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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CENTRO TECNOLÓGICO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
PROJETO DE DISSERTAÇÃO PARA O MESTRADO
DESENVOLVIMENTO DE TECNOLOGIA DE SOLDAGEM ORBITAL MIG/MAG
PARA TUBOS DE PAREDE ESPESSA
Francisco Sartori
Orientador: Prof. Dr. Jair Carlos Dutra
Coorientador: Prof. Dr. Régis Henrique Gonçalves e Silva
Florianópolis, Novembro de 2014
1
SUMÁRIO
1. Introdução ......................................................................................................................... 2
2. Fundamentação Teórica .................................................................................................. 3
2.1 Soldagem Orbital ......................................................................................................... 3
2.2 Tubos Api .................................................................................................................... 7
3. Objetivos ............................................................................................................................ 8
3.1 Objetivos Específicos .................................................................................................. 8
4. Ensaios Preliminares ........................................................................................................ 8
5. Aparato Experimental .................................................................................................... 13
5.1 Fontes de Soldagem ................................................................................................... 13
5.2 Sistema de Filmagens e Aquisição de Dados ............................................................ 13
5.3 Sistema Orbital .......................................................................................................... 14
5.4 Acopladeira Interna .................................................................................................... 15
6. Metodologia e Cronograma de Atividades ................................................................... 15
7. Previsão Financeira ........................................................................................................ 18
8. Referências Bibliográficas ............................................................................................. 18
2
1. Introdução
O Brasil é um país com grande potencial na indústria de petróleo e gás, visto que
depois da descoberta do pré-sal em 2006, crescentes investimentos vem ocorrendo para o
desenvolvimento tecnológico em todas as áreas ligadas a exploração e produção. Grande parte
do transporte destes produtos é realizada através de malha dutoviária terrestre e marítima,
permitindo ganhos ambientais expressivos em função de maior flexibilidade, aumento da
segurança operacional, redução de vazamentos e do volume de emissões atmosféricas.
Em atividades de construção, montagem, reparo e manutenção das linhas de dutos, a
soldagem é o principal processo de fabricação utilizado, concedendo integridade estrutural
das juntas, além que processos de soldagem mais produtivos influenciam diretamente nos
custos, cronogramas, análise de riscos e viabilização de projetos.
Portanto, o crescimento de tecnologias que envolvem a soldagem é de fundamental
importância, fato que no Brasil não há disponibilidade de equipamentos orbitais nacionais,
ficando inteiramente na dependência de entidades estrangeiras. Embora, a PETROBRÁS
manifeste constantemente desejo de desenvolver tecnologia nacional, a engrenagem estrutural
das instituições possui uma inércia descomunal para um país de tão grande potencial.
É dentro deste contexto crítico que a equipe do LABSOLDA vem atuando,
desenvolvendo tecnologias nacionais que atendam essas necessidades da indústria. Parcerias
com empresas próximas como a IMC – Engenharia de Soldagem e SPS – Sistemas e
Processos de Soldagem, tornam possíveis as pesquisas na busca de procedimentos
mecanizados, trazendo benefícios como melhor qualidade, produtividade, sustentabilidade e
humanização das condições de soldagem existentes atualmente.
3
2. Fundamentação Teórica
2.1 Soldagem Orbital
A soldagem orbital mecanizada está mundialmente evoluindo principalmente com a
forte expansão na fabricação de dutovias usadas no transporte de gás e petróleo. No Brasil
ainda é um procedimento a ser explorado, pois a maioria destas construções é realizada com
processos por eletrodos revestidos, necessitando fortemente da habilidade manual do
soldador, que cada vez se torna mais difícil encontrar profissionais com essa capacidade.
A carência de soldadores qualificados para este tipo de trabalho torna a soldagem
mecanizada de dutos um meio eficaz para aumentar produtividade em um setor tão importante
[1]. Além do aumento da produtividade, melhor qualidade nos cordões, repetibilidade, menos
incidência de defeitos e descontinuidades, diminuindo o tempo de retrabalhos, garantem ao
processo maior robustez de execução.
No entanto, as condições de soldagem em campo são severas, onde os equipamentos
entrarão em contato direto com poeira e/ou umidade do ambiente, limalhas de aço em
decorrência da preparação e reparos nos tubos, a usinagem dos chanfros nem sempre atendem
uma precisão dimensional gerando desalinhamentos na montagem, assim como aberturas
variáveis do gap, o regime de trabalho é intenso, necessitando de equipamentos e
procedimentos robustos para atender essas condições.
Outro desafio na soldagem orbital é constituída pela necessidade de sustentar a poça
metálica em posições que desafiam a gravidade (Figura 1) e que, por isso, há a necessidade de
estratégias muito bem concebidas a fim de que a poça metálica se sustente no espaço.
Portanto, a energia de soldagem tem de se situar em uma determinada faixa específica.
Correntes mais altas para maior produtividade, mas a poça metálica tem de estar
amparada por um backing interno, onde fica em contato direto com a superfície inferior da
poça de fusão, sustentando-a e evitando a perfuração do chanfro e consequentemente
admitindo maiores velocidades de soldagem. Dois tipos de backing são os mais utilizados em
aplicações de soldagem: backing de cobre e cerâmica. Este último não é utilizado em
aplicações quando utilizada acopladeira interna na montagem de dutos, pela dificuldade de
aplicação, sendo que deve ser colado manualmente na parte interna do chanfro. Nesse caso,
acopladeiras internas adaptadas com backing de cobre são utilizadas, no entanto o risco de
4
inclusões de cobre poderia levar à corrosão interna no cordão de solda, o que podem não ser
admissíveis em algumas aplicações, determinadas por parte de empreiteiras (normalmente não
admissíveis na Europa) [2].
Figura 1: Posições de soldagem para soldagem em dutos: I – plana; II – vertical descendente; III – sobre cabeça;
IV – vertical ascendente
Nestes casos, devido às irregularidades da junta, a potência do arco tem de ficar bem
limitada e também porque a maneira possível de fechar uma junta é pela transferência
metálica por contato físico. Esta transferência por contato físico tradicionalmente utilizada
tem tido problemas. [3] A variação da DBCP é inerente ao passe de raiz, pois o movimento de
tecimento é comumente adicionado, além da ovalização dos tubos, portanto a regularidade da
transferência metálica se vê prejudicada e a variação substancial da corrente média e tensão
são inevitáveis. Surge a tendência à falta de fusão ou suck back (excessiva fluidez da poça e
recuo do reforço da raiz) localizados, dificultando a operacionalidade robusta do
procedimento.
Modernamente isto tem sido modificado pela utilização de transferência metálica por
curto circuito controlado, que devido à precisão e flexibilidade do controle das máquinas,
através do emprego de componentes eletroeletrônicos, vêm tornando possível aplicar uma
variedade de métodos a obter um salto significativo na resposta dinâmica das fontes de
soldagem, possibilitando o surgimento de novas versões de processos MIG/MAG [4].
A versão Curto-circuito Controlado (CCC), desenvolvida no LABSOLDA é um
exemplo, e consiste numa operação semi-automática e sem escória, conferindo maior
5
produtividade que os processos tradicionalmente utilizados Eletrodo Revestido e TIG, com
propriedades condizentes com exigências das normas. Principalmente para o passe de raiz,
que é o mais crítico em termos de dificuldade de execução e que tem grande influência na
qualidade da solda e no andamento da obra (consequentemente nos custos), as vantagens do
CCC são visíveis [5].
De uma maneira geral, o funcionamento destes sistemas se baseia na garantia de que o
contato entre a gota metálica e a poça de fusão ocorra em baixo nível de corrente, no
fornecimento de uma corrente responsável pela transferência da gota, e na redução de corrente
antes que a ponte metálica se rompa e a gota se transfira [4]. Isto proporciona ao
procedimento grande estabilidade, e o controle no destacamento da gota metálica suave a
ponto de reduzir visivelmente a propagação de respingos. Como exemplos de aplicação estão
à realização da raiz em construção naval e soldagem de dutos.
No que condiz aos manipuladores orbitais, a SPS – Sistemas e Processos de Soldagem
atua no desenvolvimento de equipamentos que atendem essa tecnologia de soldagem. O
Tartílope V4 (Figura 2) é um manipulador robótico para soldagem que possui movimentação
automática em quatro eixos, permitindo que o equipamento reproduza os movimentos
necessários para executar tarefas de soldagem de elevada complexidade [6]. O manipulador
gira em torno do duto, em diferentes posições, facilmente adaptado em um trilho. Parâmetros
de movimento podem ser pré-ajustados e corrigidos pelo operador ao longo da sua trajetória.
Figura 2: Manipulador robótico Tartílope V4 – SPS.
Outros manipuladores para soldagem orbital estão disponíveis no mercado, como o
exemplo a Magnatech (Figura 3). A empresa afirma que o equipamento produz soldas com
consistência robótica e precisão, onde tem um histórico comprovado de confiabilidade e
6
produtividade [7]. O equipamento possui características idênticas ao primeiro, com as mesmas
aplicações, no entanto limita a operar apenas com programas sinérgicos de seu
desenvolvimento, obrigando o cliente na aquisição de equipamento completo (fonte,
manipulador), sem a possibilidade de desenvolver novos procedimentos. Diferenciam na
forma construtiva e em alguns dispositivos como, por exemplo, a fixação ao trilho com
sistema pneumático, e também um sistema Push-Pull (sistema tracionador de arame) próximo
à tocha de soldagem reduzindo o efeito mola do arame eletrodo em sua alimentação.
Figura 3: Manipulador orbital Magnatech.
Ambos os equipamentos realizam tanto a soldagem de raiz, quanto os demais passes
de enchimento e acabamento nos dutos. O fato é que, com os equipamentos da IMC e SPS,
somado a equipe de engenheiros e técnicos do LABSOLDA, as possibilidades da realização
de novos procedimentos tornam possível, devido ao domínio do conhecimento e da liberdade
de programação desses equipamentos. A possibilidade de operar o equipamento em versões
MIG/MAG convencionais, versões pulsadas, aliadas aos parâmetros de movimento do
manipulador orbital, permitem o desenvolvimento de procedimentos que atendam as
necessidades industriais.
Como exemplo, tem-se à versão de controle pulsado adaptativo, onde atua sobre a
corrente média. Em um primeiro momento atuando na corrente de base, porém, caso a
corrente de base fique menor que 20 A, a variável que passa a ser modificada é o tempo de
base. Esse procedimento atua na correção momentânea da altura de arco, pois se houver o
aumento do tempo de base a gota também acaba crescendo. Porém, o arco recuperando seu
comprimento, o sistema tende a voltar aos valores originais calculados.
7
Esses desenvolvimentos são realizados através da análise da transferência metálica, e
comportamento do arco, que é um dos principais objetos de estudo para consolidação de
procedimentos no processo MIG/MAG. Através da análise dinâmica realizada com filmagens
de alta velocidade e a análise de oscilogramas de corrente e tensão, é possível observar o
comportamento da formação da gota metálica, assim como seu destacamento. Isso torna de
grande utilidade no desenvolvimento e aprimoramento de versões do processo MIG/MAG,
como por exemplo, o Curto Circuito Controlado (CCC) e controles pulsados adaptativos,
além dos modos convencionais.
2.2 Tubos API
Os aços API, com características de elevada resistência, aliada à boa soldabilidade,
baixo nível de inclusões e boa qualidade superficial, são especificados pela Americam
Petroleum Institute (API) [8]. Na construção de dutos são utilizados tubos com essa elevada
resistência mecânica e grandes diâmetros, de modo que, durante a operação suportem
elevadas pressões, a fim de proporcionar uma redução na espessura de parede, resultando não
somente em benefícios econômicos, como também em maior produtividade durante a
construção [9-10].
Segundo a norma API 5L [8], os tubos podem ser fabricados com ou sem costura. O
tubo sem costura é obtido pela conformação a quente do aço, através de laminação oblíqua ou
extrusão, formando um produto tubular. Já os tubos com costura (soldados) são obtidos pela
conformação a frio de chapas planas em formato cilíndrico, podendo ser soldado na
longitudinal ou helicoidal e utilizando ou não metal de adição.
Estes aços são identificados pelo seu limite de escoamento, como no caso o aço API
5L X70, cujo valor é da ordem de 70 ksi (485 MPa). Com relação à tensão máxima é na
ordem de 570 MPa [11]. Sua composição química está representada naTabela 1:
Tabela 1: Composição química de aços API.
Composição Química (% em peso)
Norma Grau C máx. Mn máx. P máx. S máx. Outros
API 5L 2008
X 70 0,26 1,65 0,030 0,030 Ti+Nb+V≤ 0,15
X70 M 0,12 1,70 0,025 0,015 Ti+Nb+V≤ 0,15Cu-0,50 /
Ni-0,50 Cr-0,50/ Mo-0,50
Fonte: Adaptado de Tenaris [11].
8
3. Objetivos
Contribuir no desenvolvimento de tecnologia de soldagem orbital MIG/MAG de tubos
de parede espessa, mediante o aprimoramento dos equipamentos previamente desenvolvidos
no LABSOLDA, bem como o desenvolvimento de procedimentos mais eficazes com vistas a
aplicações de campo.
3.1 Objetivos Específicos
Comparar equipamento desenvolvido no LABSOLDA com tecnologia de soldagem
orbital consolidado no mercado mundial;
Desenvolver procedimento de soldagem mecanizado para tubos de parede espessa
utilizados em transporte de petróleo e gás;
Testar equipamentos de soldagem orbital previamente desenvolvido no LABSOLDA,
simulando situações severas de campo, gerando informações para subsidiar equipe de
projeto na melhoria tecnológica dos produtos;
Verificar a influência da geometria da junta em relação a fatores econômicos e de
produtividade;
Comparar a realização do passe de raiz com alta velocidade em versões MIG/MAG
convencionais, utilizando backing de cobre da acopladeira interna, com versões
MIG/MAG de controle de corrente sem o backing.
4. Ensaios Preliminares
O trabalho se insere dentro de um tipo de desafio lançado pela PETROBRAS, fazendo
com que empresas nacionais apresentem suas capacitações para a soldagem orbital
mecanizada de dutos de paredes espessas. Uma série de requisitos foi atribuída como
condição para realização da soldagem, simulando situações mais críticas encontradas em
campo. Além disso, o desafio foi lançado com o intuito na busca por procedimentos de maior
produtividade, repetibilidade e melhores condições humanas, comparadas com as situações
encontradas hoje no cenário da soldagem de dutos.
Dos requisitos estabelecidos, os principais são:
Obrigatoriedade na utilização de sistemas de soldagem mecanizados;
O acoplamento dos dutos deve ser realizado através de uma acopladeira interna;
9
Os consumíveis de soldagem para o passe de raiz e para o passe quente devem possuir
teor de Ni inferior a 0,2%. Para os demais passes, o máximo teor de Ni deve ser limitado a
1%;
O controle de pré-aquecimento e temperatura interpasse deve ser mantido entre 100º a
175º C;
O duto deve estar inclinado a 20º em relação a horizontal.
A partir da definição na participação do desafio, a organização para levantamento de
procedimento começou a ser desenvolvida por equipe do LABSOLDA. Iniciou-se com a
preparação e usinagem das juntas com chanfro em V, abertura total de 60º em dutos de aço
SAE 1020comdiâmetro de 16” e parede com espessura de ½”. Os dutos foram montados na
posição 5G, inclinados a 20º em relação à horizontal.
Para levantamento de parâmetros elétricos e de movimento de soldagem, experimentos
manuais foram desenvolvidos, observando com extrema criticidade o movimento do soldador
como tentativa de ajustar parâmetros em sistema mecanizado.
Com relação ao processo de soldagem, para passe de raiz foi utilizado à versão de
processo MIG/MAG chamada CCC (Curto Circuito Controlado), com arame eletrodo ER
70S6 de 1,2 mm. Para os demais passes, foi realizado com arame tubular E 71 T-1 de 1,2 mm,
com uma versão adaptativa de processo MIG/MAG, sendo todo o procedimento realizado
com mistura de gases C25 (75% AR – 25% CO2). Os arames utilizados foram escolhidos para
atender os requisitos impostos com relação ao teor de Ni.
Em seguida, a soldagem mecanizada com o auxílio de manipulador orbital Tartílope
V4 foi inserida, sendo a mecanização total do processo uma das regras do desafio. Para as
primeiras análises foram realizadas apenas inspeções visuais, onde se observou nos passes de
acabamento a tendência de escorrimento do cordão (Figura 4a) devido à inclinação da
montagem dos dutos. Como solução, passes sobrepostos no cordão de acabamento foram
introduzidos, levando a resultados mais satisfatórios (Figura 4b). Esses primeiros ensaios
serviram de informação preliminar como tentativa de parametrização de procedimento de
soldagem, além de experiência e conhecimento na operação de equipamento mecanizado na
soldagem dos dutos.
10
a) b)
Figura 4: a) Cordão com tendência de escorrimento para o lado esquerdo; b) Cordões sobrepostos.
No entanto, para a realização do desafio da PETROBRÁS foi utilizado tubos de aço
API 5L X70MS, com diâmetro de 22” e espessura de parede 1 ¼”. Como tentativa de
otimização do metal de solda depositado, um chanfro em V foi elaborado com valores de
ângulos diferenciados, reduzindo sua abertura total (Figura 5).
Figura 5: Detalhes do chanfro em V.
Porém, para realização da deposição nesse tipo de chanfro, tochas com bocais mais
estreitos do tipo Narrow Gap foram utilizados, permitindo o acesso mais facilitado em
comparação com bocais de formato cilíndrico.
A operação desde a montagem de dutos, realização do procedimento de controle
térmico, vistoria de consumíveis e operação de soldagem, foi acompanhada e relatada em
documentos por inspetor de soldagem N1, sendo a sequência de passes realizada conforme a
(Figura 6).
11
Figura 6: Sequência de passes.
A medida que a abertura do chanfro aumentava, maior a amplitude de tecimento seria
necessário para um total preenchimento. Porém, para realização de uma camada em apenas
um passe, o bocal acabava encostando-se às bordas do chanfro restringindo o movimento da
tocha e consequentemente afetando o molhamento da poça metálica, deixando o
procedimento suscetível a falta de fusão nas bordas. Como tentativa de solução, foi realizado
o sequenciamento de cordões com amplitudes menores (Figura 6), além de colocar a tocha
com um pequeno ângulo de trabalho contrário a borda. No entanto, o procedimento com
arame tubular necessitou de limpeza a cada intervalo de passes, deixando mais suscetível ao
aparecimento de inclusões de escória e um tempo maior de esmerilhamento tornando o
processo mais improdutivo.
Além destas, outras dificuldades foram observadas durante a realização da operação.
Uma delas, o passe de raiz, onde a variação da abertura (gap) ao longo da junta e o
desalinhamento entre os tubos (high low) propiciaram o aparecimento de defeitos como falta
de fusão (Figura 7) em partes da circunferência do duto.
Figura 7: Falta de fusão e variação de gap em cordão de raiz.
Falta de Fusão
12
Uma descontinuidade perceptível durante o intervalo entre os passes foi o
aparecimento de poros em partes de cordões de enchimento, principalmente nas regiões 3h, 6h
e 9h (Figura 8). A necessidade de reparos com esmerilhamento desprendeu um tempo total
maior de operação, deixando o processo menos produtivo e propenso ao aparecimento de
defeitos. Problemas de diferentes tendências de espalhamento dos cordões nas diferentes
posições, e cordões com diferentes perfis de convexidade ao longo da junta, acarretaram na
tendência de defeitos como a falta de fusão no ancoramento entre os passes, que acabaram
sendo evidenciados em análises de ultrassom, radiografias e macrografias.
a) b)
Figura 8: Descontinuidades e defeitos: a) Posição 3h; b) Posição 9h.
Em todo o procedimento operacional, mesmo realizando a soldagem total de um corpo
de prova, várias problemáticas foram evidenciadas afetando diretamente a qualidade e a
produtividade das juntas soldadas. Algumas são de origem específica do equipamento de
movimentação, como por exemplo, cursos limitados dos eixos de movimentação, sistema de
fixação e regulagem de ângulo da tocha, sistema de fixação do trilho do Tartílope, velocidade
de movimentação do manipulador para facilidade de posicionamentos rápidos, Todas essas
evidencias e outras a surgir, podem servir de subsídio para equipe de projeto na melhoria do
equipamento.
No entanto, um estudo de maior criticidade se torna fundamental na ação de encontrar
as causas de descontinuidades e defeitos de solda, o que possivelmente seja em decorrência a
todo processo de soldagem utilizado. Esses estudos vão desde a caracterização e melhorias de
parâmetros elétricos e de movimento, em análises com relação ao metal de solda depositado,
Falta de Fusão Poros
13
nos periféricos como tochas de soldagem em relação ao aquecimento e condição de proteção
gasosa, em levantamento de informações para melhoria nas versões de processo MIG/MAG.
Tornar-se-á útil para prover um procedimento válido, garantindo uma maior produtividade,
qualidade e repetibilidade.
5. Aparato Experimental
Para a realização de ensaios na elaboração da dissertação será utilizada a estrutura
disponível no LABSOLDA com os dispositivos utilizados no desafio PETROBRÁS.
5.1 Fontes de Soldagem
Como fonte de soldagem será utilizado o modelo multiprocesso IMC DigiPlus A7
(Figura 9), que possui as versões de processo MIG/MAG, como o CCC e modos adaptativos,
além de possibilitar a mudança em softwares na melhoria das versões. Para alimentação do
arame será usado o sistema tracionador de arame da Inversal STA-20, onde possibilita a
alimentação de arame bobinado de diversos tipos, com velocidade regulada pelo usuário numa
faixa de 1,10 a 20,00 m/min.
Figura 9: (a) Fonte de soldagem;(b) painel de comando;(c) cabeçote alimentador de
arame.
5.2 Sistema de filmagens e Aquisição de Dados
Para aquisição de sinais de corrente de soldagem, tensão do arco e velocidade
de arame será utilizado o sistema de aquisição portátil IMC SAP-4 (Figura 10). No
(a)
(b)
(c)
14
caso das filmagens de alta velocidade será utilizada uma filmadora IDT MotionPro
Y4-S2, a qual trabalha juntamente com um módulo de aquisição de dados IDT.
Enquanto, para aquisição de perfis térmicos, principalmente para avaliação dos
periféricos, a filmadora FLIR SC7200-MB se tornará útil (Figura 11).
Figura 10: Sistema portátil para aquisição de dados.
Figura 11: – Sistema de (a) Filmagem de alta velocidade IDT MotionPro Y4-S2 (b) Aquisição de dados
IDT (c) Filmagem FLIR SC7200-MB.
5.3 Sistema Orbital
O cabeçote orbital o qual será utilizado no trabalho será um sistema ainda em
desenvolvimento com a SPS-Soluções Para Soldagem, o qual apresenta 3 (três) eixos de
atuação: o eixo de deslocamento no sentido orbital ao tubo, o eixo de deslocamento
longitudinal responsável pela movimento oscilatório da tocha, e o eixo perpendicular a
superfície do tubo. Neste cabeçote podem ser adaptadas diferentes modelos de tochas, sejam
elas refrigerada a água, ou a gás, como modelo previamente utilizada em ensaios
preliminares.
15
5.4 Acopladeira Interna
Para a montagem dos dutos, um sistema de acoplamento pneumático interno será
utilizado, modelo IPEC – PneumaticClamp 16”-18” (Figura 12).Em ensaios preliminares, o
equipamento passou por adaptações para acoplamento de dutos de 22” .
Figura 12: Acopladeira pneumática interna.
6. Metodologia e Cronograma de Atividades
Para atingir os objetivos propostos, o trabalho seguirá vertentes de estudos paralelos.
O trabalho em questão leva em consideração o subsídio para melhoria e desenvolvimento dos
equipamentos, o levantamento de procedimentos, conhecimento básico, influência de
parâmetros e configurações de controle. Assim sendo, à medida que os ensaios forem
desencadeados, melhorias durante o equipamento serão realizadas.
Através dos ensaios preliminares já desenvolvidos, será realizado primeiramente um
procedimento de soldagem orbital com as mesmas condições do desafio da Petrobrás, raiz
sendo realizada com a versão CCC com arame maciço, utilização de acopladeira interna, e os
passes de enchimento e acabamento com arame tubular, porém utilizando equipamento
comercial consolidado mundialmente (Magnatech). O intuito principal é a comparação entre
os equipamentos, onde serão observados detalhes de procedimento e operacionalidade que
poderão servir de base na formulação do procedimento proposto, assim como subsídio de
informação para melhoria de equipamento desenvolvido no LABSOLDA. A aquisição de
dados de parametrização elétrica e mecânica, além do comportamento térmico dos periféricos
será realizada para análises de comportamento do equipamento comparado nas situações de
soldagens.
Após este comparativo, testes em equipamentos desenvolvidos no LABSOLDA
continuarão a ser executados na tentativa de desenvolver um procedimento padronizado para
soldagem. O auxílio de equipamentos de controle, como filmagens em alta velocidade,
16
aquisição de sinais, filmagens térmicas, servirão como ferramentas fundamentais para análise
das transferências metálicas e comportamento de periféricos, servindo de informação para
desenvolvimento de procedimento.
Após um procedimento estabelecido, buscar-se-ão melhores parametrizações que
efetuem procedimentos mais produtivos, seja esta comparação em quantidade de material
depositado, velocidade de soldagem e tempo de execução para união completa. Como
percebido em ensaios preliminares, o modelo de chanfro tornou o processo improdutivo. A
tentativa de redução de abertura e consequentemente menor taxa de deposição com modelos
em chanfro U será desenvolvida. A utilização de consumíveis e periféricos comerciais, ou a
desenvolver no LABSOLDA, que condicionem a soldagem em juntas estreitas será de fato
importante na garantia da proteção gasosa.
No procedimento será utilizada acopladeira interna, onde há opção de usar backing de
cobre. Uma análise comparativa entre a versão CCC sem backing e procedimentos
MIG/MAG convencionais com backing será realizada no intuito de verificar qual garante
maior robustez, confiabilidade e produtividade.
Outra alternativa para aumentar a produtividade, é a comparação entre o arame maciço
em relação ao arame tubular para o enchimento e acabamento, uma vez que com arame
tubular a limpeza para remoção de escória é inevitável. Muitos fabricantes de arame eletrodo,
afirmam em uma maior taxa de fusão do arame tubular, o que torna essa comparação factível,
lembrando que o procedimento de soldagem não deve ser contabilizado apenas com o tempo
de arco aberto em relação ao material depositado, mas sim toda a preparação e soldagem.
A validação dos parâmetros será realizada a partir de análises e inspeções, que vão
desde inspeções visuais, análises radiográficas e inspeção por ultrassom.
Atividades:
1. Realizar operação de soldagem em dutos de aço, simulando situações reais e
severas de campo, com equipamento mundialmente conceituado;
2. Verificação de resultados e comparações entre equipamento conceituado com
equipamento desenvolvido no LABSOLDA;
17
3. Análise de transferência metálica e condições dos periféricos dos equipamentos
desenvolvidos no LABSOLDA, com auxílio de filmagens de alta velocidade e
filmagem térmica, simulando condições de soldagem reais e severas de campo;
4. Observação de testes para resultar em dados para subsidiar setor de projetos na
melhoria de equipamentos;
5. Alterar geometria da junta (chanfro em U) como tentativa de aumentar a
produtividade;
6. Comparação na soldagem de raiz com versão CCC sem backing e procedimentos
MIG/MAG convencional com uso de backing de cobre da acopladeira interna;
7. Realizar o enchimento e acabamento com arame tubular e com arame maciço em
chanfro U, avaliando os custos de produção;
8. Levantar informações para desenvolvimento de procedimento padrão de soldagem
de tubos de grande espessura;
9. Validação de procedimento na busca na melhoria de produtividade, qualidade e
repetibilidade das juntas soldadas;
10. Inspecionar juntas soldadas através de ensaios visuais, radiográficos e de
ultrassom;
11. Elaboração da dissertação de mestrado.
Tabela 2: Cronograma de atividades
Ati
vid
ad
es
2015 2016
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
Jan
Fev
Mar
1 x x
2 x x
3 x x x x x x
4 x x x x x x x x x x
5 x x x x
6 x x
7 x x
8 x x x x x x x x
9 x x
10 x x x x x x
11 x x x x x x x x x x x x x x x
18
7. Previsão Financeira
Graças aos projetos anteriores, o LABSOLDA já possui os equipamentos de custo
mais elevados para as atividades que serão necessárias na elaboração da dissertação, tais
como fonte de soldagem, cabeçote orbital, acopladeira interna, câmera de alta velocidade,
câmera térmica, sistema de aquisição de dados, equipamento de raios-X e ultrassom. Os
gastos previstos serão em materiais de consumo para realização dos ensaios, como corpos de
prova, gases, consumíveis para as tochas de soldagem, abrasivos, serviços de usinagem,
melhorias de projeto, entre outros. Existe também a necessidade de implementações
eletrônicas nas fontes de soldagem a medida que o projeto será desenvolvido. Apresenta-se a
previsão de custos na (Tabela 3).
Tabela 3: Estimativa de custos para desenvolvimento do projeto.
Custos Estimados Para o Projeto
Tubos para corpos de prova R$ 10.000,00
Consumíveis para soldagem R$ 5.000,00
Consumíveis para metalografia R$ 700,00
Serviços de usinagem R$ 3.000,00
Implementações em equipamentos R$ 9.000,00
Total R$ 27.700,00
8. Referências Bibliográficas
1. MELLER, R. N.; DIRENE, H.; SILVA, R. H. G.; DUTRA, J. C.Soldagem Orbital
Mecanizada Para a União de Tubos na Construção de Linhas Dutoviárias.Rio de Janeiro
RJ: Rio Oil & Gas Expo and Conference. Set 2014.
2.COURT, S.A.; POLLARD, G. Inclusion Chemistry and Morphology in Shielded Metal
Arc (SMA) Steel Weld Deposits. Elsevier Science Publishing , May 1989. 219-243.
3. SILVA, R.H. Soldagem MIG/MAG Em Transferência Metálica Por Curto-Circuito
Controlado Aplicado ao Passe de Raiz . Florianópolis SC: UFSC, 2005.
4. DIRENE FILHO, H.MIG/MAG CCC - Avanços na Tecnologia de Controle da
Transferência Metálica Como Solução Para o Passe de Raiz.Florianópolis, SC: UFSCMar
2014.
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