 0,8 = R$ 2,30/m

B  Por kg

SMAW   CEE =  1,73 * 24* 200 * 2,5 * 0,16 / 1000 * 0,5 = R$ 6,64/kg

SAW   CEE =  1,73 * 30 * 600 * 0,27 * 0,16 / 1000 * 0,8 = R$ 1,68/kg

GMAW   CEE =  1,73 * 30 * 300 * 1 * 0,16 / 1000 * 0,8 =  R$ 1,84/kg

FCAW­GS   CEE =  1,73 * 25 * 200 * 1,06 * 0,16 / 1000 * 0,8 = R$ 5,15/kg

FCAW­SS   CEE =    1,73 * 22 * 250 * 0,56 * 0,16 / 1000 * 0,8 = R$ 1,06/kg

9º Passo: Depreciação do equipamento

A  Depreciação média por mês

DM = 0,1 * VE / 12

SAW  DM = 0,1 * 36000 / 12 = R$ 300,00

SMAW, GMAW, FCAW­GS e SS  DM = 0,1 * 8000 / 12 = R$ 66,67

B  Depreciação por metro de solda

DE = DM/PM sendo PM = NHT * PMD/TS10

NHT = 8h serviço * 22 dias mês = 176h/mês

SMAW  PM = 176 * 2,8 / 7 = 3,45m/mês  DE = 300 / 3,45 = R$ 86,96/m

SAW  PM = 176 * 2,8 / 0,76 = 374,53m/mês  DE = 66,67 / 374,53 = R$ 0,18/m

GMAW  PM = 176 * 2,8 / 2,8 = 176m/mês  DE = 66,67 / 176 = R$ 0,38/m

FCAW­GS  PM = 176 * 2,8 / 2,98 = 175,37m/mês  DE= 66,67 / 175,37 = R$ 0,38/m

FCAW­SS  PM = 176 * 2,8 / 1,57 = 313,88m/mês  DE = 66,67 / 313,88 = R$ 0,21/m

C  Depreciação por kq de solda

SMAW  PM = 176 * 2,8 / 2,5 = 197,12kg/mês  DE = 300 / 197,12 = R$ 1,52/kg

SAW  PM = 176 * 2,8 / 0,27 = 1825,2kg/mês  DE = 66,67 / 1825,2 = R$ 0,04/kg

GMAW  PM = 176 * 2,8 / 1 = 492,8kg/mês  DE = 66,67 / 492,8 = R$ 0,13/kg

FCAW­GS  PM = 176 * 2,8 / 1,06 = 465kg/mês  DE= 66,67 / 465 = R$ 0,14/kg

FCAW­SS  PM = 176 * 2,8 / 0,56 = 880kg/mês  DE = 66,67 / 880 = R$ 0,08/kg

10º Passo: Custo de manutenção mensal

CM = DMM / PM

A  Por metro

SMAW  CM = 500 / 3,45 = R$ 144,92/m

SAW  CM = 500 / 374,53 = R$ 1,33/m

GMAW  CM = 500 / 176 = R$ 2,84/m

FCAW­GS  CM = 500 / 175,37 = R$ 2,85m

FCAW­SS  PM = 500 / 313,88 = R$ 1,59/m

B  Por kg11

SMAW  CM = 500 / 197,12 = R$ 2,53/kg

SAW  CM = 500 / 1825,2 = R$ 0,27/kg

GMAW  CM = 500 / 492,8 = R$ 1,01/kg

FCAW­GS  CM = 500 / 465 = R$ 1,07/kg

FCAW­SS  CM = 500 / 880 = R$ 0,57/kg

11º Passo: Custo total da soldagem

TOTAL = CMD + CMO + CEE + DE + CM

A  Por metro

SMAW    TOTAL = 12,60 + 102,69 + 18,60 + 86,96 + 144,92 = R$ 365,77/m

SAW   TOTAL = 28,30 + 11,15 + 4,73 + 0,18 + 1,33 = R$ 45,69/m

GMAW    TOTAL = 19,74 + 41,07 + 8,72 + 0,38 + 2,84 = R$ 72,75/m

FCAW­GS TOTAL = 35,28 + 43,72 +  5,15 + 0,38 + 2,85 = R$ 87,38/m

FCAW­SS TOTAL = 51,55 + 23,03 + 2,30 + 0,21 + 1,59 = R$ 78,68/m

B  Por kg

SMAW    TOTAL = 12,60 + 36,67 + 6,64 + 1,52 + 2,53 = R$ 59,96/kg

SAW   TOTAL = 28,30 + 4,00 + 1,68 + 0,04+ 0,27 = R$ 34,29/kg

GMAW    TOTAL = 19,74 + 14,67+ 1,84 + 0,13 + 1,01 = R$ 37,39/kg

FCAW­GS TOTAL = 35,28 + 13,79 + 0,14 + 0,38 + 1,07 = R$ 50,66/kg

FCAW­SS TOTAL = 51,55 + 26,11 + 1,06 + 0,08 + 0,57 = R$ 79,37/kg

12º Passo: Numero de passes

NP = PMD / PP sendo PP = TD / 0,6 * VS12

SMAW    PP = 2 / 0.6 * 20 = 0,16kg/cm  NP = 2,8 / 0,16 = 18 Passes

SAW       PP = 6,66 / 0,6 * 50 = 0,22kg/cm  NP = 2,8 / 0,22 = 13 Passes

GMAW    PP = 3,32 / 0,6 * 40 = 0,14kg/cm  NP = 2,8 / 0,14 = 20 Passes

FCAW­GS  PP = 2,95 / 0,6 * 40 = 0,13kg/cm  NP = 2,8 / 0,13 = 22 Passes

FCAW­SS   PP = 5,57 / 0,6 * 40 = 0,23kg/cm  NP = 2,8 / 0,23 = 12 Passes

CONCLUSÃO

Este caso prático pode gerar um padrão para a obtenção de um orçamento mais preciso   dos   custos   que   envolvem   a   soldagem,   item   este   que   é   a   causa   de   muitos prejuízos   na   indústria   devido   a   falta   de   métodos   para   se   estudar   o   valor   total   do equipamento a ser fabricado e repassar com o mínimo de erros possíveis ao comprador, obtendo assim a margem esperada de lucro. também mostrou algumas diferenças entre os processos que devem ser levados em conta principalmente em termos de economia e eficiência, ressaltando dentre os processos o arco submerso (saw) que se mostrou para este   tipo   de   junta   o   mais   indicado   pela   sua   eficácia   e   menor   custo,   justificando   o investimento necessário para se ter uma máquina dessas, mesmo que não haja uma alta demanda de soldagem de grandes espessuras.

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