CUSTO DE SOLDAGEM

DENNIS ARGUELLES BOTINELLY

ESTUDO PRÁTICO COMPARATIVO ENTRE OS PROCESSOS DE SOLDAGEM ELETRODO REVESTIDO E ARAME TUBULAR EM UNIÃO DE TUBO API 5L GRAU B

Trabalho Final de Conclusão apresentado ao Curso de Especialização em Engenharia de Dutos da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para obtenção do Grau de Especialista. .

ORIENTADOR: PROF. DR. MIGUEL LUÍS RIBEIRO FERREIRA

NITERÓI 2009

Ficha Catalográfica elaborada pela Biblioteca da Escola de Engenharia e Instituto de Computação da UFF

B749 Botinelly, Dennis Arguelles.

Estudo prático comparativo entre os processos de soldagem eletrodo

revestido e arame tubular em união de Tubo API 5L Grau B / Dennis Arguelles Botinelly.  – Niterói,. RJ : [s.n.], 2009. 55 f. Orientador: Miguel Luís Ribeiro Ferreira. Monografia (Especialização em Engenharia Universidade Federal Fluminense, 2009.

de

Dutos)  –

1. Soldagem (processo). 2. Otimização de processo. 3. Oleoduto. 4. Eletrodo. 5. Competitividade. Competitividade. 6. Produção intelectual. intelectual. I. Título. CDD 671.52

DENNIS ARGUELLES BOTINELLY

ESTUDO PRÁTICO COMPARATIVO ENTRE OS PROCESSOS DE SOLDAGEM ELETRODO REVESTIDO E ARAME TUBULAR EM UNIÃO DE TUBO API 5L GRAU B

Trabalho Final de Conclusão apresentado ao Curso de Especialização em Engenharia de Dutos da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para obtenção do Grau de Especialista. .

Aprovada em 21 de janeiro de 2009.

BANCA EXAMINADORA ___________________________________________ Prof. Dr. Miguel Luís Ribeiro Ferreira  – Orientador Universidade Federal Fluminense ___________________________________________ Prof. Dr. Sérgio Souto Maior Tavares Universidade Federal Fluminense ___________________________________________ Prof. José Luiz Ferreira Martins Universidade Federal Fluminense

Niterói 2009

DEDICATÓRIA

À minha família, como reconhecimento e gratidão.

AGRADECIMENTOS

Ao Professor Miguel Luiz R. Ferreira, pela orientação e estímulo no desenvolvimento deste trabalho. Ao Professor José Luiz F. Martins pelas orientações durante os ensaios executados e a todos que contribuíram de alguma forma com a realização dos experimentos que embasaram as conclusões ao longo deste trabalho.

RESUMO A busca na otimização dos processos construtivos de oleodutos é uma preocupação sempre crescente por parte dos executores, visando principalmente ganhos em competitividade através do trinômio prazo, preço e qualidade. Nesta questão, aspectos técnicos e econômicos do processo de soldagem adotado têm um peso considerável. O objetivo deste trabalho, fundamentado em norma específica de soldagem de oleodutos (API 1104) e procedimentos metodológicos (revisão bibliográfica, análise de modelos de custo, coleta de dados e análise de resultados), compara sob ponto de vista técnico econômico, duas combinações de processos de soldagem, utilizando juntas em tubulação de 6”, fabricada em aço API 5L grau B, como a seguir: Eletrodo Revestido (raiz, enchimento, acabamento) e Eletrodo Revestido (raiz) + Arame Tubular (enchimento/acabamento). As conclusões do estudo indicarão aquele processo considerado mais adequado com base nos resultados apresentados. Palavras Chaves: Soldagem (processo); 2. Otimização de processo; 3. Oleoduto; 4. Eletrodo; 5. Competitividade; 6. Produção intelectual.

ABSTRACT The purpose to reach best results over oil & gas pipelines construction is a constant care of the performers, having in mind delivery, price and quality. The Technical and economic aspects of welding process adopted has a considerable importance. The idea of this statement, based according to rule established for oil & gas pipelines welding process (API 1104) and  proceedings, compare two welding processes as follows: 6” carbon steel pipe API 5L GR B

by SMAW process and FCAW process. The study conclusion will indicate such process as the most appropriated considering the results obtained. Keyword: Welding (process); 2. Optimization of process; 3. Pipeline; 4. Electrode; 5. Competitiveness; 6. Intellectuall production. .

LISTA DE ILUSTRAÇÕES Pág. Figura 1 - Processo Processo de Soldagem por Arame Tubular Protegido por Gás...................... Gás...................... 16 Figura 2 - Volume da Junta Soldada............................. Soldada................................................... ............................................. ............................ ..... 17 Figura 3 - Desenho Esquemático do Segmento de T ubo 6”........................................... 22 Figura 4 - Parâmetros da Junta para Cálculo da Massa Depositada.......................... Depositada............................... ..... 29

LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Valores Valores de Referência para o Fator Fator de Ocupação ........................................ ........................................ Tabela 2 - Valores Valores de Típicos de Eficiência Prática de Deposição........................... Deposição................................ ..... Tabela 3 - Composição Química do Metal Base..................................... Base........................................................... ........................ Tabela 4 - Propriedades Mecânicas Mecânicas do Metal Base................................ Base...................................................... .......................... Tabela 5 - Resumo dos Metais de Adição por Processos de Soldagem......................... Soldagem......................... Tabela 6 - Resultado do Ensaio de Tração ............................................... .................................................................... ..................... Tabela 7 - Resultado do Ensaio de Nick Break....................................... Break............................................................. ........................ Tabela 8 - Tabela Resumo Custo Teórico da Junta.................................... Junta........................................................ .................... Tabela 9 - Tabela Tabela de Massa Real de Metal Depositado na Junta .................................. .................................. Tabela 10 - Tabela Resumo Custo Real da Junta.............................. Junta.................................................... ............................. ....... Tabela 11 - Tabela Resumo Custo Unitário Teórico e Real........................................ Real........................................... ...

Pág. 19 19 21 21 24 27 28 31 31 32 35

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO....................................................................................................... 2. REFERENCIAL TEÓRICO ................................................................................. 2.1 PROCESSOS DE SOLDAGEM ....................................................................... 2.1.1 PROCESSO DE SOLDAGEM POR ELETRODO REVESTIDO (SMAW)............ 2.1.2 PROCESSO DE SOLDAGEM POR ARAME TUBULAR (FCAW).......................... 2.2 CUSTOS DE SOLDAGEM ............................................................................... 2.3 MODELO DE CUSTO DE JUNTA SOLDADA (FORMULÁRIO PRÁTICO) 2.3.1 MASSA DE METAL DEPOSITADO.............................................. .................................................................. .................... 2.3.2 TEMPOS EM SOLDAGEM ................................................................................ 2.3.3 OUTROS PARÂMETROS DE CUSTOS DE SOLDAGEM ......................................... 2.4 QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTO SEGUNDO API 1104 ................... 3. MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................. 3.1 METAL DE BASE ............................................................................................. 3.2 CONSUMÍVEIS DE SOLDAGEM ................................................................. 3.2.1 ELETRODO REVESTIDO...................................... ............................................................ ......................................... ................... 3.2.2 ARAME TUBULAR......................................................................................... 3.2.3 GÁS DE PROTEÇÃO....................................................................................... 3.3 PROPRIEDADES MECÂNICAS ...................................................................... 3.3.1 REQUISITOS API 1104 PARA QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS.......... 3.3.1.1 Método e Requisitos - Teste de Resistência Resistência a Tração.......................... Tração.......................... 3.3.1.2 Método e Requisitos - Teste de Nick-break............................... Nick-break......................................... .......... 3.3.1.3 Método e Requisitos - Teste de Dobramento da Raiz e da Face.......... Face....... ... 4. RESULTADOS DOS ENSAIOS MECÂNICOS E DOS LEVANTAMENTOS DE CUSTOS......................................... ............................................................... ............................. ....... 4.1 RESULTADOS DOS ENSAIOS MECÂNICOS................................................. 4.1.1 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE TRAÇÃO.................................................... 4.1.2 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE NICK BREAK................................................ 4.1.3 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE DOBRAMENTO DA FACE E RAIZ................... 4.2 CUSTO POR JUNTA TEÓRICO E REAL.......................................................... 4.2.1 CUSTO TEÓRICO DA JUNTA SOLDADA POR ELETRODO REVESTIDO E ................................................................ ................................. ........... ............ ARAME TUBULAR.......................................... 4.2.2 CUSTO REAL DA JUNTA SOLDADA POR ELETRODO REVESTIDO E ARAME TUBULAR..................................................................................................... 5. ANÁLISE....................................... ANÁLISE............................................................. ............................................ ............................................ ................................ .......... 5.1 ANÁLISE DOS RESULTADOS........................... RESULTADOS................................................. ............................................ ........................ 6 .CONCLUSÕES ....................................... ............................................................. ............................................ ......................................... ................... 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................. ................................................................. ...................

Pág. 11 13 13 13 14 16 17 18 18 19 20 21 21 22 22 23 24 24 24 24 25 25 27 27 27 28 28 29 29 31 33 33 36 38

ANEXOS ANEXO A - CERTIFICADO DO TUBO.............................................. ..................................................................... ............................ ..... ANEXO B - CONSUMÍVEIS – ELETRODOS E ARAME................................................... ANEXO C - PROCEDIMENTOS DE SOLDAGEM ............................................. ............................................................ ............... ANEXO D - GRÁFICOS DE TAXAS DE DEPOSIÇÃO – ELETRODO E ARAME TUBULAR.. ANEXO E - ACOMPANHAMENTO DA SOLDAGEM .......................................................

40 43 46 49 51

1

INTRODUÇÃO O mercado de construção de oleodutos e gasodutos, dado as crescentes demandas da

indústria petrolífera, vem demonstrando ao longo dos anos um grande interesse no desenvolvimento dos processos de soldagem, notadamente àqueles que representem ganhos em competitividade através do trinômio custo, prazo e qualidade. A junta soldada, parte significativa do processo construtivo de oleodutos, tanto no que diz respeito aos tempos de execução envolvidos quanto à própria qualidade requerida, reflete a busca constante pela otimização dos processos de soldagem, trazendo ao mercado cada vez mais exigente, equipamentos e consumíveis com melhores características, que se traduzam em ganhos de produtividade e qualidade na sua execução. Focando aspectos de ganhos de produtividade (custos) e de qualidade envolvidos na execução da junta soldada, o objetivo deste trabalho é analisar e comparar sob o ponto de vista técnico e econômico, duas combinações de processos de soldagem, utilizando uma junta de tubulação de 6”, fabricada em aço API 5L grau B, como a seguir:

Eletrodo Revestido - eletrodo revestido (raiz, enchimento e acab.) e, Arame Tubular - eletrodo revestido (raiz) + Arame Tubular (enchimento/acab.) O presente trabalho traz como fundamentação a norma específica de soldagem de oleodutos API 1104/2005 e procedimentos metodológicos (revisão bibliográfica, análise de modelos de custo, coleta de dados e análise de resultados) que serão abordados na profundidade adequada nos capítulos seguintes.

12

Para efeito da análise econômica comparativa será adotado um modelo de custo adequado e serão coletadas as informações suficientes ao estudo tanto do mercado como do laboratório prático. Com o propósito da avaliação técnica da junta soldada, após a soldagem, corpos de prova serão retirados das juntas e testados através de ensaios destrutíveis, avaliando-se assim as características encontradas na respectiva junta e a qualidade do material combinado (de base e adição). Sem a pretensão de exaurir todas as hipóteses relacionadas aos processos de soldagem citados, as conclusões do estudo indicarão o processo considerado mais adequado com base na abordagem teórica devidamente confrontada com os resultados obtidos da experimentação prática.

2 2.1

REFERENCIAL TEÓRICO PROCESSOS DE SOLDAGEM

Serão descritos a seguir resumidamente os aspectos principais dos processos de soldagem utilizados neste trabalho, ou seja, o processo de soldagem a arco elétrico por eletrodos revestidos (SMAW ou “Shield Metal Arc Welding) e o processo de soldagem por 

Arame Tubular (FCAW ou “Flux-Cored Arc Welding”).

2.1.1 PROCESSO DE SOLDAGEM POR ELETRODO REVESTIDO (SMAW) Em 1865, um inglês chamado Wilde obteve a primeira patente de soldagem por arco elétrico. Durante os anos seguintes, a soldagem por arco foi realizada com eletrodos nus, que eram consumidos na poça de fusão e, tornavam-se parte do metal de solda. Porém, as soldas eram de baixa qualidade devido ao nitrogênio e ao oxigênio na atmosfera que formavam óxidos e nitretos prejudiciais ao metal de solda. A importância da proteção ao arco contra os agentes atmosféricos foi percebida no início do século XX, e daí, originando o primeiro eletrodo revestido, constituído inicialmente de uma camada de material argiloso (cal), cuja função era facilitar a abertura do arco e aumentar sua estabilidade. Em 1907 o processo foi patenteado por Oscar Kjellberg. No processo de soldagem com eletrodo revestido, também conhecido como soldagem manual a arco elétrico, a união de metais se processa pelo aquecimento proveniente de um arco elétrico estabelecido entre o eletrodo revestido e o metal de base (peça a ser soldada). O metal fundido do eletrodo é continuamente transferido através do arco elétrico até a poça de

14 fusão, formando assim, o metal de solda. A poça de fusão é protegida da atmosfera (O2 e N2) pelos gases de combustão do revestimento, que em função da sua constituição química se apresentam como revestimentos ácidos, celulósicos, rutílicos ou básicos. O metal depositado e as gotas do metal fundido que são ejetadas recebem uma proteção adicional através do banho de escória, que é formado pela queima de alguns componentes do revestimento. Outras funções do revestimento são proporcionar a estabilidade do arco, controlar a forma do cordão de solda e adicionalmente, pode ainda conter elementos que são incorporados à solda, influenciando sua composição química e características metalúrgicas. O equipamento consiste de fonte de energia (ou máquina de soldagem), porta eletrodo e cabos, além de equipamentos de segurança para o soldador (máscara, luvas, avental, etc.) e para a limpeza do cordão e remoção de escória (picadeira e escova de aço). A soldagem é realizada manualmente, com o soldador controlando o comprimento do arco e a poça de fusão (pela manipulação do eletrodo) e deslocando o eletrodo ao longo da junta. O processo é interrompido para troca do eletrodo e remoção de escória da região onde a soldagem será continuada. Apesar do surgimento de novos processos de soldagem, o processo de soldagem por eletrodo revestido ainda é muito empregado graças à sua versatilidade, baixo custo de operação e simplicidade dos equipamentos necessários e a possibilidade de uso em locais de difícil acesso, ou sujeito a ventos. As desvantagens do processo são a baixa produtividade, os cuidados especiais especiais que são necessários no tratamento e manuseio dos eletrodos revestidos e o grande volume de gases e fumos gerados durante a soldagem.

2.1.2 PROCESSO DE SOLDAGEM POR ARAME TUBULAR (FCAW) Data da década de 30 o início da utilização de proteção gasosa nas operações de soldagem, para resolver problemas da contaminação atmosférica nas soldas de materiais reativos (i.e. alumínio, titânio e ligas de magnésio), tendo dado origem ao processo TIG (Tungsten Inert Gas). Utilizando o mesmo princípio de funcionamento do TIG, ou seja um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo e a peça, envolto por uma atmosfera protetora de gás inerte, surge em 1948 o processo MIG, o qual difere do anterior por utilizar um eletrodo

15 consumível de alimentação contínua. Inicialmente utilizado para ligas altamente reativas, pois a utilização de gases inertes tornava seu custo elevado para utilização em aços carbono e baixa liga. Quando da introdução do CO2 como gás de proteção revelou-se um processo bem aceito para soldagem de aço carbono e baixa liga, uma vez que barateou o custo do processo. No início apenas arame sólido era utilizado e, por volta dos anos 50, foi introduzido o uso de Arame Tubular com proteção gasosa. Na década de 60, o Arame autoprotegido foi introduzido por pesquisadores e engenheiros da Lincoln Eletric. Nas décadas de 60 e 70 foi observado um substancial crescimento desse processo nos Estado Unidos, o mesmo ocorrendo no Japão na década de 80. Em 1991, foi incorporado em uma fábrica da ESAB Brasil uma unidade de produção de arames tubulares OK. A utilização de Arame Tubular deu uma alta qualidade ao metal de solda depositado, excelente aparência ao cordão de solda, boas características de arco, além de diminuir o número de respingos e possibilidade de solda em todas as posições, tendo ganho popularidade para soldagem de aços carbono e baixa liga, em chapas de espessura grossa e fina. Muitas vezes sendo utilizado onde a geometria de junta e posição de soldagem não permitia a aplicação de outros processos de alto rendimento tal como arco submerso.

“Segundo

BRACARENSE, o FCAW (Flux Cored Arc Welding) é um processo de soldagem onde a coalescência (união) entre metais é obtida através de arco elétrico entre o eletrodo e a peça a ser soldada. A proteção do arco neste processo é feita pelo fluxo interno do arame podendo ser, ou não, complementada por um gás de proteção. Além da função de proteger o arco elétrico da contaminação pela atmosfera, o fluxo interno do arame pode também atuar como desoxidante através da escória formada, acrescentar elementos de liga ao metal de solda e estabilizar o arco. A escória formada, além de atuar metalurgicamente, protege a solda durante a solidificação.”

É um processo semelhante ao processo MIG/MAG, inclusive na maioria das aplicações utiliza os mesmos equipamentos do arame sólido, diferindo deste pelo fato de possuir um arame no formato tubular, que em seu interior contém um fluxo composto de materiais inorgânicos e metálicos com várias funções, entre as quais a melhoria das características do arco elétrico, a transferência do metal de solda, a proteção do banho de fusão e em alguns casos a adição de elementos de liga, além de atuar como formador de escória.

16

Figura 1  –  Processo de Soldagem por Arame Tubular Protegido por Gás (fonte: BRACARENSE, Alexandre Queiroz, Processo de Soldagem por Arame Tubular FCAW, 2000)

O processo tem duas variantes, podendo ser protegido por gás inerte (Figura 1), por gás ativo ou mistura destes ("dualshield") ou autoprotegido, sem a utilização de gases de proteção ("innershield"). Atualmente a utilização de Arame Tubular autoprotegido tem tido grande interesse em conseqüência da sua versatilidade e possibilidade de aplicação em ambientes sujeitos a intempéries como, na fabricação de plataformas de prospeção de petróleo, estaleiros navais, locais de difícil acesso e condições de trabalho, onde até então era absoluto o domínio do processo de soldagem por eletrodos revestidos. 2.2

CUSTOS DE SOLDAGEM A operação de soldagem é uma parte significativa no processo de construção de

oleodutos e gasodutos e, portanto os custos dela resultantes. A fim de se garantir os requisitos operacionais da instalação há um grande envolvimento de mão de obra qualificada tanto na execução como na fiscalização dos processos de soldagem, insumos e equipamentos. Este trabalho será focado em aspectos comparativos de custo e qualidade de uma junta soldada com representatividade em plantas industriais, através de processos de soldagem distintos (SMAW e FCAW). Serão considerados os custos relativos à produção de uma junta soldada

17 destacando os elementos suficientes a que se estabeleça a comparação entre os dois processos de soldagem. 2.3

MODELO DE CUSTO DE JUNTA SOLDADA (FORMULÁRIO PRÁTICO) Existem vários modelos para a determinação do custo de soldagem, uns mais

completos do que outros, com abordagens mais ou menos abrangentes (ex.: FELS, LINCOLN e BRITO). Para efeito deste estudo, será adotado como modelo de apropriação de custo, o trabalho desenvolvido por MODENESI, Paulo J., 2001  –  Estimativa de Custos de Soldagem, considerado mais simplificado, porém adequado ao propósito de comparação econômica dos processos indicados. A operação de soldagem envolve um grande número de aspectos que podem ter algum impacto em seu custo final, como por exemplo: o uso de consumíveis (metal de adição, gás, fluxo e outros), o custo de pessoal e outros custos fixos, o gasto de energia elétrica, os custos de manutenção, a depreciação e o custo dos equipamentos e materiais de proteção. No modelo adotado serão considerados: os custos dos consumíveis, custos de pessoal e custos fixos bem como os custos de energia elétrica.

“Segundo

MODENESI, a determinação dos custos associados com os consumíveis de soldagem e a mão de obra se baseia no cálculo da massa de metal depositado (Figura 2) em um cordão de solda e no tempo de soldagem ”

Figura 2 – Volume da Junta Soldada (fonte: MODENESI, MODENESI, Paulo J., 2001 – Estimativa de Custos de Soldagem)

18

2.3.1 MASSA DE METAL DEPOSITADO (ms) A massa de metal depositado (Figura 2) pode ser obtida através do produto do volume pela densidade do metal de adição, ou seja, é função da geometria da junta, comprimento do cordão e densidade do material depositado, que no caso de aço, equivale a 7,85 g/cm 3.

ms = As x L x r

...(1)

Onde :

As = área transversal do cordão associada com o metal depositado. L = comprimento do cordão r

= densidade da solda, para aço carbono = 7,85 g/cm 3

2.3.2 TEMPOS EM SOLDAGEM a) Tempo de Arco Aberto (t arc):

tarc = ms / zm

...(2)

O tempo de arco aberto é a razão entre a massa de metal depositado e a taxa de deposição. A taxa de deposição do processo (zm) é a razão entre a quantidade de material depositado pela unidade de tempo e depende de vários fatores, incluindo o processo de soldagem, o tipo, diâmetro e comprimento do eletrodo e o tipo, a polaridade e o nível de corrente.

b) Tempo Total (t T ): tT = tarc / 

...(3)

O tempo total da operação de soldagem (tT) é a soma do tempo de arco aberto e o tempo necessário para outras operações (remoção de escória e respingos, troca de eletrodos, posicionamento de cabeçote, etc.). O tempo total pode ser calculado através da razão entre o tempo de arco aberto e um fator percentual que é função dos diferentes modos possíveis de operação (Manual, SemiAutomático, etc.), denominado fator de ocupação ( ). Em termos práticos este fator representa o acréscimo percentual no tempo de arco aberto ( tarc) e que deve ser considerado em função

19 do processo de soldagem adotado para efeito de cálculos de custo. Os valores de referência podem ser obtidos na Tabela 1.

Tabela 1  –  Valores de Referência para o Fator de Ocupação ( ) Modo de Operação

(%)

Manual

05 – 30

Semi-automático

10-60

fonte: MODENESI, MODENESI, Paulo J., 2001 – Estimativa de Custos de Soldagem

2.3.3 OUTROS PARÂMETROS DE CUSTOS DE SOLDAGEM SO LDAGEM

a) Custo de Eletrodos ou Arame (Ce) : É o custo com o consumível, eletrodo ou arame, onde  é a eficiência prática de deposição deposição do processo (Tabela 2) e C eU é o preço por peso unitário do eletrodo (exemplo , R$  / kg), ou seja: seja:

Ce = ( m s /  ) x CeU

...(4)

Tabela 2  –  Valores Típicos de Eficiência Prática Prática de Deposição ( ) Processo

(%)

Eletrodos Revestidos: Comprimento: 350mm

55 - 65

450mm

60 - 70

Arames Tubulares : FCAW

80 - 85

fonte: MODENESI, MODENESI, Paulo J., 2001 – Estimativa de Custos de Soldagem

b) Gás de proteção (Cg): É o custo com o consumível gás, onde V G é a vazão de gás usada e C GU é o preço por volume de gás (por exemplo, em R$ / m 3), ou seja:

Cg = VG x tarc x CGU c) Mão de obra e custos fixos (C L):

...(5)

20 É o custo total previsto com mão de obra e gastos fixos, onde L e O são respectivamente, os custos por unidade de tempo com mão de obra e gastos fixos .

CL = ( tarc /  ) x (L+ O)

...(6)

d) Energia Elétrica (CEL): É o custo total previsto com energia elétrica, onde C ELU (R$ / kWh) é o preço da energia elétrica, P (kW) é a potência média desprendida durante a soldagem e el é a eficiência elétrica do equipamento de soldagem. Por exemplo, a eficiência de um transformador gira em torno de 80%.

CEL = ( P x tarc /  el ) x CELU 2.4

...(7)

QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTO SEGUNDO API 1104 Será adotada neste trabalho será a Norma API 1104 do American Petroleum Institute, – 

Welding of Pipelines and Related Facilities, 20th edition, 2005, que têm em seu escopo a aplicação em uma gama de processos de soldagem e, que inclui os processos aqui indicados, quais sejam, soldagem por eletrodo revestido e por arame tubular. Conforme a Norma API 1104, seção 5, subitem 5.1  –  Procedure Qualification, antes de se iniciar a soldagem, um procedimento detalhado com as especificações deve ser estabelecido e qualificado para demonstrar que juntas soldadas com as propriedades mecânicas adequadas podem ser executadas com o referido procedimento. A qualidade da soldagem deve ser determinada através de ensaios destrutíveis, onde constam o Ensaio de Resistência, o Nick-break Test (teste onde se aplica um golpe por martelamento em uma junta soldada entalhada) entalhada) e Ensaios de Dobramento (side bend, root and face bend tests). Serão adotados os procedimentos estabelecidos na seção 5.5  – Welding of Test JointsButt Welds e 5.6  –  Testing of Welded Joints-Butt Welds para a preparação dos corpos de prova e execução dos ensaios destrutíveis, bem como para os critérios de aceitação.

3 3.1

MATERIAIS E MÉTODOS METAL DE BASE O material utilizado neste estudo prático segue a norma do American Petroleum

Institute, API SPEC 5L - “Specification For Line Pipe”, que especifica requisitos técnicos para fabricação de tubos de aço para condução sob pressão de óleo e gás. O material utilizado, muito comum em instalações industriais, é um tubo API 5L Grau B, PSL 1, sem costura e laminado à quente, de diâmetro 6” e com espessura 7,10 mm. Os demais detalhes do material encontram-se nas tabelas 3 e 4 abaixo e que foram extraídos do Certificado do Tubo (anexo A):

Tabela 3  –  Composição Química do Metal Base GRAU B

C ( max ) 0,28

Mn ( máx) 1,20

P ( máx) 0,030

S( máx) 0,030

(fonte: Certificado do Tubo – Anexo A)

Tabela 4  –  Propriedades Mecânicas do Metal Base Lim. Escoamento Min. 35.000 psi / 241 MPa

Resistência à Tração Min. 60.000 psi / 414 MPa

(fonte: Certificado do Tubo – Anexo A)

Corpos de Prova

22 Para os testes de soldagem das juntas, foram retirados 04 segmentos de 150 mm cada conforme indicado na Figura 3. Para definição do ângulo do bisel (foi adotado 35 º) em função do tipo de junta (“V” simples - 70 º), recomendado em função da espessura de parede, conforme norma ASME B31.4  –  2006 “ Pipeline Transportation Systems for Liquid Hydrocarbons and Other  Liquids”, item 434.8.6.

De = 168,28 mm e = 7,10 mm

35 º

e

nariz = 1,5 mm

De

150 mm

Figura 3 – Desenho Esquemático do Segmento de Tubo 6”

3.2

CONSUMÍVEIS DE SOLDAGEM

3.2.1 ELETRODO REVESTIDO Conforme indicado na norma ASME B 31.4  –  2006 “ Pipeline Transportation Systems for Liquid Hydrocarbons and Other Liquids”, item 434.8.2, o metal de adição

(eletrodo) deve ser selecionado de tal forma que a resistência da junta soldada seja igual ou superior ao Limite de Resistência mínimo do material que está sendo soldado. Foi consultado o Catálogo de Eletrodos Revestidos OK da ESAB, 2007 (Anexo B) e selecionado para o passe de raiz o eletrodo E 6010 celulósico (Pipeweld 22.45 P) por apresentar as características de resistência a tração entre 470 MPa e 500 MPa, um pouco superior ao limite de resistência do metal de base (414 MPa). O eletrodo E 6010 é de uso geral, inclusive utilizado em oleodutos e gasodutos e indicado para soldagem em todas as posições. Os parâmetros ótimos para soldagem são indicados no catálogo. Nos eletrodos E 6010 o revestimento é predominantemente, uma pasta de celulose modificada com silicatos

23 minerais, desoxidantes e silicato de sódio. A quantidade de revestimento desses eletrodos é pequena, cerca de 10-12% em peso. Para o enchimento e acabamento será utilizado o eletrodo E 7018 (48.04), selecionado do Catálogo de Eletrodos Revestidos OK da ESAB, 2007 (Anexo B), por apresentar as características de resistência a tração entre 530 MPa e 590 MPa, superior ao limite de resistência do metal de base (414 MPa). O eletrodo OK 48.04 (E 7018) é de uso geral em soldagem de grande responsabilidade e deposita metal de alta qualidade. Os parâmetros ótimos para soldagem são indicados no catálogo. 3.2.2 ARAME TUBULAR Os consumíveis usados na soldagem com arames tubulares são os próprios arames e, quando usados, os gases de proteção. De um modo geral o fluxo contido no interior dos arames tubulares corresponde corresponde a 12% a 36% do seu peso. Os arames tubulares para soldagem de aços carbono e aços de baixa liga são classificados pela American Welding Society  –  AWS segundo as especificações AWS A5.20 e AWS A5.29 respectivamente, que se baseiam principalmente na aplicabilidade do arame quanto à soldagem em passe único ou multipasse e quanto ao uso ou não de proteção gasosa suplementar. Outros fatores considerados são o tipo de corrente e as posições de soldagem recomendadas para um dado arame, além das propriedades mecânicas do metal depositado. O sistema de classificação adotado pela AWS tem o formato E XYT  –  Z  –  K, onde: E

indica que se trata de um eletrodo para soldagem a arco;

X

representado representado por um dígito , é um número que indica o limite de resistência mínimo

à tração do metal depositado em 10.000 psi; Y

indica as posições de soldagem recomendadas;

T

indicação de arame tubular;

Z

indica a aplicabilidade e desempenho do consumível e

K

indica os requisitos de composição química do metal depositado, sendo usado

apenas no caso de eletrodos para soldagem de aços baixa liga. Foi consultado o Catálogo de Arames Tubulares OK da ESAB (Anexo B) e selecionado para o enchimento e acabamento o arame tubular E 71T-1 (TUBROD 71 Ultra) por apresentar as características de resistência a tração de 600 MPa, superior ao limite de resistência do metal de base (414 MPa). O arame tubular se presta a soldagem em um único

24 passe ou multipasse em todas as posições e é de uso geral. Os parâmetros ótimos para soldagem são indicados no catálogo. Encontram-se a seguir, na Tabela 5, as principais características dos consumíveis (eletrodos e arame) selecionados por processo de soldagem.

Tabela 5  –  Resumo dos Metais de Adição por Processos de Soldagem Processo de Soldagem

Metal de Adição Fabricante Marca Comercial Classif. AWS



(mm)

Eletrodo Revestido Arame Tubular

SMAW (Raiz)

ESAB

Pipeweld 22.45 P

E 6010

2,5

SMAW (Ench. e Acab.)

ESAB

OK 4804

E 7018

2,5

SMAW (Raiz)

ESAB

Pipeweld 22.45 P

E 6010

2,5

FCAW (Ench. e Acab.)

ESAB

Tubrod 71

E 71T-1

1,2

3.2.3 GÁS DE PROTEÇÃO A utilização de CO 2 puro apresenta uma grande vantagem em comparação a outras misturas que é o custo do gás. A sua utilização possibilita a transferência metálica ocorrer tanto em modo globular ou curto circuito, que será o caso. No processo de soldagem por Arame tubular o gás CO 2 será empregado. 3.3

PROPRIEDADES MECÂNICAS

3.3.1 REQUISITOS API 1104 PARA QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS Conforme a Norma API 1104 para a qualificação do procedimento de soldagem, dois segmentos de tubo (niples) devem ser unidos seguindo uma especificação de soldagem, que deve incluir minimamente informações do tipo: Processos de soldagem ou combinação destes; Material do Tubo; Diâmetro e Espessura de parede; Croquis da Junta; Metal de Adição e número de passes; Características Elétricas; Posição e Direção da Soldagem, etc. Para nortear o trabalho, os procedimentos necessários encontram-se no Anexo C. Os corpos de prova a serem ensaiados serão retirados de locais especificados da junta soldada e em um número mínimo conforme indicado na norma (item 5.6 do API 1104), em função do diâmetro do tubo e da espessura de parede. Os ensaios exigidos deverão atender os requisitos mínimos e são explicitados conforme a seguir: 3.3.1.1 Método e Requisitos - Teste de Resistência a Tração

25 a) Método Os corpos de prova devem ser partidos sob tração utilizando equipamento capaz de medir a carga no momento em que a falha ocorre. A tensão de resistência deve ser calculada dividindo-se a máxima carga registrada no momento da falha pela menor seção transversal do corpo de prova, medida antes da carga ser aplicada. b) Requisitos A tensão de resistência da solda, incluindo a zona de fusão de cada corpo de prova, deve ser maior ou igual ao limite de resistência mínimo do material do tubo, mas não é necessário que seja maior ou igual ao limite de resistência real do material. Se o corpo de prova partir fora da solda e da zona de fusão e tiver como resultado os requisitos mínimos de resistência da especificação, a solda deve ser aceita. Se o corpo de prova partir na solda ou na zona de fusão e o resultado do teste de resistência à tração for maior ou igual ao limite mínimo de resistência do material do tubo a solda pode ser aceita se atendidos os requisitos do teste de Nick-break. Se o corpo de prova partir abaixo do limite mínimo de resistência à tração do material do tubo, a solda deve ser reprovada e um novo teste deve ser realizado. 3.3.1.2 Método e Requisitos - Teste de Nick-break a) Método Os corpos de prova de Nick-break devem ser partidos em uma máquina de tração, prendendo as pontas e batendo no meio, ou suportando uma das pontas e batendo na outra ponta com um martelo. A área exposta da fratura deve ter pelo menos 19mm de largura. b) Requisitos As superfícies expostas do corpo de prova devem mostrar penetração completa e fusão e atender os itens abaixo: I) A maior dimensão de qualquer poro não deve exceder 1,6mm, II) A área combinada de todos os poros não deve exceder 2% da superfície exposta. III) Inclusões não devem exceder 0,8mm em profundidade e não devem ter mais do que 3mm ou a metade da espessura nominal de parede em comprimento. IV) Uma inclusão deve ter pelo menos 13mm de separação de outra inclusão. 3.3.1.3 Método e Requisitos - Teste de Dobramento da Raiz e da Face a) Método

26 Os corpos de prova devem ser submetidos ao dobramento 180 º em um dispositivo com dimensões recomendadas pela Norma API 1104. Cada corpo de prova deve ser colocado no berço com a solda no meio do vão. Os ensaios de Dobramento da Face devem ser colocados com a face voltada para baixo e os ensaios de Dobramento da Raiz devem ser colocados com a raiz voltada para baixo. O dispositivo deve forçar o corpo de prova para dentro da curvatura até que se obtenha o formato de “U” no

mesmo. b) Requisitos O ensaio de dobramento será considerado aceito se nenhuma trinca ou imperfeição exceder 3mm ou a metade da espessura de parede em qualquer direção da solda ou entre a solda e a zona de fusão após o dobramento.

4

RESULTADOS DOS ENSAIOS MECÂNICOS E DOS LEVANTAMENTOS DE CUSTOS Neste capítulo serão apresentados os resultados dos ensaios mecânicos das juntas

obtidas pelos dois processos de soldagem (eletrodo revestido e arame tubular), bem como os resultados relativos aos custos teóricos e custos reais encontrados a partir da bibliografia consultada e levantamentos de laboratório. 4.1

RESULTADOS DOS ENSAIOS MECÂNICOS Os corpos de prova foram retirados e ensaiados conforme preconiza a Norma API

1104, sendo então os resultados dos Testes de Tração, Nick-break e de Dobramento como a seguir.

4.1.1 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE TRAÇÃO Foi seguido o mencionado no item 3.3.1.1 e em todos os corpos de prova ensaiados as fraturas ocorreram no metal base, fora da junta soldada ou da zona de fusão e os limites de resistência dos ensaios apresentaram valores superiores ao do metal base - Tabela 6 (limite de resistência metal base = 4.222 kgf/cm2). Desta forma o ensaio foi considerado aprovado. aprovado.

Tabela 6 - Resultado do Ensaio de Tração

Processo de soldagem

Resultados dos dois corpos de prova de cada processo Limite de Resistência (kgf/cm 2)

Eletrodo Revestido - Eletrodo E 6010 (Raiz) + Eletrodo E 7018 (Enchimento e Acabamento)

5.411 5.465

Arame Tubular - Eletrodo E 6010 (Raiz) + Arame E 71T-1 (Enchimento e Acabamento)

5.465 5.450

28

4.1.2 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE NICK BREAK Foi seguido o mencionado no item 3.3.1.2 em corpos de prova previamente preparados (entalhados) (entalhados) conforme preconiza o API 1104 e como resultado observou-se que as superfícies expostas do corpo de prova mostraram penetração completa e fusão. Não foram observados poros ou inclusões que indicassem o não atendimento aos requisitos da norma, portanto, conforme a Tabela 7, os ensaios foram considerados aprovados.

Tabela 7 - Resultado do Ensaio de Nick Break Resultados dos Ensaios de Nick-break

Processo de soldagem / identificação dos corpos de prova

Corpo de Prova 1

Corpo de Prova 2

Eletrodo Revestido - Eletrodo E 6010 (Raiz) + Eletrodo E 7018 (Enchimento e Acabamento) Arame Tubular - Eletrodo E 6010 (Raiz) + Arame tubular E 71T-1 (Enchimento e Acabamento)

 Aprov.

Aprov.

 Aprov.

 Aprov.

Corpo de Prova 3

Corpo de Prova 4

 Aprov.

Aprov.

 Aprov.

 Aprov.

4.1.3 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE DOBRAMENTO DA FACE E RAIZ Foi seguido o mencionado no item 3.3.1.3 em corpos de prova previamente preparados conforme preconiza o API 1104, sendo os mesmos testados ao dobramento de face e raiz. Processo de Soldagem por Eletrodo Revestido Os corpos de prova oriundos da soldagem pelo Processo Eletrodo Revestido foram todos aprovados, pois não mostraram trincas ou imperfeições após o dobramento e, portanto atenderam aos requisitos da norma. Processo de Soldagem por Arame Tubular No Processo de Soldagem por Arame Tubular dois corpos de prova foram totalmente aprovados nos ensaios de dobramento da face e da raiz. Em dois corpos de prova os resultados foram comprometidos devido à pré-existência de trincas oriundas da soldagem de raiz com eletrodo E 6010 (fato somente observado após a preparação por usinagem) e portanto serão desconsiderados.

29 4.2

CUSTO POR JUNTA TEÓRICO E REAL Neste item serão apresentados os cálculos dos custos teóricos e reais das juntas

soldadas, com base no modelo simplificado apresentado por MODENESI, citado em 2.3, e nas cotações obtidas no mercado para os consumíveis, mão-de-obra e energia elétrica.

4.2.1 CUSTO TEÓRICO DA JUNTA SOLDADA POR ELETRODO REVESTIDO E ARAME TUBULAR Os valores calculados a seguir consideram as fórmulas propostas no modelo simplificado simplificado de MODENESI, item 2.3. I)

Cálculo da Massa de metal depositado (m s e ms’) :

Figura 4 – Parâmetros da Junta para Cálculo da Massa Depositada (fonte: MODENESI)

Dados: t = 7,11 mm;  = 35 º ; e = 1,5 mm; f = 3,0 mm; r = 2,0 mm; W = 10,86 mm A1 = (7,11 – 1,5)2 x tan  = 2 x A1 = 22,04 mm2 2 A2 = t x f = 7,11 x 3,00 = 21,33 mm 2 A3 =  x W x r = 17,06 mm2 2 A4 =  x f 2 = 14,14 mm2 2 As = área transversal do cordão = = (2 x A1)+ A2 + A3 + A4 = 22,04 + 21,33 + 17,06 + 14,14 = 74,57 mm 2 L = comprimento do cordão de solda =  x D =  x 168,28 = 528,67 528,67 mm ms = As x L x d aço = 74,57 x 528,67 x d aço= 39.423 mm 3 x d aço

30 = 39,42 cm3 x 7,85 = 309,45 g (peso do metal depositado) Nota: será excluído o peso teórico do passe de raiz, pois será executado com E6010 nos dois processos e, portanto não será incluído no cálculo dos custos. Para o cálculo do peso do passe de raiz, será considerado analogamente: Área A2 raiz = h passe raiz x f = 2,00 x 3,00 = 6,00 mm 2 Área A4 raiz = 14,14 mm2 (idem A4) Área As raiz = A2raiz + A4raiz = 6,00 + 14,14 = 20,14 mm 2 ms raiz = As raiz x L x d aço = 20,14 x 528,67 x d aço= = 10,64 mm3 x d aço = 10,64 cm 3 x 7,85 = 83,52 g ms’= 309,45 g – 83,52g = 225,93 g (peso do metal depositado sem o peso do passe de raiz) II)

Custo de Eletrodo (Ce) e Arame Tubular (Cat): a) Custo de Eletrodo E 7018 (Ce): ( Ce): Dados : ms’ = 225,93 g ;  = 0,60 (Tabela 2); C eU = R$ 9,80 / kg (4) .....Ce = ( m s’ /  ) x CeU = (225,93 / 1000 x 0,60 ) x 9,80 = R$ 3,69 b) Custo de Arame Tubular E 71T-1 (Cat) : Dados : ms’ = 225,93 g ;  = 0,80 (Tabela 2); C atU = R$ 18,00 / kg (4) .....Cat = ( m s’ /  ) x CatU = (225,93 / 1000 x 0,80 ) x 18,00 = R$ 5,08

III)

Custo de Gás de Proteção (Cg)  – somente p/ o Arame Tubular : Dados: VG = 25 l/min CO2; Taxa de Deposição Arame Tubular (anexo D) = 2,0 kg/h; CGU = R$ 384,00 / 45 kg  R$ 8,53 / kg, densidade = 1,833 kg/m 3 CGU = R$ 15,64 /m3 Para o Arame Tubular diam. 1,2mm : (2) .....tarc = ms / zm = 0,22593 / 2,0 = 6,78 min (5) .....Cg = V G x tarc x CGU = 25 x 10-3 x 6,78 x 15,64 = R$ 2,65

IV)

Custo de Mão de obra (CL): (6) .....CL = ( tarc /  ) x (L+ O) Dados: Taxa de Deposição Arame Tubular (anexo D) = 2,0 kg/h; Taxa de Deposição Eletrodo (anexo D) = 1,0 kg/h,  (Tabela 1 – 0,30 p/ Eletrodo e 0,60 p/ Arame); L + O= R$ 17,00/h (arame) e R$ 15,50/h (eletrodo) Eletrodo E7018  tarc = ms / zm = 0,22593 / 1,0 = 13,56 min Arame E71T-1  tarc = ms / zm = 0,22593 / 2,0 = 6,78 min CL Eletrodo = (13,56 / 0,30) x (R$ 15,50/60) = R$ 11,68 CL Arame = (6,78 / 0,60) x (R$ 17,00/60) = R$ 3,20

V)

Custo de Energia Elétrica (C EL):

31 (7) .....CEL = ( P x t arc / el ) x CELU P (arame) = 20 V x 100A = 2000 W = 2,0 kW P (eletrodo) = 20 V x 90A = 1800 W = 1,8 kW CEL (arame) = (2,0 kW x 0,113 h/ 0,80) h/ 0,80) x R$ 0,39276 /kWh = R$ 0,11 CEL (eletrodo) = (2,0 kW x 0,226 h/ 0,80) h/ 0,80) x R$ 0,39276 /kWh = R$ 0,22 Os valores calculados encontram-se consolidados na Tabela 8 abaixo: Tabela 8 - Tabela Resumo Custo Teórico da Junta Processo de soldagem

CUSTO TEÓRICO DA JUNTA e CUSTO UNITÁRIO DO METAL DEPOSITADO Eletrodo /  Arame

CO2

Mão de Obra

Energia Elétrica

TOTAL

Massa (g)

Custo R$/kg

Eletrodo E 7018

R$ 3,69

-

R$ 11,68

R$ 0,22

R$ 15,59

226

68,98

Arame E 71T-1

R$ 5,08

R$ 2,65

R$ 3,20

R$ 0,11

R$ 11,04

226

48,84

4.2.2 CUSTO REAL DA JUNTA SOLDADA POR ELETRODO REVESTIDO E ARAME TUBULAR Foi calculado o custo real da junta analogamente ao item anterior, sendo que os tempos de arco aberto e a massa de metal depositado foram obtidos diretamente dos levantamentos do laboratório de soldagem (anexo E). I)

Massa real de metal depositado (m s e ms’) : Tabela 9 - Tabela de Massa Real de Metal Depositado na Junta

PROCESSO DE SOLDAGEM

Arame Tubular E71T-1 Eletrodo Revestido E7018

II)

Peso das Peças antes Soldagem (g).........(A)

Peso das Peças após Soldagem (g)...........(B)

Peso Metal Depositado ms (g) ms =B - A

Peso Metal Depositado Raiz ms raiz (g)

Peso Metal Depositado ench./acab. m (g)

8.438

8.820

382

103

279

8.684

8.955

271

74

197

Custo de Eletrodo (Ce) e Arame Tubular (Cat): a) Custo de Eletrodo E 7018 (Ce): ( Ce): Dados : ms’ = 197 g ;  = 0,60 (Tabela 2); C eU = R$ 9,80 / kg (4) .....Ce = ( m s’ /  ) x CeU = R$ 3,22

s’

32 b)

Custo de Arame Tubular E 71T-1 (Cat) : Dados : ms’ = 279 g ;  = 0,80 (Tabela 2); C atU = R$ 18,00 / kg (4) .....Cat = ( m s’ /  ) x CatU = R$ 6,28

III)

Custo de Gás de Proteção (Cg) – somente p/ o Arame Tubular : Dados: VG = 25 l/min CO 2; CGU = R$ 15,64 /m 3 Levantamentos (anexo D) : tarc = 11,33 min (5) .....Cg = V G x tarc x CGU = 25 x 10-3 x 11,33 x 15,64 = R$ 4,43

IV)

Custo de Mão de obra (CL): (6) .....CL = ( tarc /  ) x (L+ O) Eletrodo E7018 : tarc = 12,18 min tT = 42,32 min  = 12,18 / 42,32 = 0,29 ou 29% L + O= R$ 15,50/h (eletrodo) Arame E71T-1: tarc = 11,33 min tT = 37,22 min  = 11,33 / 37,22 = 0,30 ou 30% L + O= R$ 17,00/h (arame) CL Eletrodo = (12,18 / 0,29) x (R$ 15,50/60) = R$ 10,85 CL Arame = (11,33 / 0,30) x (R$ 17,00/60) = R$ 10,70

V)

Energia Elétrica (C EL) : (7) .....CEL = ( P x tarc / el ) x CELU P (arame) = 20 V x 100A 100A = 2000 W = 2,0 kW kW P (eletrodo) (eletrodo) = 20 V x 90A = 1800 W = 1,8 kW CEL (arame) = (2,0 kW x 0,189 h/ 0,80) h/ 0,80) x R$ 0,39276 /kWh = R$ 0,19 CEL (eletrodo) = (2,0 kW x 0,203 h/ 0,80) h/ 0,80) x R$ 0,39276 /kWh = R$ 0,20

Os valores calculados encontram-se consolidados na Tabela 10 abaixo: Tabela 10 - Tabela Resumo Custo Real da Junta CUSTO REAL DA JUNTA E CUSTO UNITÁRIO DO METAL DEPOSITADO Processo de Soldagem

CO2

Mão de Obra

Energia Elétrica

(R$)

(R$)

(R$)

(R$) (R$)

3,22

-

10,85

0,20

14,27

197

72,44

6,28

4,43

10,70

0,19

21,60

279

77,42

Eletrodo /  Arame (R$)

Eletrodo E 7018 Arame E 71T-1

Total

Massa (g)

Custo R$/kg

5

ANÁLISE

5.1

ANÁLISE DOS RESULTADOS Neste item serão efetuadas as análises dos levantamentos efetuados “in loco” e dos

ensaios de laboratório, tanto do ponto de vista das propriedades mecânicas como do ponto de vista econômico para as juntas soldadas em questão, ou seja, pelo processo de soldagem Eletrodo Revestido e pelo processo de soldagem com Arame Tubular. a) Propriedades Mecânicas Ensaio de Resistência à Tração: os ensaios executados demonstraram que ambos os processos foram aprovados, conforme descrito no item 4.1.1. Ensaio de Nick Break: os ensaios executados demonstraram que ambos os processos foram aprovados, conforme descrito no item 4.1.2. Ensaio de Dobramento: foram testados e aprovados quatro corpos de prova do processo Eletrodo Revestido tanto no dobramento de face como de raiz. No processo de Arame Tubular foram aprovados dois corpos de prova nos ensaios de dobramento da face e da raiz. Nota: foram desconsiderados os ensaios de dobramento em outros dois corpos de prova, devido à pré-existência de trincas oriundas da soldagem de raiz com eletrodo E 6010 (fato somente observado após a preparação dos corpos de prova por usinagem). b) Inspeção Visual Como era de se esperar a soldagem pelo processo Eletrodo Revestido apresentou apresentou uma quantidade maior de respingos do que o processo Arame Tubular, que apresentou características de uma soldagem mais limpa. Em nenhum dos casos foram observadas trincas, poros ou mordeduras na soldagem do enchimento e acabamento. c) Análise do Fator de Ocupação ( ) Este fator tem uma grande influência no custo da junta uma vez que se relaciona com a mão de obra, que tem um peso considerável no custo total. Quanto mais o tempo total da

34 soldagem t T se aproximar do tempo de arco aberto t arc , maior é percentual de aproveitamento aproveitamento da mão de obra na soldagem propriamente dita e conseqüentemente, maior é o fator, ou seja, menor é o tempo despendido com outras operações. Na formulação a seguir pode ser evidenciada esta questão. (3)........ = tarc / tT



(6).......CL = tT x (M.O.+ gastos fixos)

Quadro Comparativo do Fator de Ocupação Real e Teórico Processo de soldagem

Fator de Ocupação (  )  Previsto

 Realizado

Eletrodo E 7018

30%

29%

Arame E 71T-1

60%

30%

Foi resumido no quadro acima um comparativo do fator de ocupação previsto e o realizado e pela análise, fica claro que o fator de ocupação realizado para o Eletrodo Revestido praticamente não se desviou em relação ao previsto (30% x 29%) onde pesou a grande experiência prática do soldador neste processo de soldagem. Já o fator de ocupação realizado para o Arame Tubular ficou bem inferior ao previsto (60% x 30%). O que se observou é que por não ser um processo utilizado constantemente pelo soldador ocorreram interrupções freqüentes do arco aberto que vieram a contribuir negativamente. d) Análise dos Custos Foram reunidos na Tabela 11 os resultados esperados e encontrados do custo unitário por kg de metal depositado. No processo de soldagem por Eletrodo Revestido o custo unitário realizado ficou muito próximo do custo unitário previsto, pode-se atribuir ao que foi explanado no item anterior quanto ao fator de ocupação, que praticamente não variou. Por outro lado, observa-se que o custo unitário do Arame Tubular sofreu uma grande influência do fator de ocupação no custo da Mão de Obra e, conseqüentemente, no custo total unitário da  junta.

35 Tabela 11 - Tabela Resumo Custo Unitário Teórico e Real Processo de Soldagem Eletrodo E7018 Arame E 71T-1

CUSTO UNITÁRIO Previsto (R$/kg)



Realizado (R$/kg)



68,98

30%

72,44

29%

48,84

60%

77,42

30%

6

CONCLUSÕES

a) Qualidade da Junta Soldada Analisando os resultados encontrados, conclui-se que pelo ponto de vista das propriedades mecânicas encontradas, os processos são equivalentes, com destaque para uma melhor aparência visual da soldagem pelo Processo Arame Tubular, conferindo a este processo uma melhor qualidade geral. b) Análise Econômica da Junta Soldada No processo por Eletrodo Revestido por ser um processo mais usual e de prática rotineira pelo soldador, os resultados práticos se aproximaram muito dos resultados teóricos, com destaque aos aspectos relacionados às taxas de produtividade, tais como o fator de ocupação. O que podemos também concluir é que embora o processo por Arame Tubular apresente certa simplicidade no aspecto operacional, já que é um sistema semi-automático, requer muita habilidade prática para obtenção das taxas de produtividade indicadas na bibliografia. Analisando principalmente o fator de ocupação previsto e o realizado deste processo vemos que houve um grande distanciamento distanciamento que veio a incidir no custo unitário da junta. Um ganho significativo deste processo é a não necessidade de trocas constantes do eletrodo, fazendo com que o arco permaneça o maior tempo possível aberto depositando metal na junta, fato este que, estando o equipamento com os parâmetros de soldagem bem configurados, depende quase que exclusivamente da habilidade do soldador. Tomando os custos unitários previstos para o Eletrodo Revestido (R$ 68,98/kg) e para o Arame Tubular (R$ 48,84/kg), conclui-se pela vantagem econômica no processo de soldagem por Arame Tubular sobre o Eletrodo Revestido da ordem de 40%, sendo o primeiro o mais recomendado. Contudo, devemos salientar que independentemente do processo Arame

37 Tubular ter um grau maior de automatização em relação ao Eletrodo Revestido é bastante relevante o fato de se ter uma mão de obra bastante treinada para a obtenção dos índices de produtividade previstos.

7

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. API STANDARD 1104: Welding of Pipelines and Related Facilities, twentieth edition, Washington, D.C., USA, 2005. p. 3-15. AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. API SPECIFICATION 5L: Specification for Line Pipe, forty-third edition, Washington, Washington, D.C., USA, 2004. p. 36-37. AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS. ASME B31.4: Pipeline Transportation Systems for Liquid Hydrocarbons and Other Liquids, New York, USA, 2006. p. 39-46. BRACARENSE, Alexandre Queiroz, Processo de Soldagem por Arame Tubular FCAW , 2000, Disponível em < http://www.infosolda.com.br/download/61ddb.pdf  >. Acesso em 17 março 2008. ESAB,  Apostila de Soldagem de Tubulações 2004. Disponível em: Tubulações , . Tubulacoes.pdf>. Acesso em: 17 março 2008. ______., 2004. Disponível em:  Apostila de Arame Tubulares, . ubulares.pdf>. Acesso em: 17 março 2008. ______., Catálogo de Eletrodos Revestidos OK , 2007. Disponível em: . ogoEletrodos_pt.pdf >. Acesso em: 17 março 2008. ______., Catálogo de Arames Tubulares OK , 2007. Disponível em: . Acesso em: 17 março 2008.  Estimativa de Custos de Soldagem, 2001, Disponível em: MODENESI, Paulo J.,  Estimativa . Acesso em: 17 março 2008.

MEDEIROS, Raimundo Cabral.  Apostila de Soldagem a Arco Elétrico com Arame Tubular  “Flux“Flux-Cored Arc Welding”. Niterói: Universidade Federal Fluminense, 2007. 6 p. PEREIRA, Lenine Atanásio Lopes,  Estudo da Viabilidade Econômica do Processo Arame Tubular com Gás na Soldagem em Aços de Baixa liga . Niterói, 2002. 73 f. Trabalho de

39 Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica)  –  Universidade Federal Fluminense, Fluminense, Niterói. 2002. PARANHOS, Ronaldo e BRITO, José de Deus, Custos da Soldagem, 1997. 30 p. Econômico PECLY, Plínio Henrique Rangel, ANTUNES, Eduardo Simões,  Estudo Econômico Comparativo entre os Processos de Soldagem Arame Tubular (Semi-Automatizado e  Mecanizado)  Mecanizado) e Eletrodo Eletrodo Revestido Revestido , 2005. 12 p.

ANEXO A CERTIFICADO DO TUBO

41

42

ANEXO B CONSUMÍVEIS - ELETRODOS E ARAME

44

Eletrodos OK para Aços de Baixo e Médio Teor de Carbono (E 6010)

fonte: ESAB, Catálogo Eletrodos Revestidos OK, 2007. Disponível em: . >. Acesso em: 17 março 2008.

Eletrodos OK para Aços de Baixo e Médio Teor de Carbono (E 7018)

fonte: ESAB, Catálogo Eletrodos Revestidos OK, 2007. Disponível em: . >. Acesso em: 17 março 2008.

45

Arames Tubulares OK para Soldagem com Gás de Proteção em Aços de Baixo e Médio Teor de Carbono (E71T -1)

fonte: ESAB, Catálogo de Arames Tubulares OK, 2007. Disponível em: . Acesso em: em: 17 março março 2008

ANEXO C PROCEDIMENTOS DE SOLDAGEM

47

48

ANEXO D GRÁFICOS DE TAXAS DE DEPOSIÇÃO ELETRODO E ARAME TUBULAR

50

TAXA DE DEPOSIÇÃO - SMAW 7

6    h    /   g 5    k    (

E6010 E6011

  o    ã   ç    i 4   s   o   p   e    d 3   e    d   a   x 2   a    T

E6012,E6013 E7014,E7018 E7028 E6027 E7024

1

0 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Corrente (A)

Fonte: PARANHOS e BRITO, Custos da Soldagem

TAXA DE DEPOSIÇÃO - FCAW 18 16    ) 14    h    /   g    k    ( 12

0,9mm 1,14mm

  o    ã   ç    i 10   s   o   p   e 8    d   e    d 6   a   x   a    T 4

1,32mm 1,57mm 1,73mm 1,83mm 1,98mm 2,39mm

2 0 0

2

4

6

8

Velocidade do arame (m/min)

Fonte: PARANHOS e BRITO, Custos da Soldagem

10

12

ANEXO E ACOMPANHAMENTO DA SOLDAGEM

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