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Norma Técnica SABESP NTS 060

Execução de solda em tubos e conexões de polie-tileno por termofusão (solda de topo) Procedimento

São Paulo Dezembro - 2004

NTS 060 : 2004 Norma Técnica SABESP

10/12/2004

S U M Á R I O 1 OBJETIVO .......................................................................................................................1 2 REFERÊNCIAS NORMATIVAS.......................................................................................1 3 DEFINIÇÕES....................................................................................................................1 4 PROCEDIMENTOS DE SOLDA ......................................................................................3 4.1 Cuidados iniciais .........................................................................................................3 4.2 Corte .............................................................................................................................3 4.3. Alinhamento / faceamento.........................................................................................3 4.4. Solda............................................................................................................................4 4.4.1 Cuidados iniciais .....................................................................................................................4 4.4.2. Execução da solda .................................................................................................................5 4.5. Controle de qualidade da solda ................................................................................5 4.5.1. Padrão de referência de qualidade da solda .......................................................................5 4.5.2. Aprovação da Solda ...............................................................................................................6 4.5.3. Controle de qualidade através do bulbo de solda – método não destrutivo ...................6 4.5.4. Controle de qualidade através do bulbo de solda – método destrutivo...........................7 4.6. Relatório do controle da qualidade da solda...........................................................8 5. CUIDADOS ESPECIAIS .................................................................................................8 ANEXO A ............................................................................................................................9

Norma Técnica SABESP NTS 060 : 2004

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Execução de solda para tubo e conexões de polietileno por ter-mofusão (solda de topo)

1 OBJETIVO Esta norma fixa as condições exigíveis para a execução de solda por termofusão (solda de topo), aplicável na execução de: - união de tubulação de polietileno; - união de tubo de polietileno com conexão de polietileno; - fabricação de conexões a partir de tubos de polietileno. Somente podem ser unidos com solda de topo por termofusão os tubos e/ou conexões com DE maior ou igual a 63 mm, desde que os compostos de PE sejam compatíveis en-tre si e que sejam do mesmo SDR.

2 REFERÊNCIAS NORMATIVAS As normas citadas constituem prescrições para este texto. NTS 059:2004 Requisitos para soldadores, instaladores e fiscais de obras execu-

tadas com tubos de polietileno e conexões de polietileno ou poli-propileno.

NTS 190:2004 Instalação de redes de distribuição, adutoras e linhas de esgoto em polietileno PE 80 ou PE 100

NTS 194:2004 Tubos de polietileno para redes de distribuição, adutoras ou linhas de esgoto pressurizadas.

DVS 2207 Welding of thermoplastics – rigid PE (high density polyethylene) – Pipes and pipe fittings for gas and water pipelines

3 DEFINIÇÕES Para os efeitos desta Norma são adotadas as definições abaixo: ALINHAMENTO: Posicionamento coincidente das geratrizes das peças a serem solda-das topo a topo. COMPOSTO DE POLIETILENO (PE): Material fabricado com polímero base de polietile-no contendo o pigmento e aditivos necessários à fabricação de tubos. CONEXÃO TIPO “PONTA”: Conexão de polietileno cujas dimensões, na região a ser soldada, correspondem às dimensões do tubo. BULBO (OU CORDÃO) DE SOLDA (B): Ressalto formado por material fundido das pe-ças após a solda por fusão. O bulbo de solda é formado por dois bulbos simples de solda, conforme Figura 1.

Figura 1 - Bulbo de solda

BULBO (OU CORDÃO) INICIAL DE SOLDA: Ressalto formado em cada extremidade do tubo ou conexão, em função da pressão aplicada durante o pré-aquecimento. BULBO (OU CORDÃO) SIMPLES DE SOLDA (b): Ressalto formado em cada extremi-dade do tubo ou conexão, após a solda por termofusão, conforme Figura 2.


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b

Figura 2 - Bulbo simples de solda

CONEXÃO DE POLIETILENO: Conexão fabricada com resina de polietileno, conforme Norma Sabesp NTS 193. DIÂMETRO EXTERNO NOMINAL (DE): Simples número que serve para classificar, em dimensões, os elementos de tubulação (tubos, juntas, conexões e acessórios) e que cor-responde aproximadamente ao diâmetro externo do tubo em milímetros, não devendo ser objeto de medição nem ser utilizado para fins de cálculo. DISPOSITIVO DE FACEAMENTO (faceador): Equipamento dotado de lâminas rotativas destinado a promover o faceamento e paralelismo das extremidades a serem soldadas. ESPESSURA MÍNIMA DA PAREDE (e): Menor valor da espessura da parede do tubo ou conexão, medida em milímetros, em qualquer ponto ao longo do perímetro. PRESSÃO DE APROXIMAÇÃO OU DE ARRASTE: Pressão necessária para promover o deslocamento longitudinal do tubo. FRESTA OU FOLGA: Espaço observado após o contato entre as extremidades a serem soldadas, proveniente de um faceamento deficiente. PLACA DE AQUECIMENTO: Dispositivo que contém uma resistência interna, destinada ao aquecimento até o ponto de amolecimento (fusão) das extremidades a serem solda-das. PRESSÃO DE PRÉ-AQUECIMENTO: Pressão necessária para manter o contato das extremidades dos tubos, tubo e conexão ou conexões, com a placa de aquecimento du-rante o tempo necessário para a formação do bulbo inicial de solda. PRESSÃO DE SIMPLES CONTATO OU DE AQUECIMENTO: Pressão exercida entre a placa de aquecimento e as extremidades a serem soldadas para, simplesmente assegu-rar o contato entre a placa e os tubos e/ou conexões durante o tempo de aquecimento. Deve ser aplicado após decorrido o tempo necessário para formação do cordão inicial de solda, gerado pela pressão de pré-aquecimento. PRESSÃO DE FUSÃO OU DE SOLDA: Pressão necessária para manter o contato entre as extremidades dos tubos, tubo e conexão ou conexões, durante a fusão. PRESSÃO DURANTE O RESFRIAMENTO: Pressão mantida entre as extremidades dos tubos, tubo e conexão ou conexões, após a formação do bulbo final de solda, até o seu resfriamento. RELAÇÃO DIÂMETRO / ESPESSURA – SDR (Standard Dimension Ratio): Razão en-tre o diâmetro externo nominal (DE) do tubo e sua espessura mínima de parede (e): SDR ≅ DE/e. TEMPO DE SIMPLES CONTATO OU DE AQUECIMENTO: Tempo durante o qual as extremidades a serem soldadas e a placa de aquecimento são submetidas à pressão de simples contato ou de aquecimento. TEMPO DE RETIRADA DA PLACA DE AQUECIMENTO: Tempo necessário para que a placa de aquecimento seja retirada e as extremidades a serem soldadas sejam postas em contato. TEMPO DE RESFRIAMENTO: Tempo durante o qual as extremidades devem ficar sub-metidas à pressão de fusão ou de solda, até seu resfriamento.


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TUBO DE POLIETILENO: Tubo fabricado com resina de polietileno, conforme Norma Sabesp NTS 194.

4 PROCEDIMENTOS DE SOLDA Para execução do processo de solda por termofusão (solda de topo) é obrigatório que: - os soldadores sejam qualificados conforme NTS 059 e, - sejam utilizados equipamentos e ferramentas conforme Anexo F da NTS 190.

4.1 Cuidados iniciais Antes de ser iniciado o processo de solda, devem ser tomados os seguintes cuidados com o equipamento: - procurar colocar o equipamento em local plano e limpo; - caso haja lama, mato, sujeira, etc., posicionar o equipamento sobre uma base de ma-deira, lona plástica, etc., para evitar a contaminação da solda; - posicionar o equipamento de maneira a garantir o alinhamento dos tubos e /ou cone-xões a serem soldadas; - verificar o livre deslizamento da abraçadeira no eixo da máquina; - verificar se o(s) cilindro(s) de aplicação de força não apresenta(m) vazamentos; - ajustar as lâminas das facas ou substitui-las caso estejam sem corte; - verificar as calibrações do termômetro e do(s) manômetro(s); - verificar se a fonte de energia elétrica disponível é compatível com o equipamento a ser utilizado. No caso de uso de gerador, este deve ser acionado com certa antecedência e, somente após a estabilização da voltagem, é que o equipamento deve ser ligado.

4.2 Corte O corte do tubo que será soldado, deve ser executado de forma a não acarretar danos a sua extremidade, tais como: ovalização excessiva, entalhes, lascas e trincas. O tubo deve ser cortado com auxílio de equipamento apropriado que garanta a condição especificada acima, tais como cortador elétrico, cortador rotativo, serra ou serrote.

4.3. Alinhamento / faceamento O dispositivo de faceamento (Figura 3) deve estar preso à estrutura da máquina de solda e as extremidades a serem soldadas fixas nas garras assegurando que não se soltem durante o faceamento.

guia Figura 3 - Dispositivo de faceamento

O processo de faceamento deve ser executado conforme descrito abaixo: - fixar os tubos e/ou conexões às abraçadeiras ou garras; - verificar e ajustar, se necessário, o alinhamento das geratrizes dos tubos e/ou cone-xões; - separar as garras da máquina de solda e posicionar o dispositivo de faceamento; - posicionar os tubos e/ou conexões com as extremidades a serem soldadas junto ao dispositivo de faceamento (Figura 4);


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Figura 4 - Posicionamento das peças no dispositivo de faceamento

- proceder o faceamento das extremidades; - após o faceamento, remover as rebarbas e as aparas do interior dos tubos e/ou cone-xões e verificar:

- se as superfícies faceadas estão planas; - se existe algum ponto com falta de material devido a falha ocorrida no processo de fabricação do tubo e/ou da conexão; - se existe alguma fresta entre as extremidades faceadas a serem soldadas. Tolerância: a fresta máxima permitida é de 0,3 mm para tubos de DE ≤ 125 mm e de 0,5 mm para tubos de DE > 125 mm; - o alinhamento dos componentes a serem soldados. Tolerância: o desalinhamento (des) máximo (Figura 5) permitido entre os diâmetros externos é de 10% da espessura mínima (e) de parede do tubo (des = 0,1 e).

des

Figura 5 - Desalinhamento dos tubos

Se qualquer uma destas verificações não estiver de acordo, repetir o processo de alinhamento / faceamento descrito no item 4.3.

4.4. Solda 4.4.1 Cuidados iniciais - A solda deve ser executada em ambiente protegido contra vento, chuva, poeira, etc., através de um abrigo compatível com as condições ambientais e climáticas do local; - as extremidades opostas das tubulações e/ou conexões a serem soldadas devem ser tamponadas, durante todo o período de execução da solda, para evitar desequilíbrio tér-mico entre as superfícies da placa de aquecimento ou mesmo entre as superfícies a se-rem soldadas; - antes de cada solda, a placa de aquecimento deve ser limpa, de modo a não apresen-tar vestígios de resíduo de solda, lama, óleo ou poeira; - as superfícies externas e internas das extremidades a serem soldadas, devem ser limpas com pano seco ou papel que não solte fiapos, de modo a remover qualquer vestí-gio de cavacos, lama, óleo ou poeira. Para remoção do óleo e graxa deve-se aplicar um solvente não agressivo ao polietileno (por exemplo: álcool com grau igual ou superior a 96ºGL). A responsabilidade pela informação dos parâmetros de solda é do fabricante do tubo ou da conexão. Estes parâmetros podem variar em função do diâmetro, espessura, tipo da resina e tipo de equipamento.


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Os parâmetros mínimos a serem informados são: a) temperatura de solda / fusão; b) tempo de simples contato ou aquecimento; c) pressão de simples contato ou aquecimento; d) pressão durante a solda; e) tempo de resfriamento.

4.4.2. Execução da solda - Posicionar a placa de aquecimento e verificar se a temperatura em ambos os lados da mesma, está de acordo com o especificado pelo fabricante do tubo ou conexão; - aproximar as extremidades a serem soldadas até o contato com a placa;

Figura 6 - Formação dos cordões iniciais de solda

- manter as extremidades encostadas na placa durante o tempo de simples contato ou aquecimento especificado; (Figura 6); - afastar as extremidades do tubo e/ou conexão para remover a placa de aquecimento. Esta operação deve ser efetuada durante o período especificado na Tabela1 do Anexo A; - verificar a existência de material fundido grudado na placa de aquecimento. Se isto tiver ocorrido, a solda em execução deve ser interrompida por descontrole no processo. Neste caso, devem ser repetidas as operações descritas a partir de 4.3, - encostar as extremidades a serem soldadas e elevar gradativamente a pressão até que esta atinja o valor especificado, - até que seja atingido o tempo especificado para resfriamento da solda, manter todas as condições estabelecidas para o processo de soldagem inalteradas, - após o tempo de resfriamento o processo de soldagem estará concluído.

4.5. Controle de qualidade da solda Os serviços de campo não podem ser iniciados antes que as providências relativas ao item 4.5.1 sejam atendidas. A aprovação da solda de referência e demais soldas será conforme 4.5.2.

4.5.1. Padrão de referência de qualidade da solda Antes do início do processo de soldagem no campo, para efeito de comparação, deverá ser executado processo de soldagem em um corpo-de-prova (retirado de um tubo e/ou conexão), conforme estabelecido nesta Norma e orientação do fabricante do tubo e/ou conexão. Após a execução do processo de soldagem neste corpo-de-prova, este deverá ser submetido a ensaios de resistência à pressão hidrostática interna de curta duração a 80°C conforme 5.3.5.5 da NTS 194.


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Se o corpo de prova for aprovado neste ensaio e atender às exigências desta Norma, o bulbo de solda assim obtido será adotado como padrão para o item 4.5. Na impossibilidade de se estabelecer um padrão em virtude de sucessivas reprovações, a Sabesp definirá as providências a serem tomadas em relação às variáveis envolvidas no processo de solda (materiais, equipamentos ou profissionais), para se obter o referido padrão.

4.5.2. Aprovação da Solda A solda somente será aprovada se forem atendidas todas as exigências dos itens 4.5.3. e 4.5.4. Caso contrário o processo deverá ser reiniciado a partir do item 4.1.

4.5.3. Controle de qualidade através do bulbo de solda – método não destrutivo Tomando-se como base o padrão de referência de solda obtido no item 4.5.1., devem ser efetuadas as seguintes comparações: - a uniformidade do bulbo final de solda, em todo o perímetro, não deve apresentar bo-lhas ou vestígios de contaminação da solda; - a forma do cordão de solda, em todo o perímetro, deve ser comparada com os dese-nhos apresentados na Figura 7;

Solda Aprovada(cordão uniforme) (desalinhamento

dos tubos)

(excesso de temperaturaou tempo) dos tubos diferentes)

(materiais ou temperaturas

(pouca pressão de fusão)Solda Reprovada (baixa temperatura e/ou

pouco aquecimento)

>0

Solda Reprovada

Solda ReprovadaSolda Reprovada

Solda Reprovada

Figura 7 - Controle visual do cordão de solda Devem ainda ser feitas as seguintes verificações: - a largura do bulbo final de solda, em todo o perímetro. A diferença permitida entre as larguras dos bulbos simples de solda é de:

- (0,1 B) para solda tubo / tubo; - (0,2 B) para solda tubo / conexão, conexão / conexão ou ainda para materiais de compostos de polietileno diferentes;

- a fenda entre os bulbos simples, em todo o perímetro, não deve implicar em diminui-ção da espessura da parede do tubo ou conexão;


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4.5.4. Controle de qualidade através do bulbo de solda – método destrutivo. Caso persista dúvida quanto a qualidade da solda após a verificação conforme item 4.5.3., deverá ser aplicado o método destrutivo conforme descrito abaixo: - com auxilio de ferramenta apropriada (Figura 8), deverão ser retirados os bulbos ex-ternos e internos da solda que gerou a suspeita e da solda imediatamente anterior, pro-cedendo-se às seguintes verificações:

Figura 8 – Ferramenta para retirada do cordão interno ou externo de solda

- a largura do bulbo de solda, em todo o comprimento. Esta verificação deve ser efetua-da com auxílio de um gabarito ou outro dispositivo de medição, e não deve variar mais que ± 10% da largura do bulbo padrão definido em 4.5.1; - realizar o controle visual da face interna do bulbo de solda, em todo o comprimento, verificando a ocorrência de sujeiras, contaminações, bulbos não uniformes, fissuras, etc.. O bulbo deve apresentar-se sólido, com base larga, (Figura 9);

Cordão uniforme

Base larga

Cordão apropriado Base estreita

Cordão não uniforme

Cordão rejeitado

Figura 9 - Aparência do cordão final de solda quando retirado - submeter o bulbo a um esforço de torção e tração, simultâneos, (Figura 10), para veri-ficar a ocorrência de descolamento entre os bulbos simples de solda. Se isto ocorrer, há indícios de ter havido contaminação da solda, devendo a mesma ser reprovada.


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Figura 10 - Teste para verificação de contaminação da solda

4.6. Relatório do controle da qualidade da solda Cada um dos relatórios de solda, juntamente com o respectivo bulbo, devem ser guarda-dos e protegidos em sacos plásticos individuais e serem entregues à fiscalização da Sa-besp. Este relatório deve apresentar, no mínimo, os seguintes dados: a) completa identificação dos tubos e conexões, incluindo o DE, tipo de material, nomes dos fabricantes do tubo e conexão e respectivos códigos de rastreabilidade; b) parâmetros de temperatura, tempo e pressão utilizados durante a execução da solda; c) os resultados das verificações descritas no item 4.5; d) completa identificação do local onde se encontra a solda, através de estacas ou cotas; e) nome, assinatura e número da credencial de qualificação do profissional (conforme NTS 059) que executou a solda bem como do responsável pelo controle da qualidade da solda. Caso tenha sido a mesma pessoa deverá constar do relatório; f) data de execução da solda. g) nome e assinatura do fiscal;

5. CUIDADOS ESPECIAIS Não se deve submeter os tubos ou conexões soldados a esforços de tração, flexão ou à pressão interna antes de decorrido o tempo indicado na Tabela 1, acrescido do tempo de resfriamento indicado na Tabela 1 constante do anexo A.

Tabela 1 - Tempo mínimo para aplicação de esforços e pressão interna DE (mm) Tempo (min)

63 até 110 15 Maior do que 110 até 180 20 Maior do que 180 até 315 30 Maior do que 315 até 500 45 Maior do que 500 até 800 60

Maior do que 800 120


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ANEXO A Parâmetros básicos de solda conforme DVS 2207/1995: Temperatura de solda: 200º a 220ºC, tal que quanto maior a espessura do tubo menor a temperatura. Para espessuras ≥ 40 mm, temperatura de 200ºC. Para espessuras < 5 mm, temperatura de 220ºC. Vide gráfico apresentado na Figura 3 da norma DVS 2207:1995. A tolerância da temperatura é de ± 10ºC.

Tabela 1 – Tempos para execução da solda

Espessura do tubo

Pressão de pré-aquecimento

1,5 a 1,8 kgf/cm2

(± 0,01 kgf/cm2)

Retirada da placa de solda

Pressão de aquecimento

0 a 0,2 kgf/cm2

Pressão de soldae resfriamento

1,5 a 1,8 kgf/cm2

(± 0,01 kgf/cm2)

(mm) Largura inicial do cordão (mm)

Tempo máximo (s)

Tempo (s) (± 5s)

Tempo mínimo (min)

2,0 – 4,5 0,5 4 – 5 6 4,5 – 7 1,0 5 – 6 6 – 10 7 – 12 2,0 6 – 8 10 x Esp (s) 10 – 16

12 – 19 2,0 8 – 10 16 – 24 19 – 26 2,0 10 – 12 24 – 32 26 – 37 3,0 12 – 16 32 – 45 37 – 50 3,5 16 – 20 45 – 60 50 – 70 4,0 20 – 25 60 – 80

Nota: 1) Pressão de pré-aquecimento = pressão indicada nos parâmetros de soldagem (vide tabela da máquina de solda) + a pressão de arraste.

2) Pressão de aquecimento = 0 (zero) ou até a pressão de arraste. 3) Pressão de solda e resfriamento = pressão indicada nos parâmetros de solda-

gem (vide tabela da máquina de solda) + a pressão de arraste. As pressões desenvolvidas pelo equipamento de solda são determinadas em função do sistema do equipamento (hidráulico, pneumático, elétrico) tal que na área de solda dos tubos resultem as pressões definidas na tabela acima. O tempo de aquecimento deve ser de 10 vezes a espessura do tubo em mm. Ex. Espes-sura de 10 mm, tempo de aquecimento de 100 segundos. A largura inicial do cordão é de caráter indicativo, não sendo objeto de medição. O tempo mínimo de resfriamento deve ser proporcional à espessura do tubo. Ex. Espes-sura 7 mm, tempo de 10 minutos. Espessura de 12 mm, tempo de 16 minutos. Obs: Admite-se redução do tempo de resfriamento quando utilizados equipamentos au-tomáticos que dispõem de Software que calcula este tempo em função da temperatura ambiente. O Gráfico 1 a seguir mostra os tempos e as pressões a serem aplicadas para execução da solda.


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Gráfico 1 - Gráfico de pressão x tempo

Tempo

PP

0.2

1.5

t t t t t

P

2

2

p s 31

1 3

PressãoKg/cm 2

P1 = Pressão de pré-aquecimento para formar o cordão

t1 = Tempo de pré-aquecimento

P2 = Pressão de aquecimento ou de simples contato t2 = Tempo de aquecimento tp = Tempo de retirada da placa de aquecimento ts = Tempo para elevar a pressão à pressão de solda P3 = Pressão de fusão t3 = Tempo de resfriamento


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Execução de solda em tubos e conexões de polietileno por ter-mofusão (solda de topo)

Considerações finais: Esta norma técnica, como qualquer outra, é um documento dinâmico, podendo ser alte-rada ou ampliada sempre que for necessário. Sugestões e comentários devem ser envia-dos à Assessoria para Desenvolvimento Tecnológico - T V V. Tomaram parte na elaboração desta Norma:

ÁREA UNIDADE DE TRABALHO

NOME

C CSQ Adilson M. Melo Campos C CSQ Dorival Corrêa Valillo M MSSS Richard Welsch R REQ Pedro Jorge Chama Neto R RGO José Paulo Zamarioli T TEV José de Carvalho Neto T T V V Marco Aurélio Lima Barbosa T T V V Reinaldo Putvinskis


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Sabesp - Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo Diretoria de Tecnologia e Planejamento – T Assessoria para Desenvolvimento Tecnológico – T V V Rua Costa Carvalho, 300 - CEP 05429-900 São Paulo - SP - Brasil Telefone: (0xx11) 3388-8091 / FAX: (0xx11) 3814-6323 E-MAIL : [email protected]

- Palavras-chave: Solda; tubo de polietileno; conexão de polietileno - 10 páginas

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