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)

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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.

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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;

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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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5. SILVA, R. H. G; DUTRA, J.C; GOHR Jr, R; CUNHA, T.V. Soldagem e Sua Automação

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6. SISTEMAS E PROCESSOS DE SOLDAGEM - SPS.Disponível em:<www.sps-

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