esab apostila soldagem de tubulacoes
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ÍNDICE
INTRODUÇÃO .......................................................................................... 1
FABRICAÇÃO DE DUTOS TERRESTRES....................................................... 3
FABRICAÇÃO DE DUTOS SUBMARINOS ...................................................... 13
TUBOS API 5L ...................................................................................... 26
QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS DE SOLDAGEM................................. 33
SOLDAGEM ........................................................................................... 55
ELETRODOS CELULÓSICOS OK PIPEWELD® ............................................ 65
ELETRODOS BÁSICOS OK...................................................................... 80
TÉCNICAS DE SOLDAGEM E PRÁTICAS OPERACIONAIS.............................. 88
DEFEITOS: CAUSAS E SOLUÇÕES ......................................................... 134
SOLDAGEM AUTOMÁTICA DE TUBULAÇÕES ............................................ 142
BIBLIOGRAFIA ..................................................................................... 158
Elaborado, traduzido (parte) e adaptado por Cleber Fortes – Eng. Metalúrgico, MSc. – Assistência Técnica Consumíveis José Roberto Domingues – Eng. Metalurgista – Gerência Técnica Consumíveis – ESAB – BR
Última revisão em 31 de agosto de 2004
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Introdução
Diariamente, incontáveis quilômetros de tubulações de aço são construídos no mundo para os mais variados usos industriais e civis.
As tubulações formam verdadeiras redes, comparáveis a sistemas de rodovias que, embora não tão óbvio, são definitivamente muito mais intrincadas e transportam fluidos que se tornaram essenciais para nós.
Para atender às especificações técnicas e satisfazer aos requisitos de segurança necessários, foram desenvolvidos nos últimos anos materiais e processos de soldagem especiais que evoluíram com o segmento.
O principal processo de soldagem utilizado na instalação de tubulações é a soldagem manual com eletrodo revestido que, graças a sua facilidade e versatilidade, é ainda o mais usado.
Contudo, para reduzir custos e aumentar a produtividade, particularmente em longos percursos, várias empreiteiras adotaram processos de soldagem semi-automáticos ou totalmente automáticos com arames tubulares com alma metálica ou não metálica e arames sólidos. Os arames tubulares podem ser com proteção gasosa ou autoprotegidos.
Esse trabalho descreve ambos os métodos. Foi dedicado, em particular, um amplo espaço para a soldagem manual, com referência especial às práticas operacionais e à avaliação da qualidade, devido ao seu considerável uso ainda hoje, porém sem desprezar os métodos mais modernos e produtivos que serão cada vez mais utilizados no futuro.
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
A premissa deste trabalho é satisfazer às necessidades da maioria dos profissionais que trabalham na área de soldagem, mas, particularmente, fornecer aos usuários informações úteis e uma sólida base operacional, relativamente aos processos, materiais de adição e equipamentos de soldagem.
No intuito de um maior esclarecimento quanto à instalação de dutos, discute-se sua montagem, apresentam-se os tipos de tubos, as normas utilizadas e em especial os processos de soldagem empregados, dando-se ênfase à soldagem de dutos para transporte de óleo e gás e considerando-se também a soldagem de tubulações de elevada resistência (API 5L X-80).
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Capítulo 1
Fabricação de dutos terrestres
No processo de instalação de dutos terrestres são várias as eta-pas envolvidas, destacando-se as seguintes:
Faixa de domínio
Corresponde ao local de abertura da vala e implantação da tubulação. A abertura desta faixa deve levar em consideração o menor impacto possível ao meio ambiente, devendo a diretriz da vala localizar-se em uma de suas laterais, de forma a possibilitar espaços para futuras instalações. Normalmente a faixa apresenta uma largura de 20 m, podendo ser de 15 m em áreas de reserva ambiental. Cursos d’água devem ser mantidos e canalizados, caso necessário.
Traçado da diretriz da vala
A diretriz definida pelo projeto deve ser marcada ao longo da faixa de domínio, que deve ser devidamente identificada.
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Abertura da vala
A largura da vala deve ser compatível com o diâmetro do duto, de modo que o abaixamento não cause danos ao revestimento, sendo normalmente empregada uma folga de meio diâmetro da tubulação. A profundidade da vala varia conforme a classe de locação e tipo de terreno, devendo a terra escavada ser lançada sempre de um mesmo lado, próximo à vala, e do lado oposto de onde os tubos serão desfilados. É importante salientar que, no fundo da vala, não pode haver material duro que cause danos ao revestimento das tubulações (veja a Figura 1).
Figura 1 - Abertura da vala
Transporte e distribuição dos tubos
Durante o processo de montagem, os tubos são transportados, com material macio entre eles (sacos de areia ou palha de arroz) e distribuídos ao longo da faixa de domínio, sendo movimentados com
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
cintas próprias, de modo a não danificar o revestimento (veja a Figura 2). A distribuição dos tubos é feita ao longo da vala, do lado oposto ao solo escavado, sendo os tubos apoiados sobre sacos de solo selecionado ou de palha de arroz (veja a Figura 3). Tubos e curvas concretadas devem ser identificados com a localização dos pontos onde serão instalados.
Figura 2 - Transporte dos tubos
Figura 3 - Distribuição dos tubos (desfile)
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Curvamento
De forma a atender à demanda da geografia do local onde será instalada a tubulação, os tubos são curvados, em uma máquina própria, denominada curvadeira (veja a Figura 4 e a Figura 5). Para tal deve-se inicialmente qualificar um procedimento de curvamento.
Figura 4 - Curvamento de tubos
Figura 5 - Curvadeira
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Concretagem de tubos e curvas
Nos cruzamentos, travessias de rios, brejos e áreas sujeitas a alagamento, os tubos e curvas são concretados de forma a dar-lhes maior proteção e peso (veja a Figura 6). A espessura do concreto é calculada pelo pessoal de projeto em função do diâmetro do tubo, e normalmente varia entre 25 mm e 75 mm. Antes de ser concretado, o revestimento deve ser inspecionado e reparado, se for necessário.
Figura 6 - Concretagem de tubos
Montagem
Montagem e soldagem de dutos são termos que se confundem, já que andam juntos, sendo a soldagem uma atividade posterior à montagem. A montagem se caracteriza normalmente pelo acoplamento entre um tubo e uma coluna e a soldagem do primeiro passe, seja totalmente (no caso de acopladores internos), ou metade da junta (para o caso de acopladores externos) — veja a Figura 7. Antes da mon
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tagem, é necessário re-inspecionar o estado dos biséis e da superfície descoberta, de modo a se detectar e eliminar defeitos que possam existir.
Figura 7 - Montagem de dutos
Soldagem
A soldagem das juntas segue um procedimento de soldagem previamente aprovado e é realizada por soldadores qualificados (veja a Figura 8). Este tema será tratado com maiores detalhes num item específico.
Inspeção das soldas
Após a soldagem, as juntas são inspecionadas quanto à presença de descontinuidades, tendo com critério de aprovação requisitos de normas definidos em projeto.
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 8 - Soldagem de dutos
Revestimento de juntas de campo
Todas as juntas de campo, depois de soldadas, inspecionadas e aprovadas, devem ser protegidas pelo revestimento com uma manta de polietileno.
Inspeção do revestimento dos tubos
Antes do abaixamento da coluna, o revestimento dos tubos e curvas não concretados deve ser totalmente inspecionado no campo. Os defeitos detectados devem ser reparados.
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Abaixamento da coluna
A coluna, uma vez aprovada, deve ser abaixada à vala o mais rapidamente possível, de modo a se evitar novos danos no revestimento (veja a Figura 9). Antes do abaixamento, deve haver uma inspeção das condições laterais e de fundo da vala, que não deve conter pontas de pedra que possam danificar o revestimento. A coluna deve ficar totalmente acomodada no fundo da vala, e os espaços vazios devem ser preenchidos por solo selecionado ou areia.
Cruzamentos e travessias
Cruzamento corresponde a trechos em que os dutos cruzam rodovias, ferrovias ou outros trechos secos. Eventualmente, pode ser aéreo.
Travessia refere-se ao cruzamento de trechos alagados, como rios, lagos, mangues e brejos (veja a Figura 10). Eventualmente pode ser aérea.
Tie–ins
Tie-ins são pontos de ligação entre dois conjuntos previamente lançados, podendo ser entre duas colunas ou entre uma coluna e um cruzamento ou travessia. A soldagem de tie-ins é sempre executada dentro da vala e entre dois pontos fixos, sendo, por isso, uma soldagem de maior complicação devido à restrição da junta.
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 10 - Travessia
Outras etapas
ß Proteção e restauração da faixa ß Limpeza da linha e passagem de placa calibradora (pig) ß Teste hidrostático ß Identificação de pontos na faixa ß Proteção catódica ß Revisão do projeto as built ß Condicionamento
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Capítulo 2
Fabricação de dutos submarinos
Os tubos empregados na fabricação de dutos submarinos são revestidos com polietileno ou polipropileno para isolar a água do mar da superfície da tubulação. Existem também dutos totalmente fabricados em polipropileno ou material similar.
Figura 11 - Rede de dutos submarinos
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
O pré-aquecimento e a preparação das extremidades dos tubos para a soldagem ocorre no final dos racks de alimentação, adjacentes à linha de produção. As extremidades dos tubos são pré-aquecidas, se necessário, ou então é removida a umidade da região próxima à solda (veja a Figura 12).
O primeiro tubo é rolado ao longo dos racks de alimentação até a linha de produção e movido até que sua extremidade coincida com a primeira estação de soldagem. O segundo tubo é rolado até a linha de produção, sendo utilizado um dispositivo de alinhamento (acoplador interno ou externo) para ajustar a junta conforme os requisitos da EPS aplicável.
Figura 12 - Preparação
Quando o passe de raiz e o passe quente forem depositados — veja a Figura 13 —, o duto será puxado por um cabo acoplado à extremidade do primeiro tubo, até que a solda se alinhe com a segunda estação de soldagem, onde se iniciam os passes de enchimento, ao mesmo tempo em que o terceiro tubo nos racks é rolado para a linha
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
de produção, recomeçando a atividade de acoplamento.
Figura 13 - Passe de raiz e passe quente
Esse processo continua até que a primeira solda esteja na estação de acabamento, onde é realizada a inspeção visual. Todas as estações intermediárias de enchimento são monitoradas quanto à conformidade com os requisitos da EPS aplicável. O intervalo de tempo entre as atividades de puxar o duto é controlado pelo tempo levado para completar o número requerido de passes de solda na primeira e na última estação de soldagem. O número de estações intermediárias de enchimento é determinado pelo número de passes de solda requeridos para aprontar a junta para o acabamento (veja a Figura 14).
Após a inspeção visual da junta soldada, o duto será puxado até o bunker de radiografia (pode ser também por ultra-som), onde a solda é radiografada e imediatamente avaliada em conformidade com os critérios de aceitação aplicáveis. Eventualmente, podem ser realizados reparos nas estações de soldagem.
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 14 - Estações de soldagem
O duto é então puxado para a estação de revestimento de juntas, onde são executados a preparação de superfície e o revestimento das juntas. Qualquer solda assinalada como carente de reparo passa pelas estações de revestimento sem sofrer qualquer atividade (veja a Figura 15).
Para a realização do revestimento das juntas, a superfície não revestida do duto é aquecida até 100°C utilizando um maçarico a gás. A tinta de fundo é misturada até se atingir uma consistência suave, sendo aplicada numa camada fina e uniforme até a borda do revestimento de fábrica. As áreas de sobreposição do revestimento de fábrica são então aquecidas para remover a umidade. A junta é envolvida com a manta termo-contrátil, garantindo um posicionamento no esquadro e eqüidistante e uma folga suficiente na parte inferior para permitir correta contração. A manta é aquecida em toda a circunferência para se contrair, começando pelo centro e trabalhando primeiro uma extremidade e depois a outra. Um ou dois operadores são utilizados para esta atividade, dependendo do diâmetro do tubo (veja a
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Quando o duto sai do galpão, é acoplado um dispositivo que fica preso a um trator que o puxa à medida que as soldas são executadas. O duto, nesta fase denominado stalk, é rolado nos racks externos após a última solda, assim permanecendo até a chegada do navio (veja a Figura 17).
Figura 17 - Stalks nos racks externos
Quando o stalk estiver completo e sobre os roletes, é movimentado para seu local de estocagem nos racks de estocagem utilizando pelo menos dois guindastes (veja a Figura 18).
Todos os reparos pendentes de soldagem e/ou de revestimento são encerrados nos racks de estocagem (veja a Figura 19).
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Quando o navio atracar, o primeiro stalk a ser bobinado é colocado nos roletes centrais do rack de estocagem e então puxado ao longo da linha até a estação de tie-in e em seguida até a popa do navio (veja a Figura 20). A partir daí, o navio (veja a Figura 21 e a Figura 22) assume a operação de suspender o tubo pela rampa, indo até o carretel, onde o tubo é acoplado por soldagem ou por cabo. O navio começa então a bobinar o duto no carretel (veja a Figura 23, a Figura 24, a Figura 25 e a Figura 26), continuando até que a extremidade do stalk esteja localizada na estação do tie-in, quando é interrompido o bobinamento. O segundo stalk a ser bobinado é içado até os roletes centrais dos racks de estocagem e movido até que sua extremidade esteja na estação do tie-in. A junta é acoplada e são executados a soldagem, os ensaios não destrutivos e o revestimento. O bobinamento recomeça e continua conforme já descrito acima até que seja bobinado o número necessário de stalks no navio.
O navio então zarpa da base para lançar o duto submarino no local designado.
Durante o lançamento do duto no mar, o endireitador / posicionador fica na posição vertical (veja a Figura 27). Nas extremidades de cada duto são soldados flanges que, por sua vez, são acoplados ao PLET (pipeline end terminator) — veja a Figura 28).
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 26 - Duto bobinado no carretel
Figura 27 - Endireitador / posicionador
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Capítulo 3
Tubos API 5L
De uma maneira geral, a norma API 5L especifica a composição química, as propriedades mecânicas e o processo de fabricação dos tubos empregados na montagem de dutos. Em termos de processo de fabricação, os tubos podem ser classificados como soldados e sem costura.
Os tubos soldados apresentam as seguintes variações quanto ao processo de fabricação: ß soldagem por arco submerso - SAW - solda longitudinal ß soldagem por arco submerso - SAW - espiral ß soldagem por resistência elétrica - ERW
A Figura 29, a Figura 30 e a Figura 31 apresentam de forma esquemática os procedimentos de soldagem mencionados acima.
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
A composição química e as propriedades mecânicas dos tubos são apresentadas na Tabela I. As dimensões dos tubos são mostradas na Tabela II.
Especificação API
Grau
Propriedades Mecânicas (N/mm2)
Composição Química
(%) Ceq
(máx.) Limite de
escoamento Limite de
resistência C
(máx.) Mn
(máx.)
5 L A 25 170 310 0,31
5 L - 5 LS A 210 330 0,21 0,90 0,37
5 LX B 240 410 0,27 1,15 0,46
5 LX X 42 290 410 0,28 1,25 0,50
5 LX X 46 320 430 0,28 1,25 0,53
5 LX X 52 360 500 0,28 1,25 0,53
5 LX X 56 390 520 0,26 1,35 e/o (Nb/V/Ti)
0,48
5 LX X 60 410 540 0,26 1,35 e/o (Nb/V/Ti)
0,48
5 LX X 65 450 550 0,26 1,40 e/o (Nb/V/Ti)
0,49
5 LX X 70 480 560 0,23 1,60 0,49
Tabela I - Composição química e propriedades mecânicas de tubos API 5L
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
XX
S - - - 7,5
7,8
9,1
9,7
10,2
11,0
14,0
15,2
- 17,1
19,0
22,0
22,2
- - - - - - - - - - - - -
Sch 160 - - - 4,
8
5,5
6,4
6,4
7,1
8,7
9,5
11,1
- 13,5
15,9
18,2
23,0
28,6
33,3
35,7
40,5
45,2
50,0
- 59,5
- - - - -
Sch 140 - - - - - - - - - - - - - - - 20,6
25,4
28,6
31,8
36,5
39,7
44,5
- 52,4
- - - - -
Sch 120 - - - - - - - - - - - - 11,1
12,7
14,3
18,2
21,4
25,4
27,8
31,0
35,0
38,0
- 46,0
- - - - -
Sch 100 - - - - - - - - - - - - - - - 15,0
18,2
21,4
23,8
26,2
29,4
32,5
- 38,9
- - - - -
Sch 80 2,
4
3,0
3,2
3,7
3,9
4,5
4,8
5,1
5,5
7,0
7,6
8,0
8,6
9,5
11,0
12,7
15,0
17,4
19,0
21,4
23,8
26,2
- 31,0
- - - - -
XS 2,
4
3,0
3,2
3,7
3,9
4,5
4,8
5,1
5,5
7,0
7,6
8,0
8,6
9,5
11,0
12,7
12,7
12,7
12,7
12,7
12,7
12,7
12,7
12,7
12,7
12,7
12,7
12,7
12,7
Sch 60 - - - - - - - - - - - - - - - 10
,3
12,7
14,3
15,0
16,7
19,0
20,6
- 24,6
- - - - -
Sch 40 1,
7
2,2
2,3
2,8
2,9
3,4
3,6
3,7
3,9
5,2
5,5
5,7
6,0
6,6
7,1
8,2
9,3
10,3
11,1
12,7
14,3
15,0
- 17,4
- - - - -
Std 1,
7
2,2
2,3
2,8
2,9
3,4
3,6
3,7
3,9
5,2
5,5
5,7
6,0
6,6
7,1
8,2
9,3
9,5
9,5
9,5
9,5
9,5
9,5
9,5
9,5
9,5
9,5
9,5
9,5
Sch 30 - - - - - - - - - - - - - - 7,
0
7,8
8,4
9,5
9,5
11,1
12,7
- 14,3
- 15,9
- - -
Sch 20 - - - - - - - - - - - - - - - 6,
4
6,4
6,4
7,9
7,9
7,9
9,5
- 9,5
- 12,7
- - -
Sch 10 1,
2
1,6
1,6
2,1
2,1
2,8
2,8
2,8
2,8
3,0
3,0
3,0
3,0
3,4
3,4
3,8
4,2
4,6
6,4
6,4
6,4
6,4
6,4
6,4
- 7,9
- - -
Sch 5 - - - - 1,
6
1,6
1,6
1,6
1,6
2,1
2,1
2,1
2,1
2,8
2,8
2,8
3,4
4,0
- - - - - - - - - - -
ES
PE
SS
UR
A D
A P
AR
ED
E (m
m)
Diâ
met
roex
tern
o(m
m)
10,3
13,7
17,1
21,3
26,7
33,4
42,1
48,3
60,3
73,0
88,9
101,
6
114,
3
141,
3
168,
3
219,
1
273,
0
323,
8
355,
6
406,
4
457,
2
508,
0
558,
8
609,
6
660,
4
762,
0
863,
6
914,
4
1067
Diâ
met
rono
min
al("
)
1 / 8
1 / 4
3 / 8
1 / 2
3 / 4 1 1 ¼
1 ½ 2 2 ½ 3 3 ½ 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 30 34 36 42
Tabela II - Dimensões dos tubos API 5L
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Diâme- Espessura (mm) tro
externo 2,3 2,6 2,9 3,2 3,6 4,0 4,4 5,0 5,6 6,3 7,1 8,0 8,8 10,0 11,0 12,5 14,2 16,0 17,5 20,0 22,2 25,5 28,0 30,0 32,0 36,0 40,0 (mm)
33,7
42,4
48,3
60,3
88,9
114,3
168,3
219,1
273,0
323,9
355,6
406,4
457
508
559
610
660
711
762
813
864
914
1016
1067
1118
1168
1219
1321
1422
1524
1626
Tabela III - Diâmetros externos e espessuras preferenciais (indicadas na região emoldurada da tabela, incluindo a moldura)
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Capítulo 4
Qualificação de procedimentos de soldagem
Para a soldagem de tubulações são necessárias especificações de procedimentos de soldagem (EPS) aprovadas e soldadores qualificados. A norma usualmente empregada neste sentido é a API 1104, que tem como escopo os seguintes pontos: ß soldagem ao arco elétrico e a gás de soldas de topo e filete de
tubos de aço carbono ou baixa liga; ß aplicação: compressão, bombeamento e transmissão de petróleo
cru, produtos petrolíferos, gases combustíveis, dióxido de carbo-no e nitrogênio.
Uma EPS determina, além da definição dos requisitos e variáveis necessários para sua geração, critérios de aceitação quanto às propriedades mecânicas da junta soldada e à presença de descontinuidades. Em termos de ensaios não destrutivos para avaliação das juntas soldadas, a API 1104 especifica os métodos: ß radiografia ß partículas magnéticas ß líquido penetrante ß ultra-som
É através de uma boa elaboração e uso da EPS que se garantem as propriedades mecânicas e a reprodutibilidade desejada para a junta soldada durante a execução de todas as soldas necessárias. As informações necessárias à elaboração de uma EPS conforme a API 1104 resumem-se às seguintes variáveis:
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
ß processo de soldagem; ß classificação dos tubos e consumíveis de soldagem; ß diâmetro e espessura da parede dos tubos; ß geometria da junta; ß dimensão, classificação do consumível de soldagem, número e
seqüência de cordões; ß características elétricas; ß característica da chama (quando for necessário); ß posição da soldagem (tubo fixo ou girando); ß progressão da soldagem; ß tempo entre passes; ß tipo e remoção do acoplador ß limpeza e esmerilhamento; ß gás de proteção e vazão; ß velocidade de soldagem; ß temperatura de pré-aquecimento; ß tratamento térmico pós-soldagem.
No caso de haver alterações de variáveis consideradas essenciais por essa norma, torna-se necessária a elaboração de uma nova EPS. As variáveis consideradas essenciais pela API 1104 são as seguintes: ß processo de soldagem; ß classificação dos tubos e consumíveis de soldagem; ß geometria da junta; ß posição e progressão de soldagem; ß características elétricas; ß tempo entre passes; ß gás de proteção e vazão; ß velocidade de soldagem; ß temperatura de pré-aquecimento; ß tratamento térmico pós-soldagem.
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Nomenclatura
Ângulo de posicionamento do eletrodo
Neste manual, é aplicado o padrão oficial da AWS para definir os ângulos de posicionamento dos eletrodos (acrescenta-se também a nomenclatura da EN).
Dois ângulos são indicados: o do sentido de soldagem e o ângulo de ataque.
O sentido de soldagem é designado empurrando quando o eletrodo aponta para a trajetória seguida.
O sentido de soldagem é designado puxando quando o eletrodo aponta na direção oposta à trajetória seguida.
O ângulo de ataque é dado em relação ao plano de referência ou plano de ataque.
A Figura 32, a Figura 33, a Figura 34 e a Figura 35 ilustram o padrão de definição dos ângulos. Tomando um relógio como referência, um minuto corresponde a 6°.
Figura 32 - Ângulos de posicionamento do eletrodo - junta de topo
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 33 - Ângulos de posicionamento do eletrodo - junta em ângulo
Figura 34 - Ângulos de posicionamento do eletrodo - tubo
Figura 35 - Ângulos de posicionamento do eletrodo
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Detalhes da junta
Figura 36 - Junta de topo
1. Abertura da raiz: separação entre as faces a serem soldadas na raiz da junta
2. Nariz: superfície de preparação da junta perpendicular à superfície da peça
3. Superfície do bisel: superfície oblíqua à preparação da junta 4. Ângulo do bisel: ângulo entre a superfície biselada e um plano
perpendicular à peça 5. Ângulo do chanfro: ângulo total entre as duas superfícies bisela
das 6. Largura da junta: largura efetiva da junta (distância entre os biséis
acrescida da sobreposição com o metal de base) 7. Espessura da peça
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 37 - Junta em ângulo
1. Espessura da garganta: distância entre o cordão da raiz e a superfície medida na bissetriz do ângulo
2. Perna: distância entre o cordão da raiz e o vértice da junta 3. Raiz da junta: ponto no qual a base do cordão intercepta a super
fície do metal de base 4. Face da junta: ponto de junção entre a superfície do cordão e a
superfície do metal de base 5. Superfície da junta: superfície externa do cordão 6. Profundidade de penetração: profundidade atingida pela poça de
fusão a partir da superfície do metal de base 7. Largura da junta: distância entre as faces da junta
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Tipos de junta
Muitas outras variações são possíveis
Figura 38 - Tipos de junta
Posições ASME / EN
Figura 39 - Posições de soldagem - junta de topo
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 40 - Posições de soldagem - junta em ângulo
Figura 41 - Posições de soldagem - tubo
Preparação e ponteamento na progressão descendente
O escopo desse item é sugerir um procedimento de preparação e ponteamento para a fabricação de uma junta padrão em seções de tubos de aço carbono, para o desenvolvimento de procedimentos de soldagem ou treinamento de soldadores. É importante observar que algumas normas de qualificação de procedimentos de soldagem exi
40
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
gem que os testes sejam feitos em juntas soldadas entre tubos com seu comprimento original, a menos que seja acordado de outra maneira entre as partes interessadas.
Veja na Figura 42 a nomenclatura e as dimensões do chanfro padrão para a soldagem de juntas de topo em tubulações na progressão descendente.
Eliminar os resíduos causados pela operação de lixamento
Figura 42 - Chanfro padrão para juntas de topo na progressão descendente
41
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Parâmetros de soldagem para ponteamento ß Eletrodo OK 22.45P ≤ 2,5 mm, corrente 70 - 100 A; ou ß Eletrodo OK 22.45P ≤ 3,2 mm, corrente 100 - 120 A
Atividades
Ponha uma das seções de tubo no piso com a parte biselada virada para cima (veja a Figura 43).
Figura 43 - Posicionamento dos tubos para o ponteamento
Coloque um arame espaçador de diâmetro 1,6 mm na face biselada e ponha a segunda seção de tubo sobre o arame espaçador com a face biselada virada para baixo. Alinhe as duas peças para obter o alinhamento desejado.
Em conformidade com a norma API, o desalinhamento não deve exceder 1,6 mm (veja a Figura 44).
Nessa etapa, inicie o ponteamento, depositando cordões de comprimento 12 a 22 mm (veja a Figura 45).
O ponto de solda deve penetrar na raiz cerca de 1,6 mm, fundindo o nariz em ambas as peças.
Reposicione o arame espaçador e deposite o segundo ponto de solda (veja a Figura 46).
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 44 - Padrão de alinhamento
Figura 45 - Ponteamento - primeiro ponto
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 46 - Ponteamento - segundo ponto
Remova o arame espaçador. Se a abertura da raiz for irregular, faça um terceiro ponto de solda onde a abertura for maior, de tal modo que a contração de solda diminua a abertura. Se a abertura da raiz for muito grande e não permitir o terceiro ponto de solda, comprima o conjunto do lado mais aberto para corrigir a abertura (veja a Figura 47).
Esmerilhe a superfície externa dos pontos de tal modo que a sua espessura fique aproximadamente com 1,6 mm, para facilitar o início do primeiro cordão (veja Figura 48).
Para obter uma solda de qualidade, é necessária uma preparação correta da junta e um ponteamento de precisão. Pontos defeituosos causarão defeitos na soldagem.
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 48 - Adoçamento dos pontos
Juntas na 5G / PG
Esse tipo de junta e posição é comumente empregada para soldar tubulações de aço de diâmetros médios ou grandes, de 8" (219,1 mm) e maiores.
Parâmetros de soldagem ß Eletrodo OK 22.45P ≤ 4,0 mm, CC-, corrente 120 - 160 A (raiz) ß Eletrodo OK 22.46P* ≤ 4,0 mm, CC+, corrente 150 - 160 A (pas
se quente) ß Eletrodo OK 22.46P* ≤ 5,0 mm, CC+, corrente 120 - 160 A (en
chimento e acabamento) ß Esses eletrodos podem ser substituídos pelo OK 22.85P,
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
OK 22.47P ou outro eletrodo mais resistente, dependendo do tipo de metal de base a ser soldado.
ß É importante que o gerador tenha uma tensão de circuito aberto mínima de 70 V.
Após ter executado a preparação e o ponteamento conforme descrito no item anterior, use dispositivos de fixação para prender a peça na posição horizontal com os pontos localizados nas posições 3, 6, 9 e 12 horas. É recomendado colocar o ponto com a menor abertura de raiz na posição 12 horas para a soldagem na progressão descendente (veja a Figura 49).
Figura 49 - Fixação do tubo no dispositivo
As técnicas de soldagem subseqüentes estão descritas no item Soldagem de dutos na progressão descendente com eletrodos celulósicos OK Pipeweld® do Capítulo 8 na página 89.
Preparação e ponteamento na progressão ascendente com a técnica mista eletrodos celulósicos / básicos
O escopo deste item é informar os procedimentos de preparação e ponteamento corretos para uma junta padrão em seções de tubo com diâmetro 8” (219,1 mm). A junta é preparada fazendo-se um bisel como indicado na Figura 50.
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Remova os resíduos causados pela atividade de lixamento.
Figura 50 - Chanfro padrão para juntas de topo na progressão ascendente
Parâmetros de soldagem para o ponteamento ß Eletrodo OK 22.45P ≤ 3,2 mm, CC-, Corrente 85 - 110 A
Se a fonte não possuir indicador de corrente, esta pode ser ajustada empiricamente procedendo-se da seguinte maneira: coloque uma tira de aço carbono de 6 mm de espessura na posição horizontal, abra o arco e deposite um cordão retilíneo, simétrico, com ondulação regular e espessura de 1,6 mm. Se o cordão for desnivelado e fortemente convexo, a corrente deve ser aumentada. Se o cordão for
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
achatado e apresentar respingo excessivo, a corrente deve ser reduzida (veja a Figura 51).
Figura 51 - Ajuste da corrente pelo aspecto do cordão de solda
Atividades
Faça a montagem conforme ilustrado na Figura 52. Coloque um arame espaçador de diâmetro 3,2 mm.
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 52 - Posicionamento dos tubos para o ponteamento
Alinhe as duas seções de forma a conseguir a preparação desejada da junta. Em conformidade com o Código ASME, o desalinhamento não deve exceder 1,6 mm (veja a Figura 53).
Figura 53 - Padrão de alinhamento
Nessa etapa se inicia a atividade de ponteamento, depositandose um cordão de comprimento de 12 mm a 20 mm (veja a Figura 54).
O ponto deve penetrar na raiz de tal modo a formar um cordão com reforço de 1,6 mm no lado interno do tubo, sendo que o nariz deve ser fundido em ambas as peças. Então reposicione o arame espaçador e deposite o segundo ponto (veja a Figura 55).
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 54 - Ponteamento - primeiro ponto
Remova o arame espaçador. Se a abertura da raiz ficar maior em um dos lados, solde um terceiro ponto onde a abertura da raiz for maior, de tal modo que a contração de solda compense a diferença. Porém, se a abertura da raiz neste ponto for tão grande que não permita a soldagem do terceiro ponto, primeiro corrija a abertura da raiz comprimindo o lado mais aberto. Faça o terceiro e o quarto pontos espaçados de 90° em relação ao primeiro e segundo pontos (veja a Figura 56).
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 55 - Ponteamento - segundo ponto
Para obter uma solda de boa qualidade, é necessária uma preparação correta da junta e também pontos de solda aplicados com precisão. Pontos defeituosos causarão defeitos na solda final.
Juntas na 5G / PF
Esses tipos de junta e posição são utilizados na soldagem de curvas, flanges e peças forjadas em todos os diâmetros. O seguinte exemplo contempla a soldagem de tubos de diâmetro 8” (219,1 mm).
Parâmetros de soldagem (*) ß Eletrodo OK 22.45P ≤ 3,2 mm, CC-, corrente 85 - 110 A, passe
de raiz. ß Eletrodo OK 48.04 / OK 55.00 ≤ 2,5 mm / 3,2 mm, CC+, corrente
85 - 110 A, enchimento. ß Eletrodo OK 48.04 / OK 55.00 ≤ 3,2 mm, CC+, corrente
110 - 140 A, acabamento. ß A fonte deve ter uma tensão de circuito aberto de 70 V. ß (*) Para o processo com a técnica mista eletrodo celulósico / bá
sico.
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 56 - Correção da abertura e ponteamento - terceiro e quarto pontos
Atividades
Após ter executado a preparação e o ponteamento conforme descrito anteriormente, use dispositivos de fixação para prender a peça na posição horizontal com os pontos nas posições 2, 5, 8 e 11 horas. O ponto com a menor abertura da raiz deve estar na posição 5 horas (veja a Figura 57).
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 57 - Fixação do tubo no dispositivo
As técnicas de soldagem subseqüentes estão descritas no item Soldagem de dutos na progressão ascendente com a técnica mista eletrodos celulósicos/básicos do Capítulo 8 na página 106.
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Capítulo 5
Soldagem
São vários os processos de soldagem e consumíveis desenvolvidos de forma a possibilitar a soldagem de tubulações. Entre os processos de soldagem mais empregados, destacam-se os seguintes: ß Eletrodos Revestidos (SMAW) ß Arames sólidos e arames tubulares com alma metálica (GMAW /
PGMAW - semi-automático / automático pulsado) ß Arames tubulares com alma não metálica com gás de proteção e
autoprotegidos (FCAW - semi-automático) ß Arco submerso (SAW) ß TIG (GTAW)
A garantia do êxito de uma tubulação, principalmente em termos de segurança, independentemente do processo de soldagem empregado, começa pelo projeto da junta, que é guiado por códigos e nor-mas nacionais ou internacionais. Dentre as entidades normalizadoras mais atuantes no segmento de tubulações podem-se mencionar a British Standard, ASME, PETROBRAS, DNV, e API (American Petroleum Institute). Destas as mais largamente empregadas são a API 5L (Specification for Line Pipe) e API 1104 (Welding of Pipelines and Related Facilities).
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
O processo manual por eletrodo revestido
Figura 58 - O processo manual por eletrodo revestido
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
O principal processo de soldagem usado na soldagem de tubulações é a soldagem manual com eletrodos revestidos. Existem muitas razões para esta escolha. A primeira é bem óbvia: o eletrodo revestido foi o primeiro consumível inventado para a soldagem ao arco elétrico.
Contudo, ainda nos dias atuais, quando materiais mais sofisticados e técnicas mais produtivas e mais econômicas estão à disposição dos usuários, a soldagem manual com eletrodos revestidos permanece como um processo favorável para a soldagem de tubulações. Sua facilidade de uso, capacidade de atingir posições de difícil acesso, a simplicidade dos geradores necessários (ou o fato de poderem ser aplicados com moto-geradores; redes elétricas nem sempre estão disponíveis nos locais das obras), o fato de que os gases de proteção, necessários à soldagem com arames tubulares ou arames sólidos, não são requeridos, todos esses e ainda outros são motivos para a escolha dos eletrodos revestidos.
Alguns tipos de eletrodos celulósicos e básicos foram desenvolvidos especialmente para atender aos requisitos do grau do aço usado na fabricação da tubulação e às especificações de segurança estabelecidas pelas normas de tubulações, mas também para prover aos usuários, isto é, os soldadores, produtos versáteis criados para uma aplicação específica.
Eletrodos celulósicos
A primeira tubulação soldada por arco elétrico foi fabricada com eletrodo celulósico desenvolvido em 1929. O grande avanço em velocidade de produção ocorreu em 1933 com a introdução da técnica stove pipe, na qual os eletrodos são soldados na progressão descendente para todos os passes, inclusive o de raiz. Com apenas pequenas mudanças, esta técnica ainda é aplicada atualmente para uma larga faixa de tubulações. Várias são as características dos eletrodos
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
celulósicos que os tornam ideais para este propósito. O elevado teor de celulose nos eletrodos gera íons de hidrogênio no plasma do arco elétrico, proporcionando boa penetração em todas as posições. O revestimento é formulado de modo que a escória se caracterize por pouco volume e uma rápida velocidade de solidificação, permitindo a soldagem em todas as posições. O seu fino revestimento, combinado com o arco penetrante, possibilita a soldagem com menores aberturas de raiz, requerendo menor quantidade de metal de solda a ser depositado.
Normalmente, para tubos com espessura na faixa de 5 - 25 mm, emprega-se a técnica descendente. Para espessuras maiores, existe um risco maior de fissuração a frio, devido à rápida solidificação da poça de fusão, que dificulta a difusão de hidrogênio do metal de solda. Nesses casos, e em aplicações onde é necessário garantir elevada integridade dos tubos sujeitos a altas tensões estáticas e dinâmicas, a técnica ascendente ou o uso de eletrodo celulósico combinado com eletrodos básicos especialmente desenvolvidos para soldagem na progressão descendente é a preferida.
Para tubos de aços de alta resistência, são maiores os requisitos de resistência à fissuração por hidrogênio e tenacidade do metal de solda. Para tubos da classe API 5L X-80, empregam-se em todos os passes eletrodos celulósicos para a soldagem de tubos com espessuras menores que 9 mm. Para tubos mais espessos, ou API 5L X-100, os eletrodos celulósicos são empregados apenas no passe de raiz, e eletrodos básicos na progressão descendente para os demais passes.
Os eletrodos celulósicos, apesar de serem consumíveis de fácil uso, requerem treinamento e conscientização dos soldadores quanto à técnica de soldagem. A maioria dos defeitos associados a esses consumíveis encontra-se relacionada à seleção dos parâmetros de soldagem e à preparação da junta. A montagem mostra-se também determinante quanto à qualidade da junta soldada. Deve-se evitar que os tubos se movam durante a soldagem do passe de raiz, de forma a
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
impedir a geração de fissuras.
Eletrodos básicos
Quando o aço da tubulação tem uma resistência maior que X70, a necessidade de pré-aquecimento e de pós-aquecimento torna-se mais rigorosa e a escolha de eletrodos básicos passa a trazer vantagens. A razão é, evidentemente, a alta quantidade de hidrogênio no metal de solda de eletrodos celulósicos. O hidrogênio traz um risco maior de fissuração a frio em aços de alta resistência por causa da maior sensibilidade ao encruamento desses aços.
As propriedades dos eletrodos básicos também significam propriedades de impacto muito melhores a baixas temperaturas.
A desvantagem dos eletrodos básicos soldados na progressão ascendente é a baixa corrente que tem que ser aplicada, resultando em baixa produtividade.
Isso pode ser evitado utilizando eletrodos básicos desenvolvidos especialmente para a soldagem de tubulações na progressão descendente. Esses eletrodos contêm pó de ferro no revestimento e, portanto, têm uma produtividade maior que os eletrodos celulósicos, já que eles podem ser soldados com correntes mais altas que as aplicadas aos eletrodos celulósicos.
A produtividade nesse caso chega a ser 25 - 30% maior que para eletrodos celulósicos e 40 - 50% maior que para eletrodos básicos para soldagem na progressão ascendente.
No passe de raiz, a penetração e a força do arco de um eletrodo celulósico tornam-no, no entanto, o consumível mais produtivo, já que com esse eletrodo é possível fechar uma raiz de pequena abertura com uma alta corrente, resultando em uma progressão rápida. Um eletrodo básico pode ser utilizado também na raiz, mas os requisitos de alinhamento terão que ser mais rigorosos por causa da menor for
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
ça do arco.
O melhor procedimento para a soldagem de tubulações de alta resistência é, portanto, usar eletrodos celulósicos para o passe de raiz e eletrodos básicos para progressão descendente para os passes de enchimento e de acabamento. A maior qualidade do metal de solda do eletrodo básico é vantajosa quando uma tubulação é submetida a tensões.
Quando, em seu caminho, uma tubulação enterrada (grandes e médios diâmetros) atravessa rodovias e ferrovias, quando existem maiores tensões estáticas e dinâmicas devido a causas externas, ou quando os tubos de médios e pequenos diâmetros são submetidos a altas temperaturas, altas pressões e a vibrações (plantas de aquecimento, refinarias, etc), é normalmente preferido executar o primeiro passe com um eletrodo celulósico OK Pipeweld® e o enchimento com um eletrodo básico OK.
Com isso, é obtida a penetração completa que somente os eletrodos revestidos OK Pipeweld® podem assegurar e a tenacidade máxima da junta graças aos eletrodos básicos.
Algumas características mecânicas, particularmente a tenacidade e a resistência, foram melhoradas.
O eletrodo revestido básico OK 55.00 pode ser classificado como AWS E7018-1, que significa valores de impacto acima de 27 J a -46°C, graças à pureza de seus componentes e a uma fórmula aperfeiçoada.
Esse eletrodo pode ser usado para soldar aços com altos valores de carbono equivalente e/ou altos limites elásticos graças ao revestimento, que garante valores de hidrogênio difusível abaixo de 5 ml/100 g e conseqüentemente torna praticamente inexistente o risco de trincas a frio, permitindo também uma redução da temperatura de pré-aquecimento requerida para os eletrodos básicos. Adicionalmente a esses aspectos metalúrgicos e de produtividade, que são importantes para os fabricantes, existe uma capacidade melhorada de solda
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
gem. O excelente desempenho no início e reinício dos cordões, a fusão constante e regular e o aspecto fino do cordão de solda em todas as posições de soldagem são características de fundamental importância para o soldador e asseguram uma alta produtividade.
A utilização de eletrodos básicos para a soldagem de gasodutos é mais difundida entre os países europeus, existindo variações no processo em função da disponibilidade de soldadores treinados e da realidade econômica de cada país.
Soldagem semi-automática
Na constante busca por redução de custo e maior produtividade, vários construtores têm optado pelos seguintes processos de soldagem semi-automáticos: ß Arames sólidos (GMAW / PGMAW - semi-automático) ß Arames tubulares com alma metálica (GMAW / PGMAW - semi
automático) ß Arames tubulares com alma não metálica (FCAW - semi
automático)
Arames sólidos
Com o desenvolvimento da soldagem com utilização de CO2 como gás de proteção na antiga União Soviética em 1950, abriu-se o caminho para a soldagem semi-automática de tubulações. O primeiro gasoduto de longa distância soldado por este processo foi nos Estados Unidos em 1961.
O principal motivo pelo qual o processo de soldagem semiautomático com arame sólido não substituiu totalmente o processo
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
com eletrodo revestido está relacionado à maior probabilidade de ocorrência de falta de fusão e colagem nas juntas.
Para o passe de raiz com arame sólido, pode ser necessária a utilização de acopladores internos com cobre-juntas de cobre. A realização do passe de raiz por este processo — com acopladores sem cobre-juntas de cobre — é possível, porém o grau de habilidade e a necessidade de treinamento dos soldadores são maiores. Outra opção encontrada no mercado é a realização do passe de raiz e do passe quente com eletrodos celulósicos e o enchimento e o acabamento com arame sólido pelo processo semi-automático.
O gás de proteção inicialmente utilizado era apenas 100% CO2, mas as melhorias recentes da qualidade das cabines de proteção resultaram na possibilidade de soldagem com misturas de argônio — de menor densidade que o CO2 — e dióxido de carbono, sem risco de perda de proteção gasosa.
Arames tubulares
Apesar das vantagens dos arames tubulares, como elevada taxa de deposição (20% maiores que as obtidas com arames sólidos, podendo ser obtidos valores maiores, dependendo dos parâmetros de soldagem empregados) e menor susceptibilidade à falta de fusão, a porcentagem de participação deste processo é pequena no segmento de tubulações em relação aos demais. No entanto, apesar desta postura conservadora, ao longo dos últimos anos o uso desse processo tem apresentado significativa evolução.
Como mencionado no item anterior, o processo de soldagem semi-automático por arame sólido não substituiu o eletrodo revestido devido, principalmente, ao receio dos construtores quanto à possibilidade de ocorrência de defeitos como a falta de fusão e colagem. Sob o ponto de vista da soldagem com arames tubulares, uma das características marcantes refere-se ao perfil do cordão de solda obtido com
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
este processo. Como ilustrado na Figura 59, em função de o arame tubular trabalhar com uma transferência de metal em finas gotas, distribuídas em uma área maior, resultando numa melhor distribuição de calor e fusão homogênea do metal de base, obtém-se um cordão de solda com um perfil mais circular, o que minimiza a ocorrência da falta de fusão ou colagem. Ao contrário, o arame sólido trabalha com uma transferência centralizada em uma pequena área, resultando em uma concentração de calor num ponto localizado, o que leva a um cordão com boa penetração, mas com um perfil estreito, na forma de um de-do (finger). À medida que se aumenta a intensidade de corrente, maior é a tendência à formação de cordões de solda com esta forma, podendo resultar em uma maior susceptibilidade à ocorrência de falta de fusão. Como resultado, obtém-se na soldagem de tubulações com arames tubulares uma redução no índice de defeitos comparativamente à soldagem realizada com arames sólidos.
Figura 59 - Comparação entre os modos de transferência do arame sólido e do arame tubular
Os arames tubulares se classificam em rutílicos, básicos, metáli
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
cos, autoprotegidos e tubulares para arco submerso.
Os arames tubulares rutílicos, em função da sua elevada produtividade e excelente soldabilidade, vêm sendo empregados combinados com eletrodos revestidos celulósicos, principalmente em reparos e soldagem de tie-ins. Neste último, a raiz e o passe quente são realizados com eletrodos celulósicos na progressão descendente e o arame tubular na progressão ascendente.
A mesma técnica de combinar arames tubulares e eletrodos celulósicos é empregada para os básicos, metálicos e autoprotegidos. Graças as suas características, é possível empregar arames tubulares metálicos na progressão descendente com utilização de corrente contínua pulsada, polaridade negativa, resultando em uma elevada produtividade.
Em locais de difícil acesso, onde a utilização de gás de proteção não se apresenta viável, a utilização de arames tubulares autoprotegidos em combinação com eletrodos celulósicos vem se mostrando como uma boa opção. No entanto, este arame, comparativamente aos arames tubulares com proteção gasosa, apresenta uma menor taxa de deposição e, conseqüentemente, menor produtividade.
Os arames tubulares básicos, por apresentarem uma escória mais fluida e um maior índice de respingos em relação aos demais arames tubulares, têm sua aplicação limitada à posição plana, restringindo-se, portanto, à soldagem com o tubo girando.
É possível também a redução do ângulo do chanfro em juntas soldadas com arames tubulares. Nesse caso, para a realização do passe de raiz, torna-se necessária a utilização de acopladores inter-nos com cobre-juntas de cobre. Para o processo de soldagem combinado com eletrodos revestidos celulósicos, utiliza-se normalmente o chanfro com ângulo 30° + 30°.
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Capítulo 6
Eletrodos celulósicos OK Pipeweld®
Os eletrodos OK Pipeweld® sempre foram uma solução produtiva e segura na soldagem de tubulações (veja a Figura 60 e a Figura 61).
Figura 60 - Soldagem com eletrodos celulósicos OK Pipeweld®
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 61 - Soldagem com eletrodos celulósicos OK Pipeweld®
Características
ß O alto teor de celulose no eletrodo proporciona um arco intenso e uma boa penetração em todas as posições.
ß O alto teor de celulose produz uma escória fina cobrindo o cordão; embora a escória seja facilmente refundida, é recomendável removê-la antes de soldar o próximo cordão.
ß O fino revestimento combinado com o arco penetrante possibilita que seja usada uma abertura menor na raiz, requerendo-se, por
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
tanto, menos material de adição para soldar a junta. ß A alta velocidade de solidificação do metal de solda permite re
almente soldagem em todas as posições.
A Tabela IV apresenta os parâmetros de soldagem mais adequados para a soldagem de eletrodos celulósicos OK Pipeweld® nas progressões ascendente e descendente.
≤≤≤≤(mm)
Posição plana
(A)
Progressão ascendente
(A)
Progressão descendente
(A)
2,5 40 - 70 40 - 60 50 - 90
3,2 70 - 110 60 - 90 70 - 120
4,0 90 - 130 70 - 110 90 - 160
5,0 110 - 160 90 - 130 110 - 190
Tabela IV - Faixas de corrente recomendadas para as diferentes progressões de soldagem
Equipamentos de soldagem
Os equipamentos de solda que podem ser utilizados com os eletrodos OK Pipeweld® necessitam ter uma alta tensão de circuito aberto (CA > 65 V) e boas características dinâmicas. Isso evita a interrupção do arco durante a operação de soldagem. A Figura 62 exibe um modelo de equipamento de solda especial para a soldagem de tubulações com eletrodos revestidos. Dentre outras funções, a fonte fornece energia em corrente contínua (CC) para a soldagem com eletrodos revestidos, principalmente com eletrodos celulósicos. A função ArcForce permite escolher a melhor característica dinâmica do arco elétrico. Esse equipamento possui também a função eletrodo anti
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
stick, que evita que o eletrodo cole no chanfro. Adicionalmente, é fornecida uma compensação automática para flutuações da tensão de alimentação em torno de ±10%.
Figura 62 - Equipamento para a soldagem de tubulações com eletrodos revestidos
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Cuidados e estocagem de eletrodos celulósicos
Eletrodos celulósicos necessitam de uma certa quantidade de umidade, normalmente entre 3% e 7%, para proporcionar um desempenho satisfatório. Ressecar este tipo de eletrodo levará à queima da celulose, que é um material orgânico. Isso pode resultar em desempenho insatisfatório, perda da tensão do arco e porosidade do metal de solda. Eletrodos celulósicos não devem ser ressecados.
Usar embalagens em latas fechadas para transporte em ambientes agressivos
Figura 63 - Estocagem de eletrodos celulósicos OK Pipeweld®
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Eletrodos celulósicos OK Pipeweld®
para tubulações
Tipo do eletrodo OK 22.45P
Classificações ASME SFA 5.1 E6010
AWS A 5.1 E6010
Eficiência de deposição
80%
Propriedades mecânicas
L.R. = 470 - 500 MPa A = 28 - 33%
Ch V @ -29°C 40 - 60 J
Composição química típica do metal de solda depositado (%)
C = 0,09
Si = 0,10 Mn = 0,30
Aplicações
Uso geral em aços comuns; desempenho incomparável na soldagem de oleodutos, gasodutos, minerodutos e outros tipos de tubulações; indicado pra trabalhos fora da posição plana, tais como implementos agrícolas, tanques de veículos, etc. GRANDE PENETRAÇÃO
Corrente de soldagem
CC+
Parâmetros de soldagem
22 - 28 V
≤ 2,5 mm - 60 - 80 A
≤ 3,2 mm - 80 - 140 A
≤ 4,0 mm - 100 - 180 A
≤ 5,0 mm - 120 - 250 A
Tabela V - Características do eletrodo celulósico OK 22.45P
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Tipo do eletrodo OK 22.65P
Classificações ASME SFA 5.1 E6011
AWS A 5.1 E6011
Eficiência de deposição
80%
Propriedades mecânicas
L.R. = 480 - 510 MPa A = 28 - 33% Ch V @ -29°C 35 - 65 J
Composição química típica do metal de solda depositado (%)
C = 0,09 Si = 0,15 Mn = 0,35
Aplicações
Soldagem em CA de aços doces comuns utilizados em estruturas metálicas, tanques, vasos de pressão, veículos, implementos agrícolas, tubulações em geral. GRANDE PENETRAÇÃO
Corrente de soldagem
CC+, CA
Parâmetros de soldagem
23 - 35 V
≤ 2,5 mm - 40 - 75 A
≤ 3,2 mm - 60 - 125 A
≤ 4,0 mm - 80 - 180 A
≤ 5,0 mm - 120 - 230 A
Tabela VI - Características do eletrodo celulósico OK 22.65P
71
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Tipo do eletrodo OK 22.46P
Classificações ASME SFA 5.5 E7010-G
AWS A 5.5 E7010-G
Eficiência de deposição
80%
Propriedades mecânicas
L.R. = 520 - 590 MPa A = 23 - 26%
Composição química típica do metal de solda depositado (%)
C = 0,10 Si = 0,10 Mn = 0,40 Ni = 0,40 Mo = 0,30
Aplicações
Soldagem de grande penetração e alta resistência, em todas as posições, especialmente na progressão descendente; recomendado para soldagem de oleodutos, gasodutos, minerodutos e tubulações API 5L X52 e X56. GRANDE PENETRAÇÃO
Corrente de soldagem
CC+
Parâmetros de soldagem
25 - 30 V
≤ 3,2 mm - 60 - 115 A
≤ 4,0 mm - 90 - 170 A
≤ 5,0 mm - 125 - 230 A
Tabela VII - Características do eletrodo celulósico OK 22.46P
72
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Tipo do eletrodo OK 22.47P
Classificações ASME SFA 5.5 E8010-G
AWS A 5.5 E8010-G
Eficiência de deposição
80%
Propriedades mecânicas
L.R. = 610 - 650 MPa A = 22 - 25%
Composição química típica do metal de solda depositado (%)
C = 0,10 Si = 0,10 Mn = 0,50 Ni = 0,30 Mo = 0,45
Aplicações
Soldagem de grande penetração e altíssima resistência, em todas as posições, especialmente na progressão descendente; recomendado para soldagem de oleodutos, gasodutos, minerodutos e tubulações API 5L X60 a X70. GRANDE PENETRAÇÃO
Corrente de soldagem
CC+
Parâmetros de soldagem
25 - 30 V
≤ 3,2 mm - 65 - 115 A
≤ 4,0 mm - 95 - 165 A
≤ 5,0 mm - 120 - 225 A
Tabela VIII - Características do eletrodo celulósico OK 22.47P
73
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Tipo do eletrodo OK 22.48P
Classificações ASME SFA 5.5 E9010-G
AWS A 5.5 E9010-G
Eficiência de deposição
80%
Propriedades mecânicas
L.R. = 680 - 720 MPa A = 20 - 24%
Composição química típica do metal de solda depositado (%)
C = 0,10 Si = 0,20 Mn = 0,90 Ni = 0,80 Mo = 0,50
Aplicações
Eletrodo com revestimento tipo celulósico para soldagem em corrente contínua em todas as posições, especialmente na progressão descendente. Soldagem de grande penetração e altíssima resistência, recomendado para soldagem de oleodutos, gasodutos, minerodutos e tubulações API 5L X70 a X80.
Corrente de soldagem
CC+
Parâmetros de soldagem
25 - 30 V
≤ 3,2 mm - 65 - 115 A
≤ 4,0 mm - 95 - 165 A
≤ 5,0 mm - 120 - 225 A
Tabela IX - Características do eletrodo celulósico OK 22.48P
74
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Tipo do eletrodo OK 22.85P
Classificações ASME SFA 5.5 E7010-A1
AWS A 5.5 E7010-A1
Eficiência de deposição
80%
Propriedades mecânicas
L.R. = 510 - 560 MPa A = 23 - 25%
Composição química típica do metal de solda depositado (%)
C = 0,07 Si = 0,10 Mn = 0,25 Mo = 0,50
Aplicações
Soldagem de grande penetração e alta resistência, em todas as posições, especialmente na progressão descendente; recomendado para soldagem de oleodutos, gasodutos, minerodutos e tubulações API 5L X52 e X56. GRANDE PENETRAÇÃO
Corrente de soldagem
CC+
Parâmetros de soldagem
25 - 30 V
≤ 3,2 mm - 60 - 120 A
≤ 4,0 mm - 85 - 175 A
≤ 5,0 mm - 120 - 220 A
Tabela X - Características do eletrodo celulósico OK 22.85P
75
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
A gama de consumíveis da ESAB para a soldagem de tubulações foi desenvolvida para combinar com a qualidade dos aços e atender à demanda dos fabricantes de tubulações por consumíveis confiáveis, fáceis de usar e produtivos. Nossos esforços em pesquisa e desenvolvimento no mundo tornaram possíveis não só o atendimento da demanda dos dias atuais como também antever as necessidades do amanhã. Os eletrodos celulósicos da ESAB são aplicados em passes de raiz, enchimento e acabamento em uma gama de aços utilizados na indústria de tubulações e na produção de tubos com costura, como pode ser observado na Tabela XI e na Figura 64.
Escolha do eletrodo ESAB para cada passe
Aço e grau do tubo Raiz Passe quente Enchimento Acabamento
5L A25 • • • •
5L, 5LS, A • • • •
5L, 5LS, B • • • •
5LS, 5LX42 • • • •
5LS, 5LX46 • • • •
5LS, 5LX52 •ø •ø ø ø
5LX56 •ø •ø ø ø
5LX60 •� •� � �
5LX65 •� •� � �
5LX70 •� •� � �
5LX80 � � � �
• = OK 22.45P ø = OK 22.46P � = OK 22.47P � = OK 22.48P
Tabela XI - Eletrodos celulósicos OK Pipeweld® recomendados para cada passe por grau de tubo API
76
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 64 - Configurações de chanfro e aplicações de eletrodos celulósicos OK Pipeweld® na soldagem de tubulações
Figura 65 - Soldagem com eletrodos celulósicos OK Pipeweld®
77
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Kg/
junt
a
- - - - - -
5,61
6,24
7,48
8,73
9,35
9,98
11,2
3
12,4
7
13,0
9
14,9
6
18,7
1
Enc
h.5
mm - - - - - -
5,02
5,58
6,68
7,79
8,34
8,90
10,0
1
11,1
1
11,6
5
13,3
2
16,6
6
2 o
4 m
m - - - - - -
0,24
0,27
0,33
0,38
0,41
0,44
0,50
0,56
0,59
0,67
0,84
19,0
mm
(3/4
")
Pas
se e
≤≤ ≤≤do
ele
trod
o
1 o
4 m
m - - - - - -
0,35
0,39
0,47
0,56
0,60
0,64
0,72
0,80
0,85
0,97
1,21
16
Kg/
junt
a
- - - -
3,06
3,51
3,96
4,40
5,31
6,13
6,65
7,09
8,00
8,89
9,34
10,6
6
13,3
3
Enc
h.5
mm - - - -
2,62
2,99
3,37
3,74
4,51
5,19
5,64
6,01
6,78
7,53
7,90
9,02
11,2
8
2 o
4 m
m - - - -
0,18
0,21
0,24
0,27
0,33
0,38
0,41
0,44
0,50
0,56
0,59
0,67
0,84
16,0
mm
(5/8
")
Pas
se e
≤≤ ≤≤do
ele
trod
o
1 o
4 m
m - - - -
0,26
0,31
0,35
0,39
0,47
0,56
0,60
0,64
0,72
0,80
0,85
0,97
1,21
10
Kg/
junt
a
- - -
1,70
2,00
2,28
2,57
2,86
3,43
4,01
4,31
4,60
5,17
5,75
6,04
6,89
8,61
Enc
h.5
mm - - -
1,31
1,54
1,75
1,97
2,19
2,62
3,06
3,29
3,51
3,93
4,38
4,60
5,25
6,56
2 o
4 m
m - - -
0,16
0,19
0,22
0,25
0,27
0,33
0,39
0,42
0,45
0,51
0,56
0,59
0,67
0,84
12,5
mm
(1/2
")
Pas
se e
≤≤ ≤≤do
ele
trod
o
1 o
4 m
m - - -
0,23
0,27
0,31
0,35
0,40
0,48
0,56
0,60
0,64
0,73
0,81
0,85
0,97
1,21
7
Kg/
junt
a
0,48
0,63
0,80
0,97
1,14
1,30
1,46
1,63
1,96
2,28
2,44
2,61
2,94
3,27
3,35
3,92
4,92
Enc
h.5
mm
0,29
0,37
0,47
0,58
0,68
0,77
0,85
0,95
1,14
1,32
1,41
1,51
1,70
1,89
1,97
2,26
2,83
2 o
4 m
m
0,08
0,11
0,14
0,16
0,19
0,22
0,25
0,28
0,34
0,39
0,42
0,45
0,51
0,57
0,60
0,68
0,86
9,5
mm
(3/8
")
Pas
se e
≤≤ ≤≤do
ele
trod
o
1 o
4 m
m
0,11
0,15
0,19
0,23
0,27
0,31
0,36
0,40
0,48
0,57
0,61
0,65
0,73
0,81
0,86
0,98
1,23
5
Kg/
junt
a
0,24
0,29
0,39
0,49
0,58
0,66
0,74
0,83
0,99
1,15
1,24 - - - - - -
Enc
h.5
mm - -
0,06
0,08
0,11
0,12
0,13
0,14
0,16
0,18
0,20 - - - - - -
2 o
4 m
m
0,13
0,14
0,14
0,17
0,19
0,22
0,25
0,28
0,34
0,40
0,43 - - - - - -
Esp
essu
ra d
a pa
rede
6,3
mm
(1/4
")
Pas
se e
≤≤ ≤≤do
ele
trod
o
1 o
4 m
m
0,11
0,15
0,20
0,24
0,28
0,32
0,36
0,41
0,49
0,57
0,61 - - - - - -
3
mm
152
203
254
305
356
406
457
508
610
711
762
813
914
1016
1067
1219
1524
Diâ
met
rodo tubo
pol
6 8 10 12 14 16 18 20 24 28 30 32 36 40 42 48 60 Núm
ero
típic
ode
cor
dões
Tabela XII - Consumo de eletrodos em tubulações (kg) na progressão descendente
78
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Diâ
met
rodo tubo
Esp
essu
ra d
a pa
rede
9,5
mm
(3/8
")12
,5 m
m (1
/2")
16,0
mm
(5/8
")19
,0 m
m (3
/4")
25,4
mm
(1")
pol
mm
Pas
se e
≤≤ ≤≤do
ele
trod
o P
asse
e ≤≤ ≤≤
do e
letr
odo
Pas
se e
≤≤ ≤≤do
ele
trod
o P
asse
e ≤≤ ≤≤
do e
letr
odo
Pas
se e
≤≤ ≤≤do
ele
trod
o
3,2
mm
1 oE
nch.
4 m
mK
g/ju
nta
3,2
mm
1 oE
nch.
4 m
mK
g/ju
nta
3,2
mm
1 oE
nch.
4 m
mK
g/ju
nta
3,2
mm
1 oE
nch.
4 m
mK
g/ju
nta
3,2
mm
1 oE
nch.
4 m
mK
g/ju
nta
615
20,
230,
610,
840,
231,
051,
28-
--
--
--
--
820
30,
320,
811,
130,
321,
411,
730,
322,
132,
45-
--
--
-
1230
50,
451,
221,
670,
452,
132,
580,
453,
223,
670,
454,
504,
950,
457,
578,
02
1640
60,
631,
632,
260,
632,
773,
400,
634,
445,
070,
635,
946,
570,
6310
,02
10,6
5
2050
80,
772,
042,
810,
773,
494,
260,
775,
316,
080,
777,
448,
210,
7712
,52
13,2
9
2461
00,
902,
453,
350,
904,
225,
120,
906,
447,
340,
908,
989,
880,
9015
,15
16,0
5
2871
11,
092,
813,
901,
094,
905,
991,
097,
488,
571,
0910
,43
11,5
21,
0917
,60
18,6
9
3281
31,
223,
274,
491,
225,
626,
841,
228,
629,
841,
2212
,02
13,2
41,
2220
,18
21,4
0
3691
41,
413,
635,
041,
416,
307,
711,
419,
8011
,21
1,41
13,4
314
,84
1,41
22,6
324
,04
4010
161,
544,
045,
581,
546,
988,
521,
5410
,66
12,2
01,
5414
,88
16,4
21,
5425
,08
26,6
2
4812
191,
864,
906,
761,
868,
3910
,25
1,86
12,8
414
,70
1,86
17,9
219
,78
1,86
30,2
132
,07
6015
24
--
-2,
31
10,5
2 12
,83
2,31
20
,59
22,9
0 2,
31
22,4
1 24
,72
2,31
37
,74
40,0
5
Not
a: p
ara
tubo
s de
diâ
met
ro m
enor
que
152
mm
(6")
, com
esp
essu
ra d
e pa
rede
até
6,4
mm
pod
e se
r ut
iliza
do o
ele
trod
o P
ipew
eld
6010
OK
22.
45P
≤≤ ≤≤2,
5 m
m p
ara
o pr
imei
ro p
asse
.
Pes
o ap
roxi
mad
o do
s el
etro
dos
OK
par
a tu
bula
ções
:≤≤ ≤≤
3,2
mm
28
g
≤≤ ≤≤4,
0 m
m
40 g
≤≤ ≤≤
5,0
mm
62
g
Tabela XIII - Consumo de eletrodos em tubulações (kg) na progressão ascendente
79
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Capítulo 7
Eletrodos básicos OK
Especificação API
Grau Eletrodo sugerido 1o passe
Enchimento progressão ascendente
5L A25 OK 22.45P OK 55.00 5L - 5LS A OK 22.45P OK 55.00 5L - 5LS B OK 22.45P OK 55.00
5LX X42 OK 22.45P OK 55.00 5LX X46 OK 22.45P OK 55.00 5LX X52 OK 22.45P OK 55.00
5LX X56 OK 22.45P OK 55.00 5LX X60 OK 22.45P OK 55.00 5LX X65 OK 22.45P OK 73.45 5LX X70 OK 22.45P OK 73.45
Tabela XIV - Eletrodos OK recomendados para a soldagem mista
80
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Eletrodos básicos OK para aços de média e alta resistência
Tipo do eletrodo OK 48.04
Classificações ASME SFA 5.1 E7018
AWS A 5.1 E7018
Eficiência de deposição
115%
Propriedades mecânicas
L.R. = 530 - 590 MPa A = 27 - 32%
Ch V @ -29°C 90 - 120 J
Composição química típica do metal de solda depositado (%)
C = 0,07
Si = 0,50 Mn = 1,30
Aplicações
Uso geral em soldas de grande responsabilidade, depositando metal de altíssima qualidade; todos os tipos de juntas; alta velocidade e boa economia de trabalho; indicado para estruturas rígidas, vasos de pressão, construções navais, aços fundidos, aços não ligados de composição desconhecida, etc.
Corrente de soldagem
CC+
Parâmetros de soldagem
20 - 30 V
≤ 2,0 mm - 50 - 90 A
≤ 2,5 mm - 65 - 105 A
≤ 3,2 mm - 110 - 150 A
≤ 4,0 mm - 140 - 195 A
≤ 5,0 mm - 185 - 270 A
≤ 6,0 mm - 225 - 355 A
Tabela XV - Características do eletrodo básico OK 48.04
82
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Tipo do eletrodo OK 55.00
Classificações ASME SFA 5.1 E7018-1
AWS A 5.1 E7018-1
Eficiência de deposição
115%
Propriedades mecânicas
L.R. = 560 - 600 MPa A = 29 - 31% Ch V @ -46°C 70 - 90 J
Composição química típica do metal de solda depositado (%)
C = 0,06 Si = 0,50 Mn = 1,45
Aplicações
Eletrodo adequado para soldagem em todas as posições de aço carbono de médio e alto limite de escoamento. O baixo teor de hidrogênio difusível no metal depositado minimiza o risco de trincas. Excelente qualidade radiográfica. Para construção naval, fabricação estrutural, caldeiras, etc. Excelente aspecto do cordão também na progressão ascendente.
Corrente de soldagem
CC+
Parâmetros de soldagem
21 - 32 V
≤ 2,5 mm - 85 - 105 A
≤ 3,2 mm - 100 - 150 A
≤ 4,0 mm - 130 - 200 A
≤ 5,0 mm - 195 - 265 A
≤ 6,0 mm - 220 - 310 A
Tabela XVI - Características do eletrodo básico OK 55.00
83
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Tipo do eletrodo OK 73.45
Classificações ASME SFA 5.5 E8018-G
AWS A 5.5 E8018-G
Eficiência de deposição
115%
Propriedades mecânicas
L.R. = 550 - 610 MPa A = 26 - 30% Ch V @ -46°C XX - XX J
Composição química típica do metal de solda depositado (%)
C = 0,06 Si = 0,40 Mn = 1,10 Ni = 1,65
Aplicações
Soldagem de responsabilidade em aços ASTM A 516 Gr. 70, bem como aços de alta resistência e aços ligados ao Ni para baixas temperaturas. Alta qualidade do metal depositado. Recomendado para soldagem de plataformas de grande espessura e para aços de alta resistência e baixa liga do tipo API 5L X60, X65 e X70.
Corrente de soldagem
CC+
Parâmetros de soldagem
20 - 27 V
≤ 2,5 mm - 90 - 110 A
≤ 3,2 mm - 120 - 145 A
≤ 4,0 mm - 145 - 190 A
≤ 5,0 mm - 185 - 245 A
Tabela XVII - Características do eletrodo básico OK 73.45
84
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Eletrodos básicos OK para progressão descendente1
Tipo do eletrodo Filarc 27P
Classificações ASME SFA 5.5 E8018-G
AWS A 5.5 E8018-G EN 499: E46 5 B 41 H5
Eficiência de deposição
120%
Propriedades mecânicas
L.R. > 550 MPa
L.E. > 460 MPa
A � 25%
Composição química típica do metal de solda depositado (%)
C = 0,06 - 0,09
Si = 0,30 - 0,70 Mn = 1,0 - 1,4
Aplicações
Filarc 27P é especialmente desenvolvido para soldagem na progressão descendente de juntas circunferenciais em tubulações. Adequado para aços API 5L X52 - X70.
Corrente de soldagem
CC+
Parâmetros de soldagem
≤ 2,5 mm - 80 - 100 A
≤ 3,2 mm - 110 - 150 A
≤ 4,0 mm - 180 - 220 A
≤ 5,0 mm - 230 - 270 A
Tabela XVIII - Características do eletrodo básico Filarc 27P
1 Eletrodos importados - necessária consulta prévia 85
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Tipo do eletrodo Filarc 37P
Classificações ASME SFA 5.5 E9018-G
AWS A 5.5 E9018-G EN 499: E55 5 1NiMo B 41 H5
Eficiência de deposição
120%
Propriedades mecânicas
L.R. > 620 MPa L.E. > 550 MPa
A � 24%
Composição química típica do metal de solda depositado (%)
C = 0,06 - 0,09 Si = 0,30 - 0,70
Mn = 1,0 - 1,4 Ni = 0,6 - 1,0 Mo = 0,3 - 0,6
Aplicações
Adequado para soldagem de tubulações de aço de alta resistência como API 5L X75. Desempenho e produtividade similares ao Filarc 27P.
Corrente de soldagem
CC+
Parâmetros de soldagem
≤ 3,2 mm - 110 - 150 A
≤ 4,0 mm - 180 - 220 A
≤ 5,0 mm - 230 - 270 A
Tabela XIX - Características do eletrodo básico Filarc 37P
86
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Tipo do eletrodo Filarc 108M P
Classificações ASME SFA 5.5 E10018-G
AWS A 5.5 E10018-G EN 757: E55 4 Z B 41 H5
Eficiência de deposição
120%
Propriedades mecânicas
L.R. > 690 MPa L.E. > 620 MPa
A � 22%
Composição química típica do metal de solda depositado (%)
C = 0,06 - 0,09 Si = 0,30 - 0,70
Mn = 1,6 - 2,0 Ni = 1,30 - 1,60
Aplicações
Adequado à soldagem de tubulações de aço de alta resistência como API 5L X80. Desempenho e produtividade similares ao Filarc 27P.
Corrente de soldagem
CC+
Parâmetros de soldagem
≤ 3,2 mm - 110 - 150 A
≤ 4,0 mm - 180 - 220 A
≤ 5,0 mm - 230 - 270 A
Tabela XX - Características do eletrodo básico Filarc 108MP
87
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Capítulo 8
Técnicas de soldagem e práticas operacionais
Figura 67 - Soldagem de tubulações com eletrodos revestidos OK
88
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Eletrodos celulósicos, adequados para uso nas progressões ascendente e descendente são normalmente escolhidos para soldar tubos. O mais rápido e, portanto, o mais produtivo método é soldar na progressão descendente com eletrodos celulósicos. Contudo, quando é necessário garantir, em particular, a alta integridade de tubos submetidos a altas tensões estáticas ou dinâmicas (por exemplo, tubos enterrados de médio ou grande diâmetro no cruzamento de rodovias ou ferrovias ou tubos de pequeno ou médio diâmetro sujeitos a vibrações, temperatura, pressão), a técnica de processos combinados, como eletrodos celulósicos e básicos na progressão ascendente, é algumas vezes a preferida. Os itens seguintes ilustram as mais freqüentes práticas operacionais aplicadas na soldagem manual de tubos e as diferentes técnicas adotadas, começando pela preparação e terminando com uma análise completa de defeitos potenciais, suas causas e soluções.
Soldagem de dutos na progressão descendente com eletrodos celulósicos OK Pipeweld®
Juntas na posição 5G
Vá ao item Preparação e ponteamento na progressão descendente do Capítulo 4 na página 40 para informações sobre as atividades anteriores ao passe de raiz.
Solde o cordão de raiz filetado com um eletrodo de ≤ 4,0 mm. A corrente deve ser ajustada para 120 - 160 A.
Inicie com o eletrodo na posição 12 horas, com um ângulo de a
89
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
taque puxando de 10 - 15° e o eletrodo no plano da junta (veja a Figura 68).
Figura 68 - Ângulo de ataque para o passe de raiz
Abra o arco na raiz da junta (nunca na extremidade do ponto em direção à superfície externa do tubo), empurre o eletrodo na junta e avance de modo regular (veja a Figura 69).
Para enxergar melhor a poça de fusão, pode ser necessário variar o ângulo de ataque puxando de 10 - 15° para 0 - 30°. Use a técnica de arrastar, mantendo sempre o eletrodo na base da junta. Forma-se, então, um entalhe no formato de um buraco de fechadura, que acompanha a extremidade do eletrodo em seu movimento (veja a Figura 70).
90
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 69 - Passe de raiz com eletrodo celulósico OK Pipeweld® na progressão descendente
Figura 70 - Entalhe buraco de fechadura
91
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Se furar a raiz, oscilar levemente o eletrodo de um lado para o outro, como é mostrado na Figura 71.
Figura 71 - Oscilação do eletrodo
Se for necessário interromper o arco antes que o passe seja terminado, a ponta do eletrodo deve ser rapidamente movida para baixo (veja a Figura 72).
Figura 72 - Interrupção do arco
92
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Isso evita a inclusão de escória na poça de fusão. Remova a escória da cratera e dos últimos 50 mm do cordão de solda. O reinício deve ser feito começando no metal de solda a aproximadamente 12 mm antes da cratera e movendo-se em direção a ela com um comprimento de arco ligeiramente acima do normal. Então empurre o eletrodo para a raiz da junta para encher a cratera e continue a soldagem da maneira normal (veja a Figura 73).
Figura 73 - Procedimento de reinício
O cordão completo deve formar um reforço de solda na raiz de espessura 1,6 mm (veja a Figura 74).
Figura 74 - Penetração na raiz
93
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Quando a primeira metade da raiz estiver completa, remova a escória e então repita o processo para a segunda metade da junta.
Para o passe quente, empregue os eletrodos celulósicos OK 22.46P, OK 22.47P ou OK 22.48P de diâmetro 4,0 mm, dependendo da classe do aço a ser soldado.
Comece com o eletrodo na posição 12 horas, mantendo os mesmos ângulos indicados para o passe de raiz, em direção à posição 6 horas. Movimente levemente o eletrodo para cima e para baixo para enxergar a poça de fusão. Mova a ponta do eletrodo para frente em um comprimento igual ao diâmetro do eletrodo para permitir que a poça de fusão se solidifique ligeiramente e então mova a ponta de volta em um comprimento igual à metade do diâmetro do eletrodo. A essa altura, espere até que a cratera esteja cheia antes de ir adiante (veja a Figura 75 e a Figura 76).
Figura 75 - Passe quente
94
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 76 - Oscilação no passe quente
Mantenha um comprimento de arco igual ao diâmetro do eletrodo. Não aumente o comprimento do arco durante o movimento. Se o arco for interrompido antes que o cordão esteja concluído, remova a escória da cratera, reinicie o arco começando sobre o cordão de raiz, aproximadamente 12 mm à frente do segundo cordão e mova o eletrodo de volta à cratera (veja a Figura 77).
Certifique-se de que você encheu a cratera e então recomece a soldagem conforme descrito anteriormente. Execute a segunda metade do passe com o mesmo procedimento.
Deve ser observado que a técnica empurrando com a qual é depositado o passe de raiz causa fusão incompleta e inclusão de escória nas bordas da junta.
Devido à maior corrente aplicada, o segundo passe — ou passe quente — não transfere muito metal à junta, porém seu maior aporte térmico libera a escória e completa a fusão entre as bordas do metal de solda e o metal de base.
95
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 77 - Reinício do passe quente
Para executar o passe de enchimento (terceiro passe), a posição de início e os ângulos de ataque puxando do eletrodo são os mesmos que os indicados para o passe de raiz e para o passe quente, mas devem ser empregados eletrodos de 5,0 mm de diâmetro com a corrente ajustada para 150 - 180 A. Aplique um movimento com oscilação, mantendo um comprimento de arco igual ao diâmetro do eletrodo. Pare com a ponta do eletrodo na borda do cordão anterior. Mova o eletrodo na direção da borda oposta descendo aproximadamente a metade do diâmetro do eletrodo (veja a Figura 78).
Se for necessário reiniciar o arco, empregue o mesmo procedimento indicado para o segundo passe. Após ter soldado a segunda metade da junta, remova totalmente a escória.
Para encher a junta até 0,8 mm abaixo da superfície externa do tubo pode ser necessário depositar passes adicionais em toda a circunferência da junta (veja a Figura 79).
96
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 78 - Passes de enchimento
Figura 79 - Passes adicionais antes do acabamento
Esses cordões de solda geralmente adicionam camadas de espessura 1,6 mm. Empregue as mesmas técnicas indicadas nos passes anteriores. Freqüentemente, após todas essas camadas terem sido depositadas, a junta fica mais espessa nas regiões superior e inferior que nas regiões laterais do tubo (costelas), tornando necessário encher uniformemente toda a junta antes do passe de acabamento. Nesse caso, são depositados cordões de nivelamento com as mesmas técnicas ilustradas anteriormente (veja a Figura 80).
97
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 80 - Cordões de nivelamento
A técnica aplicada no passe de acabamento é a mesma já indicada para o penúltimo passe, porém o movimento de oscilação deve ser mais largo. Pare com a ponta do eletrodo nas bordas do cordão anterior (veja a Figura 81).
Figura 81 - Passe de acabamento
Empregue uma oscilação retilínea ou em meia-lua com compri
98
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
mento de arco, velocidade de soldagem e inclinação do eletrodo adequados (veja a Figura 82).
Figura 82 - Oscilações do passe de acabamento
Avance a uma velocidade que torne possível obter um reforço com altura entre 0,8 e 1,6 mm e uma sobreposição de aproximadamente 1,6 mm nas bordas (veja a Figura 83).
99
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 83 - Sobreposição do cordão de solda de acabamento no metal de base
As normas API requerem inspeção visual e uma criteriosa avaliação da qualidade da soldagem. Após ter executado a preparação e o ponteamento, a peça é identificada e então soldada na posição 5G conforme indicado anteriormente. É então executada uma inspeção visual da solda.
Figura 84 - Inspeção visual do cordão de acabamento
100
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Os critérios de aceitação são os seguintes: ß Trincas: a solda não deve apresentar trincas. ß Penetração: a raiz da junta deve apresentar penetração comple
ta. ß Fusão: a fusão entre o metal de solda e o metal de base deve
ser total. ß Inclusão de escória: o vazio na zona fundida contendo a inclu
são não deve exceder 3,2 mm para cada 152 mm de solda. ß Poros: a seção afetada pela porosidade não pode ser mais longa
que 1,6 mm; e o total não deve exceder o comprimento de 3,2 mm para cada 6,5 cm2 de superfície de solda.
ß Mordeduras: não devem exceder a largura de 0,8 mm nem a profundidade de 0,8 mm; e seu comprimento total não deve ex-ceder 50,8 mm para cada 152 mm de solda ou 5% da espessura da parede, se a solda for mais curta.
ß Metal de solda: os reforços da superfície e da raiz não devem exceder as dimensões indicadas, devem ter uma transição suave com as superfícies do metal de base e suas bordas devem estar livres de mordeduras.
Juntas na posição 6G / H-L045
Aplicação: soldagem de todos os tubos de aço carbono de diâmetro 8” (219,1 mm) e espessura de parede de 8,2 mm.
Parâmetros de soldagem ß Eletrodo OK 22.45P ≤ 2,5 mm, corrente 70 - 100 A ß Eletrodo OK 22.45P ≤ 3,2 mm, corrente 100 - 120 A ß O equipamento de solda deve ter uma tensão de circuito aberto
de 70 V
Atividades
Após ter executado a atividade de preparação e ponteamento conforme descrita no Capítulo 4, fixe a peça usando dispositivos com
101
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
seu eixo a 45° do plano horizontal — veja a Figura 85 — e com os pontos localizados nas posições 3, 6, 9 e 12 horas. Coloque o ponto onde a abertura da raiz for menor na posição 12 horas, quando for possível.
Figura 85 - Soldagem na posição 6G
Execute o passe de raiz com a mesma técnica aplicada no Capítulo 8.
Mantenha o eletrodo paralelo ao plano da junta e aplique um ângulo de ataque puxando de 10 - 15° (veja a Figura 86). Se o revestimento do eletrodo fundir de uma maneira irregular, mova ligeiramente a ponta do eletrodo de uma borda para a outra. Solde ambas as metades da junta com a mesma técnica. O passe de raiz não deve penetrar mais que 1,6 mm.
102
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Para o passe quente, empregue eletrodos OK 22.45P de diâmetro 3,2 mm. Abra o arco na posição 12 horas com os mesmos ângulos de eletrodo aplicados no passe de raiz.
Aplique um movimento similar àquele descrito para o segundo cordão no Capítulo 8.
Para os passes de enchimento, comece na posição 12 horas com um ângulo de trabalho de 80 - 90° com o eixo do tubo (veja a Figura 87).
Figura 87 - Passes de enchimento
Avance da posição 12 horas até a posição 6 horas usando um movimento de oscilação alongada e então, se necessário, execute cordões de nivelamento (veja a Figura 88).
104
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 88 - Oscilação dos passes de enchimento
Execute o passe de acabamento aplicando os mesmos ângulos de eletrodo e a mesma técnica dos passes de enchimento. Os cordões externos devem compor um reforço de 1,6 mm e sobrepor o bisel em 1,6 mm (veja a Figura 89). Solde ambas as metades da junta e então remova a escória.
Para ser aprovado no teste de qualificação em um procedimento de soldagem na posição 6G — que cobre todas as outras — alguns ensaios mecânicos devem ser realizados numa amostra. Para isso, prepare e ponteie uma peça conforme descrito no Capítulo 4.
Execute a soldagem conforme descrito nesse capítulo. Tenha cui-dado em remover as maiores irregularidades usando uma lixadeira com um disco de granulação fina antes de depositar o segundo passe. Faça um ensaio visual conforme indicado na página 101.
105
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 89 - Passe de acabamento
Soldagem de dutos na progressão ascendente com a técnica mista eletrodos celulósicos/básicos
As técnicas descritas nesse item aplicam-se a tubos de diâmetro a partir de 8" (219,1 mm). Os parâmetros de soldagem para o ponteamento podem ser encontrados no Capítulo 4.
Se a fonte não possuir indicador de corrente, esta pode ser ajustada empiricamente procedendo-se da seguinte maneira: coloque uma tira de aço carbono de 6 mm de espessura na posição horizontal, abra o arco e deposite um cordão retilíneo, simétrico, com ondulação regular e espessura de 1,6 mm. Se o cordão for desnivelado e
106
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
fortemente convexo, a corrente deve ser aumentada. Se o cordão for achatado e apresentar respingo excessivo, a corrente deve ser reduzida (veja a Figura 90).
Figura 90 - Ajuste da corrente
Juntas na posição 5G / PF
Esse tipo de junta / posição é utilizado na soldagem de curvas, flanges e peças forjadas em todos os diâmetros. O seguinte exemplo contempla a soldagem de tubos de diâmetro 8” (219,1 mm).
Parâmetros de soldagem2
ß Eletrodo OK 22.45P ≤ 3,2 mm, CC-, corrente 85 - 110 A, passe de raiz
ß Eletrodo OK 48.04 / OK 55.00 ≤ 2,5 mm / 3,2 mm, CC+, corrente
2 Para o processo com a técnica mista eletrodo celulósico / básico. 107
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
85 - 110 A, enchimento ß Eletrodo OK 48.04 / OK 55.00 ≤ 3,2 mm, CC+, corrente
110 - 140 A, acabamento ß A fonte deve ter uma tensão de circuito aberto de 70 V.
Passe de raiz
Para executar o passe de raiz, inicie com o eletrodo na posição 6:30, perpendicular ao eixo e à superfície do tubo. Abra o arco na raiz da junta (nunca na extremidade do ponto ou na superfície externa do tubo). Mantenha um comprimento de arco com o dobro do diâmetro do eletrodo e oscile de uma borda para a outra, para frente e para trás, para pré-aquecer o nariz do bisel (veja a Figura 91).
Após dois ou três movimentos, reduza o comprimento do arco para uma vez o diâmetro do eletrodo e forme a cratera buraco de fechadura, então mantenha o arco no nariz do bisel e avance. Use um leve movimento oscilante para cima e para baixo. Para manter uma cratera de dimensões apropriadas, os movimentos devem ser rápidos e precisos (veja a Figura 92).
Quando se aproximar de um ponto de solda, reduza a velocidade de soldagem e aumente ligeiramente o comprimento do arco. Se a cratera tender a se fechar, aplique um ângulo de ataque puxando de 5 - 10° e/ou reduza a velocidade de alimentação. Se, por outro lado, a cratera tender a se abrir, aplique um ângulo de ataque empurrando de 5 - 10° e/ou aumente a velocidade de alimentação (veja a Figura 93).
Se necessário, interrompa o arco antes que o cordão esteja concluído, forme uma cratera buraco de fechadura de diâmetro aproximadamente 5 mm empurrando rapidamente a ponta do eletrodo em direção à junta por aproximadamente 12 mm, e então retire completamente o eletrodo. Dessa forma, é assegurada uma penetração completa na reabertura do arco (veja a Figura 94).
108
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 92 - Oscilação do passe de raiz
Figura 93 - Ângulos de ataque
Remova a escória da cratera e dos últimos 25 mm do cordão de solda. A reabertura do arco deve ser executada iniciando no cordão de solda a aproximadamente 20 mm antes da cratera, movendo o eletrodo em direção à cratera com um comprimento de arco ligeiramente maior que o comprimento normal. Mova para frente e para trás na cratera para pré-aquecer as bordas e então volte ao comprimento de arco normal (veja a Figura 95).
110
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 94 - Interrupção do arco
Figura 95 - Procedimento de reabertura do arco
111
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Quando a primeira metade do passe estiver concluída, remova a escória e então repita a operação na segunda metade da junta.
O passe de raiz deve apresentar uma superfície ligeiramente convexa e ter uma altura de reforço de 1,6 mm (veja a Figura 96).
Figura 96 - Passe de raiz
Nessa etapa, os passes de enchimento e acabamento podem ser executados continuando com eletrodos celulósicos ou usando a técnica mista eletrodo celulósico / básico.
Cordões de enchimento e acabamento com eletrodos básicos
Se, após o primeiro cordão, se desejar utilizar eletrodos revestidos básicos, proceda da seguinte maneira:
Para o segundo cordão, utilize eletrodos OK 48.04 / OK 55.00 ≤ 2,5 / 3,2 mm. Abra o arco na posição 6:30 e estabilize-o na posição 6 horas mantendo preferencialmente um arco de pequeno comprimento a ângulos conforme mostrado na Figura 97.
Aplique um movimento de oscilação retilíneo, parando com o eletrodo nas bordas da junta (veja a Figura 98 e a Figura 99). A velocidade de oscilação e os tempos de parada determinarão o resultado. Uma velocidade muito baixa ou uma oscilação excessiva causarão uma poça muito grande e dificultarão o controle, enquanto uma velocidade muito alta ou pouca oscilação causarão falta de fusão no cor
112
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
dão anterior, com um cordão muito convexo e mordeduras (veja a Figura 100).
Figura 97 - Ângulos de ataque
Um enchimento correto da junta atinge aproximadamente até 1,6 mm da superfície do tubo. Se o penúltimo cordão não atingir esse nível, deposite outro cordão com OK 48.04 / OK 55.00 ≤ 2,5 mm (ou 3,2 mm) empregando o mesmo procedimento. Se o arco for interrompido antes que o passe esteja completo, remova a escória da cratera, reabra o arco iniciando o último cordão aproximadamente a 12 mm à frente da cratera e então retorne até que a cratera seja preenchida, continuando a partir daí com a velocidade de soldagem normal. Finalmente, remova a escória da extremidade do cordão e execute a segunda metade da junta.
113
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 98 - Oscilação dos passes de enchimento
Figura 99 - Oscilação dos passes de enchimento
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 100 - Efeitos da velocidade de soldagem e da oscilação
Para o passe de acabamento, empregue eletrodos OK 48.04 / OK 55.00 ≤ 3,2 mm, aplicando a mesma técnica dos passes de enchimento, porém com um movimento de oscilação mais largo, parando nas bordas da junta. A sobreposição nas bordas da junta deve medir aproximadamente 1,6 mm, e o reforço da solda deve ficar entre 0,8 e 1,6 mm (veja a Figura 101).
O Código ASME requer uma inspeção visual e uma criteriosa avaliação da qualidade da solda numa amostra. Após ter executado a preparação e o ponteamento, a peça é identificada e então soldada na posição 5G conforme indicado previamente. É então executada uma inspeção visual da solda.
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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 101 - Sobreposição do passe de acabamento
Os critérios de aceitação são os seguintes: ß Trincas: a solda não deve apresentar trincas. ß Penetração: a raiz da junta deve apresentar penetração comple
116
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
ta. ß Fusão: a fusão entre o metal de base e o metal de adição deve
ser completa. ß Inclusão de escória: as cavidades na zona fundida contendo a
escória não devem exceder 3,2 mm para cada 152 mm de solda. ß Inclusões gasosas: uma seção afetada por porosidade não pode
exceder o comprimento de 1,6 mm; e seu comprimento total não deve exceder 3,2 mm para cada 6,5 cm2 de superfície de solda.
ß Mordeduras: não devem exceder uma largura de 0,8 mm e uma profundidade de 0,8 mm; e seu comprimento não deve exceder 50,8 mm para cada 152 mm de solda ou 5% da espessura de parede, se a solda for mais curta.
ß Metal de solda: os reforços da face e da raiz não devem exceder as dimensões indicadas, devem apresentar uma transição suave com as superfícies do metal de base e suas bordas devem estar livres de mordeduras.
Cordões de acabamento com eletrodos celulósicos
Depois de executado o passe de raiz com o eletrodo OK 22.45P, os passes subseqüentes de enchimento e acabamento podem ser executados empregando-se eletrodos celulósicos OK Pipeweld®.
Continue novamente com a progressão ascendente, utilizando eletrodos OK Pipeweld® ≤ 3,2 mm e 4,0 mm se o chanfro e o diâmetro do tubo forem adequados.
A corrente de soldagem deve ser menor que a aplicada no passe de raiz, sendo determinada pelo tamanho do tubo.
Os valores de corrente normalmente aplicados são os seguintes: ß ≤ 3,2 mm - 60 A - 100 A ß ≤ 4,0 mm - 80 A - 120 A
Dependendo da largura do chanfro, a soldagem é executada em movimentos de oscilação retilíneos ou em meia-lua, parando com o eletrodo nas bordas da junta.
117
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Juntas na posição 2G / PC
Esse tipo de junta / posição é empregado em tubos e em pequenos vasos. O seguinte exemplo descreve a soldagem de um tubo com diâmetro 8” (219,1 mm).
Parâmetros de soldagem (*) ß Eletrodo OK 22.45P ≤ 3,2 mm, CC-, corrente 85 - 110 A, passe
de raiz ß Eletrodo OK 48.04 / OK 55.00 ≤ 2,5 mm, CC+, corrente
85 - 110 A, passes de enchimento ß Eletrodo OK 48.04 / OK 55.00 ≤ 3,2 mm, CC+, corrente
110 - 140 A, passes de acabamento ß A fonte deve ter uma tensão de circuito aberto de pelo menos
70 V. ß (*) Para processos com a técnica mista eletrodo celulósico / bási
co
Atividades
Após ter executado a preparação e o ponteamento, fixe a peça na posição 2G (eixo vertical) — veja a Figura 102.
Então faça o passe de raiz com eletrodos OK 22.45P de diâmetro 3,2 mm (veja a Figura 103 e a Figura 104).
O eletrodo deve ser mantido na horizontal com um ângulo de ataque puxando de 5 - 10°. Inicie o cordão a 50 mm do ponto, forme a cratera buraco de fechadura e avance com um movimento de oscilação similar ao empregado na posição 5G. Mantenha o eletrodo nas bordas do nariz (veja a Figura 105 e a Figura 106).
Se a cratera tender a alargar-se, aumente o ângulo de ataque puxando de 5° para 10° (veja a Figura 107). Se a ponta do eletrodo for empurrada muito para dentro da junta, formar-se-ão mordeduras ao longo da raiz e ocorrerão defeitos e penetração excessiva (veja a Figura 108). Se o eletrodo não for empurrado suficientemente na jun
118
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
ta, serão obtidas penetração incompleta e mordeduras nas superfícies biseladas.
Figura 102 - Fixação na posição 2G
Figura 103 - Ângulos de ataque
119
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 104 - Seqüência de soldagem
Figura 105 - Oscilação do passe de raiz
Se o arco for interrompido antes que o cordão esteja completo, limpe a cratera e reinicie conforme descrito no parágrafo anterior, sem esquecer de encher a cratera (veja a Figura 109).
120
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 106 - Cratera buraco de fechadura
Figura 107 - Correção do ângulo de ataque
121
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 108 - Causa de mordeduras
Figura 109 - Enchimento da cratera
O segundo passe ou passe de enchimento deve ser executado
122
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
com um eletrodo OK 48.04 / OK 55.00 ≤ 2,5 mm.
O eletrodo deve ser mantido na horizontal com um ângulo de ataque puxando de 5 - 10° (veja a Figura 110).
Empregue um movimento perpendicular em W, com paradas nos pontos indicados na figura para encher corretamente a cratera de solda (veja a Figura 111). Mantenha o arco o mais curto possível. O cordão deve ser chato ou ligeiramente convexo com boa fusão nas bordas.
Figura 110 - Passe de enchimento
Os passes de acabamento devem ser feitos com eletrodos OK 48.04 / OK 55.00 ≤ 3,2 mm. O ângulo de ataque varia, com respeito ao plano horizontal, de 5° acima para o terceiro cordão, para 5°
abaixo para o quinto (veja a Figura 112).
123
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 111 - Oscilação em W
Um ângulo de ataque correto assegura boa fusão nas bordas da junta. Os cordões devem se sobrepor até à metade do cordão anterior. Empregue o mesmo movimento de oscilação descrito para o segundo cordão. A junta acabada deve ter uma tolerância de projeto de 1,6 mm para usinagem e a superfície levemente convexa não deve apresentar mordeduras.
O Código ASME (*) requer uma inspeção visual e uma criteriosa avaliação da qualidade da solda em uma amostra. Depois de ter executado a preparação e o ponteamento, a peça é identificada e então soldada na posição 2G conforme previamente indicado. É então executada uma inspeção visual da solda.
Os critérios de aceitação são os seguintes: ß Trincas: a solda não deve apresentar trincas. ß Penetração: a raiz da junta deve apresentar penetração comple
ta. ß Fusão: a fusão entre o metal de base e o metal de adição deve
ser completa. ß Inclusão de escória: as cavidades na zona fundida contendo a
escória não devem exceder 3,2 mm para cada 152 mm de solda. ß Inclusões gasosas: uma seção afetada por porosidade não pode
124
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
exceder o comprimento de 1,6 mm; e seu comprimento total não deve exceder 3,2 mm para cada 6,5 cm2 de superfície de solda.
ß Mordeduras: não devem exceder uma largura de 0,8 mm e uma profundidade de 0,8 mm; e seu comprimento não deve exceder 50,8 mm para cada 152 mm de solda ou 5% da espessura de parede, se a solda for mais curta.
Figura 112 - Passe de acabamento
125
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
ß Metal de solda: os reforços da face e da raiz não devem exceder as dimensões indicadas; devem apresentar uma transição suave com as superfícies do metal de base e suas bordas devem estar livres de mordeduras.
Juntas na 6G / H-L045
Esse tipo de junta / posição é usado para soldar curvas, flanges, tês, etc. O seguinte exemplo mostra a soldagem de tubos de diâmetro 8” (219,1 mm). A posição de soldagem 6G qualifica todas as outras.
Parâmetros de soldagem (*) ß Eletrodo OK 22.45P ≤ 3,2 mm, CC-, corrente 85 - 110 A, passe
de raiz ß Eletrodo OK 48.04 / OK 55.00 ≤ 2,5 mm, CC+, corrente
85 - 110 A, passes de enchimento ß Eletrodo OK 48.04 / OK 55.00 ≤ 3,2 mm, CC+, corrente
110 - 140 A, passes de acabamento ß A fonte deve ter uma tensão de circuito aberto de pelo menos
70 V ß (*) Para processos mistos com a técnica eletrodo celulósico / bá
sico
Atividades
Depois de ter executado a preparação e o ponteamento, fixe a peça na posição 6G (eixo a 45° com o plano horizontal) — veja a Figura 113. Os pontos devem ser aplicados nas posições 2, 5, 8 e 11 horas, quando possível.
Então execute o passe de raiz com eletrodos OK 22.45P de diâmetro 3,2 mm. Comece com o eletrodo na posição 6:30, no plano da junta e perpendicular à direção de soldagem (veja a Figura 114).
Empregue um leve movimento de oscilação. A ponta do eletrodo deve ser mantida nas bordas do nariz, porém sem exercer pressão
126
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
sobre ele. Se a cratera tender a fechar, aplique um leve ângulo de ataque puxando e/ou reduza a velocidade de soldagem. Se a cratera tender a abrir, aplique um leve ângulo de ataque empurrando e/ou aumente a velocidade de soldagem (veja a Figura 115).
Figura 113 - Montagem na posição 6G
Os procedimentos de interrupção e reabertura do arco são similares àqueles descritos no Capítulo 8.
Faça ambas as metades do passe e remova a escória antes de depositar o segundo passe (veja a Figura 116).
O passe de enchimento deve ser executado abrindo o arco na posição 6:30 e estabilizando-o na posição 6 horas em uma largura bastante reduzida. Observe os ângulos da figura. Aplique eletrodos OK 48.04 / OK 55.00 de diâmetro 2,5 mm. O passe de enchimento deve ficar a aproximadamente 1,6 mm da superfície externa do tubo (veja a Figura 117).
127
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 114 - Ângulo de ataque e ângulo de trabalho
Então execute os passes de acabamento com eletrodos OK 48.04 / OK 55.00 de diâmetro 3,2 mm, aplicando uma corrente de 110 - 140 A (veja a Figura 118).
Os ângulos do eletrodo para os passes de acabamento são os mesmos que aqueles empregados para os passes de enchimento (veja a Figura 119).
Tome nota do número de cordões de cada camada (veja a Figura 120).
128
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 116 - Geometria do passe de raiz
Figura 117 - Passes de enchimento
130
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 118 - Passe de acabamento
Figura 119 - Ângulos de ataque dos passes de acabamento
131
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Exemplo de EPS
PROPOSTA DE ESPECIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM
Projeto: Especificação Projeto API 1104 Ed set/99
Processo Soldagem SMAW Tipo: Manual
JUNTAS METAIS DE BASE Tipo de Bisel: Simples V Espec. Material: API 5L x API 5L
Mata-Juntas: N/A Tipo ou Grau: X-70 x X-70
Mat. Mata-Juntas: N/A Faixa Diâmetro.: > 323,9 mm
Outros: N/A Faixa Espessura: 4,8 mm – 19,1 mm
Fabricante:
METAIS DE ADIÇÃO Passe N.º: Raiz 2o Passe Enchimento Acabamento Dimensões: 4,0 mm 4,0 mm 5,0 mm 5,0 mm
Especific. AWS: A 5.1-91 A 5.5-96 A 5.5-96 A 5.5-96
Classific. AWS: E 6010 E 8010-G E 8010-G E 8010-G
Fabricante:
Marca Comercial: OK 22.45 P OK 22.47 P OK 22.47 P OK 22.47 P
N.º Corrida:
Local Fabricação: Brasil Brasil Brasil Brasil
CROQUIS DA JUNTA
60-70°
1,0-2,0 mm
1,5-2,0 mm
SEQÜÊNCIA DE PASSES
56 78 910
11 12
4 3 2 1
POSIÇÃO 5 G PROGRESSÃO Descendente
GASES PRÉ AQUECIMENTO TTPS Gas(es) Mist % Comp. Vazão Temp. Pré aq.: Remover umidade Temp.: N/A
Raiz/2o Passe: N/A N/A N/A Temp. Entrep.: 250 °C máx. Tempo: N/A
Enchimento: N/A N/A N/A Método. Pré aq.: Gás propano Outros: N/A
Acabamento: N/A N/A N/A Controle Temp.: Lápis Térmico
TIPO E REMOÇÃO DA ACOPLADEIRA TEMPO ENTRE PASSES Interna: Sim Remover Após: 50 % da raiz Tempo Máximo entre Raiz e 2o Passe: 60 min
Externa: N/A Remover Após: N/A Tempo Máximo entre 2o Passe e demais: 60 min
TÉCNICA Filetado ou Trançado filetado Oscilação: N/A Tamanho Bocal: N/A
Limpeza / Esmerilhamento Esmerilhamento / escovamento Máquinas Lixadeira, Maquita Ferramentas
Manuais Escova, lima
Distância de Contato à Peça: N/A Corrente Elétrica: Corrente contínua
Polaridade: Raiz (-); 2o Passe (+); Enchimento/Acabamento (+) Outros:
Passe Progressão VAA (m/min) Diâmetro
Metal Adição
Largura / Freqüência Oscilação
Faixa Corrente
(A)
Faixa Voltagem
(V)
Faixa Veloc. Soldagem
(mm/s)
Faixa Aporte de Calor (kJ/mm)
Raiz Descendente N/A 4,0 N/A 120 – 140 30 – 35 5,0 0,7 – 1,0 2o Passe Descendente N/A 4,0 N/A 150 – 160 35 – 40 6,8 0,8 – 0,9 Enchimento Descendente N/A 5,0 N/A 200 – 220 35 – 40 4,2 1,7 – 2,1
Acabamento Descendente N/A 5,0 N/A 150 – 160 30 – 35 3,4 1,3 – 1,6
NOTAS Após soldagem, executar 100 % de Ensaio Visual e Ensaio Radiográfico.
133
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Capítulo 9
Defeitos: causas e soluções
Figura 121 - Inspeção de tubulações
134
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Para encontrar e possivelmente evitar defeitos de soldagem, o operador deve adquirir familiaridade com a forma e a dimensão da poça de fusão e sua relação com a forma e a aparência do cordão de solda acabado.
O metal de adição é gerado pelo eletrodo que, através do arco, começa a misturar-se com o metal de base fundido. Na soldagem na progressão descendente, a força do arco tende a fazer o metal fun-dido fluir na direção da parte de trás da cratera para formar o cordão de solda, enquanto que a força da gravidade tende a contrabalançar a do arco, fazendo a poça de fusão fluir na direção de soldagem.
Ao contrário, na soldagem na progressão ascendente, as forças do arco e da gravidade empurram o metal fundido para a parte de trás da cratera para formar o cordão de solda.
O movimento do metal fundido em direção à parte de trás da cratera e sua forma proporciona ao operador um meio de controle contínuo da qualidade, sem interromper o arco. As variáveis essenciais, pelas quais o operador controla a poça de fusão e sobre as quais ele deve intervir para evitar os defeitos de soldagem, são: diâmetro do eletrodo, corrente, comprimento do arco, velocidade de soldagem e ângulos de posicionamento.
Um dos mais importantes fatores é a penetração. Existe penetração correta quando a solda atravessa completamente a espessura da junta, deixando um pequeno reforço de penetração contínua e bem fundida atrás. Um dos defeitos mais comuns em tubulações é a penetração insuficiente, que consiste em descontinuidade entre os dois narizes dos biséis devido ao fato que o metal de adição não penetrou completamente a junta (veja a Figura 122). Isso ocorre quando, durante a soldagem, a abertura da raiz começa a fechar, o cordão torna-se estreito e a poça de fusão fica estagnada. Para evitar esse problema, uma possível solução é diminuir a velocidade de soldagem ou reduzir o ângulo de ataque do eletrodo para aumentar a temperatura da poça de fusão e, portanto, aumentar a penetração. Se isso
135
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
não for suficiente, interrompa a soldagem e aumente a corrente ou empregue a maquita para reduzir o nariz.
Figura 122 - Penetração insuficiente
O defeito oposto é o excesso de penetração, que é destacado por um reforço excessivo na raiz da junta, maior que o requerido (veja a Figura 123).
Figura 123 - Excesso de penetração
Nesse caso, durante a soldagem, a abertura da raiz torna-se muito larga e a poça de fusão fica difícil de se controlar devido ao seu tamanho e fluidez. Para reduzir a penetração e eliminar esse proble
136
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
ma, a velocidade de soldagem deve ser aumentada, possivelmente aumentando também o ângulo de ataque do eletrodo. Se isso não for suficiente, interrompa a soldagem e reduza a corrente.
Um aporte térmico excessivo pode causar rechupe. Isso faz com que a superfície interna da junta fique côncava. É um defeito comum quando se solda na sobrecabeça: a força da gravidade faz com que a superfície interna do cordão de solda se torne côncava e a superfície externa se torne convexa (veja a Figura 124).
Figura 124 - Rechupe
Em ambos os casos, é necessário reduzir o aporte térmico ao metal fundido, sendo os métodos os mesmos que aqueles já descritos no caso anterior (veja a Figura 125).
Na progressão ascendente, o alto aporte térmico pode furar a raiz, com conseqüente queda de metal fundido.
Outra causa de defeitos é freqüentemente associada com uma reabertura imperfeita do arco, geralmente devido a uma corrente muito baixa ou pré-aquecimento insuficiente; o início do cordão adjacente é muito largo e a extremidade tem um contorno decrescente em direção à cratera (veja a Figura 126).
137
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 125 - Rechupe
Figura 126 - Reabertura imperfeita do arco
Para evitar esse tipo de defeito, o eletrodo deve ser movido em direção ao final da cratera, mantendo o arco ligeiramente longo para pré-aquecer. Ao final, reduza o comprimento do arco para fundir a fina ponte de metal, esperando até que o cordão de solda esteja com um comprimento igual ao já existente, e então reinicie a soldagem normal. Quando o arco for corretamente aberto, o eletrodo deve ser virado em direção ao final da cratera.
Além disso, no caso de progressão ascendente, reinicie com eletrodos de baixa liga e/ou com baixo carbono (básico), devendo o
138
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
arco ser reaberto acima (à frente) da cratera; então mova o eletrodo em direção à outra extremidade, devendo o arco ser mantido ligeiramente mais comprido que o normal. Para reiniciar cordões de enchimento ou externos, com eletrodos celulósicos ou básicos, abra o arco a aproximadamente 13 mm à frente da cratera e então retorne até que esta seja preenchida. Dessa forma, o cordão anterior é corretamente pré-aquecido.
Outro defeito típico de soldagem consiste nas mordeduras. São reentrâncias que aparecem nas bordas do cordão na transição com a superfície do metal de base. Mordeduras reduzem a espessura e causam furos na raiz. Esse defeito é devido ao comprimento excessivo do arco. Quanto maior o cone do arco, mais largas serão as reentrâncias, sendo o metal de adição depositado em gotas, havendo res-pingos excessivos com conseqüente perda de material de adição.
Adicionalmente, a raiz na progressão descendente freqüentemente causa pequenas mordeduras nas bordas da superfície externa do cordão, mas isso é principalmente devido a uma velocidade de soldagem muito alta. O segundo passe usualmente preenche as mordeduras nas bordas e evita falta de fusão e inclusão de escória.
As mordeduras na raiz do lado interno da tubulação são causadas por um comprimento de arco muito curto. A ponta do eletrodo é empurrada em demasia na junta e o material de adição que é empurrado através da junta é depositado na raiz.
Finalmente, devemos dirigir a atenção para uma série de defeitos de soldagem causados por uma preparação incorreta da junta (veja a Figura 127). A abertura da raiz, o nariz e a limpeza da junta são to-dos fatores diretamente relacionados à futura qualidade da junta acabada.
Uma abertura muito grande da raiz ou muito pequena pode causar penetração excessiva, rechupe, trincas ou mordeduras. Aberturas muito grandes na raiz tornam necessário aumentar a velocidade de soldagem sob pena de haver um aporte térmico excessivo, com ex
139
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
cesso de penetração ou furo da raiz. Da mesma forma, se o nariz é muito fino, o calor do arco o funde e leva à situação anterior de abertura excessiva na raiz.
Figura 127 - Preparação incorreta da junta
Ao contrário, uma abertura muito pequena da raiz ou um nariz muito grosso podem causar penetração insuficiente, falta de fusão e convexidade da superfície do cordão de solda com possível inclusão de escória. Se o nariz for muito grosso, o arco não pode fundi-lo para formar o buraco de fechadura, sendo o metal de solda depositado entre os narizes com penetração insuficiente.
Uma limpeza insuficiente ou inadequada da junta e do material de base antes da soldagem pode causar defeitos posteriores, geralmente inclusões gasosas (porosidade, se � 1 mm, cavidades se � 1 mm). A presença de óleo ou sujeira nas superfícies a serem soldadas causa porosidade esférica. Outras causas de porosidade podem ser a presença de umidade no metal de base, velocidade de soldagem excessiva ou oscilação excessiva do eletrodo.
Finalmente, é importante mencionar o efeito do ângulo do eletrodo como um meio de controle de temperatura. Os ângulos de ataque, empurrando ou puxando, influenciam o aporte térmico, a força do arco e a quantidade de material depositado. Já que a força do arco é sempre exercida na mesma direção do eletrodo, se este não for centrado na junta, o arco causa mordeduras ao longo das bordas. Na soldagem em progressão ascendente, a gravidade move o metal fun
140
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
dido em direção ao ponto mais baixo da cratera, onde grandes mordeduras não foram preenchidas. Mordeduras, que podem ser causadas por um comprimento de arco excessivamente longo podem também ocorrer ao longo das bordas da raiz da junta.
Para finalizar, a qualidade da solda depende da habilidade do operador, de seu conhecimento das técnicas apropriadas e de sua capacidade de controlar as cinco variáveis essenciais mencionadas no início. A preparação da junta e sua limpeza antes da soldagem devem ser bem feitas.
141
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Por décadas, as maiores empreiteiras especializadas na construção de tubulações no âmbito mundial adotaram sistemas automáticos de soldagem, tendo sido sua opção imediatamente recompensada.
As principais razões para a mudança são: ß Aumento de produtividade ß Menores custos da soldagem ß Melhor aproveitamento da mão de obra ß Treinamento de operadores (soldadores) em poucas semanas ß Menor percentual de reparos’ ß Reprodutibilidade perfeita de uma junta de teste ß Podem ser escolhidas diferentes alternativas quando a mudança
tem que ocorrer: ß Soldagem unilateral com acopladores internos empregando co
bre-juntas de cobre ß Execução de um passe interno de raiz com um acoplador / equi
pamento para soldagem interna
Ambos proporcionam boa produtividade e baixo índice de reparos, mas suas vantagens respectivas são:
Soldagem unilateral
ß Baixo custo do equipamento ß Maior velocidade no passe de raiz (o primeiro passe controla a
velocidade de produção na fase de soldagem na linha principal)
Passe interno
ß Pode ser empregado quando não forem permitidos cobre-juntas de cobre
ß Podem assegurar melhor penetração em condições de desalinhamento
143
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Consumíveis de soldagem
Arames sólidos
OK Autrod® 12.51
Classificação ASME SFA/AWS A5.18-93 ER70S-6
OK Autrod® 12.51 é um arame sólido cobreado com baixo teor de impurezas para soldagem MIG/MAG circunferencial na progressão descendente de tubulações de qualidade tais como API 5L X52 até X70. Esse arame permite soldagem com altas correntes (transferência por aerossol) e também com transferência por curto-circuito em todas as posições. Gás de proteção: misturas Ar/CO2.
Composição química típica do metal de solda (%) C = 0,07 Si = 0,80 Mn = 1,40
Propriedades mecânicas típicas do metal de solda L.E. = 535 MPa L.R. = 600 MPa AL. = 26% Charpy V = 100 J @ -20°C
Tabela XXI - Características do arame sólido cobreado OK Autrod® 12.51
144
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 129 - Tubulação para soldagem automática
Arames tubulares
Mesmo para as aplicações mais extremas, onde produtividade, qualidade e características mecânicas devam ser garantidas, a ESAB, graças a sua preferência por um relacionamento de parceria com as grandes empreiteiras do setor offshore, desenvolveu uma série de arames tubulares OK Tubrod® que permitem um considerável aumento na produtividade.
145
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
OK TUBROD® 70 MC
Classificação ASME SFA/AWS A5.18 E70C-6M
Arame tubular com alma metálica. Possibilita elevada eficiência e taxa de deposição. Devido ao baixo nível de componentes formadores de escória, a única escória formada por este arame tubular são pequenas ilhas de sílica. Soldagem em passe único ou multipasse de aços de baixo e médio teor de carbono. As principais aplicações compreendem juntas de topo multipasses e juntas em ângulo na progressão descendente e na posição horizontal. Passes de raiz sem cobre-juntas são soldados no modo de transferência por curto-circuito. A soldagem MIG pulsada é aplicada para otimizar o enchimento de juntas fora de posição, empregando misturas Ar/CO2 como gás de proteção. Apropriado para soldagem semi-automática e para uso com equipamentos orbitais automáticos.
Composição química típica do metal de solda (%) C = 0,04 Si = 0,55 Mn = 1,30
Propriedades mecânicas típicas do metal de solda L.E. = 500 MPa L.R. = 580 MPa AL. = 28% Charpy V = 50 J @ -29°C
Tabela XXII - Características do arame tubular metálico OK Tubrod® 70 MC
146
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
OK TUBROD® 90 MC
Classificação ASME SFA/AWS A5.28 E90C-G
Arame tubular com alma metálica, de baixa emissão de fumos. Apresenta alta eficiência (90 - 95%) bem como elevada taxa de deposição, resultando em um cordão de excelente aspecto, com pequenas ilhas de escória, minimizando a limpeza entre os passes. Contém Ni e Mo, sendo designado para soldagem de aços de média e alta resistência e de aços temperados com tensão limite de escoamento mínimo de 550 MPa. Também designado para aplicações onde se requerem propriedades de impacto até -40°C. A soldagem MIG/MAG pulsada é aplicada para otimizar o enchimento de juntas fora de posição, empregando misturas Ar/CO2 como gás de proteção.
Composição química típica do metal de solda (%) C = 0,03 Si = 0,50 Mn = 1,40 Ni = 1,60 Mo = 0,30
Propriedades mecânicas típicas do metal de solda L.E. = 620 MPa L.R. = 700 MPa AL. = 23% Charpy V = 40 J @ -40°C
Tabela XXIII - Características do arame tubular metálico OK Tubrod® 90 MC
147
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 130 - Arame tubular OK Tubrod®
Técnicas de soldagem e práticas operacionais para a soldagem orbital automática
Soldagem com a técnica mista
A soldagem eletrodo-arame pode ser considerada a primeira eta-pa em direção ao processo de soldagem completamente automático; embora as grandes empreiteiras tenham adotado essa solução no início dos anos 80 para limitar os investimentos na primeira fase.
148
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Poderia funcionar em um chanfro padrão API (30°+30°) sem utilizar a máquina biseladora (dispositivo muito caro), executando os passes de raiz e quente com eletrodos celulósicos e o enchimento e o acabamento com arames tubulares ou sólidos. É muito comum o uso de arames tubulares autoprotegidos em regiões onde o gás de proteção não é tão fácil de se encontrar.
Soldagem com arames
A soldagem com arames, com bisel reduzido e emprego de acopladores internos com suportes de cobre é definitivamente a mais econômica, mais segura e mais produtiva solução a ser adotada e tem sido usada por anos na construção de dutos submarinos e terrestres por várias empreiteiras do setor.
Como funciona o equipamento automático
A tocha de soldagem move-se na descendente a uma velocidade programada por uma chave seletora. A velocidade é determinada em cada passe, na meia circunferência. Ao final de cada passe, a tocha move-se de volta à posição inicial e reinicia a deposição, após os parâmetros de soldagem terem sido regulados ou automaticamente ajustados. A operação é executada simultaneamente por meio de dois dispositivos no mesmo passe, para aumentar a produtividade.
Vantagens
Os operadores, mesmo se recrutados entre soldadores sem muita experiência, podem ser treinados em cinco semanas.
O número de profissionais envolvidos com as atividades de soldagem pode ser reduzido em 30% (não é necessário lixar e escovar
149
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
as juntas — a soldagem com arames tubulares com alma metálica ou com arames sólidos não gera escória).
O ciclo de trabalho é bem maior. Os tempos mortos são reduzidos a um mínimo.
Figura 131 - Comparação entre taxas de deposição
Figura 132 - Comparação entre eficiências de deposição
150
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Figura 133 - Comparação entre ciclos de trabalho
Figura 134 - Biseladoras
151
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Exemplo de EPS
PROPOSTA DE ESPECIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM
Projeto: Especificação Projeto API 1104 Ed set/99
Processo Soldagem SMAW - PGMAW Tipo: Manual, Semi-automático
JUNTAS METAIS DE BASE Tipo de Bisel: Simples V Espec. Material: API 5L x API 5L
Mata-Juntas: N/A Tipo ou Grau: X-70 x X-70
Mat. Mata-Juntas: N/A Faixa Diâmetro.: > 323,9 mm
Outros: N/A Faixa Espessura: 4,8 mm – 19,1 mm
Fabricante:
METAIS DE ADIÇÃO Passe No: Raiz 2o Passe Enchimento Acabamento Dimensões: 4,0 mm 4,0 mm 1,2 mm 1,2 mm
Especific. AWS: A 5.1-91 A 5.5-96 A 5.28-96 A 5.28-96
Classific. AWS: E 6010 E 8010-G E90C-G E90C-G
CROQUIS DA JUNTA
60-70°
1,0-2,0 mm
1,5-2,0 mm
SEQÜÊNCIA DE PASSES
4
Fabricante: 3
Marca Comercial: OK 22.45 P OK 22.47 P OKTubrod90MC OKTubrod90MC 2
N.º Corrida:
Local Fabricação: Brasil Brasil Brasil Brasil 1
POSIÇÃO 5 G PROGRESSÃO Descendente
GASES PRÉ AQUECIMENTO TTPS Gas(es) Mist % Comp. Vazão Temp. Pré aq.: Remover umidade Temp.: N/A
Raiz/2o Passe N/A N/A N/A Temp. Entrep.: 250 °C Tempo: N/A
Enchimento: Argônio / CO2 80 % / 20 % 18 – 22 L/min Método. Pré aq.: Gás propano Outros: N/A
Acabamento: Argônio / CO2 80 % / 20 % 18 – 22 L/min Controle Temp.: Lápis Térmico
TIPO E REMOÇÃO DA ACOPLADEIRA Interna: Sim Remover Após: 50 % da raiz
Externa: N/A Remover Após: N/A
TEMPO ENTRE PASSES Tempo Máximo entre Raiz e Reforço: 60 min
Tempo Máximo entre Passe de Reforço e demais: 60 min
TÉCNICA Filetado ou Trançado ER filetado / AT trançado Oscilação: máx. 2,5 ≤ arame Tamanho Bocal: 20 mm
Limpeza / Esmerilhamento Esmerilhamento / escovamento Máquinas Lixadeira, Maquita Ferramentas
Manuais Escova, lima
Extensão do Eletrodo: 10 – 25 mm Corrente Elétrica: Corrente contínua
Polarid.: Raiz (-); 2o Passe (+); Enchimento/Acabamento (-) Outros: Bocal cônico
Passe Progressão VAA (m/min) Diâmetro
Metal Adição
Largura / Freqüência Oscilação
Faixa Corrente
(A)
Faixa Voltagem
(V)
Faixa Veloc. Soldagem
(mm/s)
Faixa Aporte de Calor (kJ/mm)
Raiz Descendente N/A 4,0 N/A 120 – 130 30 – 38 7,0 0,5 – 0,7 2o Passe Descendente N/A 4,0 N/A 140 – 150 28 – 35 6,2 0,6 – 0,8 Enchimento Descendente 7,0 – 8,0 1,2 máx. 2,5 ≤ 172 – 176 28 – 28,4 4,0 1,20 – 1,25
Acabamento Descendente 7,0 – 8,0 1,2 máx. 2,5 ≤ 160 – 168 28,8 – 29,2 3,3 1,40 – 1,49
NOTAS Após soldagem, executar 100 % de Ensaio Visual e Ensaio Radiográfico. PGMAW – processo de soldagem pulsada empregando arame tubular com alma metálica com proteção gasosa.
152
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Comparação entre os três processos de soldagem
Tubo ≤≤≤≤ 36", espessura 14 mm
Eletrodo Eletrodo + arame Arame + cobre-juntas de cobre
Tipo de bisel
Bisel = redução de volume
Especificação de Procedimento de Soldagem A solda acabada
1 o
passe OK 22.45P ≤ 4,0 mm OK 22.45P ≤ 4,0 mm OK Autrod 12.51 ≤ 1,0 mm
2 o
passe OK 22.46P/22.47P ≤ 4,0 mm OK 22.46P/22.47P ≤ 4,0 mm OK Autrod 12.51 ≤ 1,0 mm Enchimento OK 22.46P/22.47P ≤ 5,0 mm OK Autrod 12.51 ≤ 1,0 mm OK Autrod 12.51 ≤ 1,0 mm Acabamento OK 22.46P/22.47P ≤ 5,0 mm OK Autrod 12.51 ≤ 1,0 mm OK Autrod 12.51 ≤ 1,0 mm
Tempos
Arco Aberto 64 minutos 41 minutos 25 minutos Eficiência 35% 35% + 80% 80% Tempo total 182 minutos 68 minutos 31 minutos
Custos (somente um exemplo)
Mão de obra: 34 Euro/hora Eletrodos: 5 Euro/kg Arame: 3 Euro/kg + 0,5 Euro/kg gás Custo da mão de obra 102 Euro 38 Euro 17 Euro
Peso da junta 2 kg 1,6 kg 1,2 kg Custo dos consumíveis 11 Euro 6 Euro 4 Euro
Custo total da solda 113 Euro 44 Euro 21 Euro
153
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Defeitos e soluções
Passe oco
A radiografia pode mostrar como um canal oco dentro do primeiro passe pode ser causado pela presença de sujeira no interior do tubo, devido a um lixamento mal feito da parede interna do tubo próxima ao bisel, por más condições do tempo que possibilitam que a água ou o vapor d’água atinja a solda enquanto o primeiro passe está sendo executado ou por parâmetros de soldagem incorretos (corrente muito alta e/ou vazão excessiva de gás, por exemplo).
Solução
Verifique a limpeza interna do tubo em toda sua circunferência, por meio de lixamento manual (escovamento não é suficiente) a uma distância de pelo menos 20 mm do bisel.
Sob más condições de tempo, a limpeza manual com trapos da superfície interna de ambos os tubos a serem soldados imediatamente antes do primeiro passe e antes da posição sobrecabeça (6:00) é a melhor prática para afastar a água ou o vapor d’água.
Verifique periodicamente os parâmetros de soldagem.
Falta de penetração
Apresenta-se como uma interrupção, talvez de comprimento considerável ou em seções da parte interna do passe de raiz, que deveria ser uniforme após o primeiro cordão de solda. Em tubos com diâmetro suficientemente grande para permitir acesso interno, é visível a
154
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
olho nu e, em alguns casos, pode-se ver o bisel intacto (é recomendável um procedimento de soldagem para reparo imediato do defeito pelo lado interno). Pode ser causado por geometria incorreta do bisel, por parâmetros de soldagem incorretos, por acoplamento mal feito (desalinhamentos excessivos) ou por falta de habilidade do operador.
Solução
Verifique o bisel, os parâmetros de soldagem, a rotação do tubo (sempre compatível com a posição das soldas longitudinais, que devem ser espaçadas de um certo comprimento) ou pelo emprego de calços nos expansores do acoplador interno para reduzir os desalinhamentos.
Normalmente, os operadores mais habilidosos são designados para executar o primeiro passe, pois um atraso na execução interrompe o processo de soldagem como um todo.
Falta de fusão
O principal defeito de processos de soldagem com arames. Na radiografia aparece como uma linha contínua ou tracejada curta em um ou em ambos os lados da junta; avaliando sua posição relativamente ao primeiro passe (o passe mais claro no centro do filme), pode-se estimar sua profundidade.
As principais causas são: dimensões incorretas do bisel, parâmetros de soldagem incorretos, ou falha do operador.
Solução
Verificar constantemente todos os parâmetros funcionais e geométricos do processo e manter os operadores informados.
155
SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
Existe um segundo caso: menos comum que a falta de fusão chamada entrepasses, causada pela queda de metal fundido na cos-tela do tubo (2:00-5:00) devido a parâmetros de soldagem incorretos; aparece na radiografia como um veio mais escuro entre dois passes sucessivos.
Porosidade
No processo por eletrodos revestidos, a poça de fusão é protegida da oxidação externa pela queima do revestimento, mas no processo por arames é protegida pelo gás de proteção, introduzido na zona do arco pela tocha; a ausência de gás causa porosidade.
Solução
Verifique o estado de manutenção de cabines para proteção contra o vento, de mangueiras, conexões, manômetros e, mais como uma recomendação que uma solução, substitua a garrafa de gás antes que ela esvazie completamente.
Inclusão de escória
Defeito encontrado somente na técnica mista (eletrodo revestido + arame), apresenta-se na forma alongada, com uma certa espessura, normalmente posicionada em um lado do bisel. É causada por uma limpeza mal feita no segundo passe, onde a escória permanece presa e não funde no passe consecutivo com o arame.
Em casos esporádicos, mencionados apenas para melhor compreensão, a inclusão de escória é causada pelo seu aprisionamento na transição de geometria desfavorável criada entre o segundo passe e a parede do bisel se este, com um ângulo de 30°, não foi comple
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tamente preenchido. Para ser mais claro, se soldagem com o arame se iniciar antes do enchimento, com o eletrodo, da seção do bisel a 30°, isso pode causar defeitos (até mesmo falta de fusão).
Solução
Limpeza completa do segundo passe.
Defeitos externos (mordeduras, excesso de penetração e reforço excessivo)
Esses não podem ser considerados defeitos reais de soldagem que causam problemas de selagem na junta, mas são defeitos a se-rem reparados devido à possibilidade de se iniciarem falhas de corrosão ou por fadiga ou facilitar operações subseqüentes de revestimento e instalação, no caso de excesso de penetração ou reforço excessivo.
Solução
Boa preparação da junta antes de executar o passe de acabamento: os últimos passes de enchimento devem ser uniformes, perfeitamente limpos e devem estar 1 mm abaixo da superfície do tubo para permitir à poça de fusão do último passe espalhar-se suavemente e criar um cordão de altura 1,0-1,5 mm na parte mais larga da junta.
Ao final da soldagem da junta, é aconselhável tomar as providências necessárias para executar pequenos reparos manuais nos passes de acabamento.
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Bibliografia
ß Pipelines Welding Handbook - Carrucio, Vittorio - ESAB publication - 2002
ß Montagem de Dutos Terrestres - Techint ß API Specification 5L - Specification for Line Pipe, 42nd Edition,
Jan. 2002 ß API Standard 1104 - Welding Pipelines and Related Facilities -
9th Edition Sep. 1999 ß Murray, Alan - Pipeline Technology: Where Have We Been and
Where Are We Going to? - 3rd Seminar on Pipeline, Rio de Janeiro, Brazil, 21-23 November - 2001
ß Widrey D.J., Linepipe Welding Beyond 2000 - Svetsaren No. 3 -1999
ß Tyralla, J., Altemuhl, B, Fifth Slovakian Pipeline in Russian gas distribution system to Europe welded using the low-hydrogen vertical down technique - Svetsaren No. 1 - 1997
ß Bortoni, Oscar, Soldadura de Gasoducto - Boletín Técnico Conarco No. 96 - 1990
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