Qualificação de procedimentos de soldagem Rev 2 · Conceitosimilar adotadopela ISO /TR15608 e AWS...

WORKSHOPQUALIFICAÇÃO DE

PROCEDIMENTOS DE SOLDAGEM / CASOS

26 DE JULHO DE 2019RIO DE JANEIROTECMETALwww.tecmetal.com.brwww.materials.life

Casos sobre qualificações de procedimentos de soldagem, aplicando premissas de códigos como ASME IX ed. 2019, além de apresentar a filosofia inerente aos códigos que permite uma interpretação mais completa e real sobre seus requisitos e peculiaridades.

O QUE VAMOS DISCUTIR / ABORDAR?

SOLDABILIDADE

O QUE É UM PROCEDIMENTO ADEQUADO E COMO SE QUALIFICA UM PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM?

RELAÇÃO ENTRE O QUE SE QUALIFICA E O QUE SE SOLDA

Soldagem é um processo especial.

Desde processos manuais até automáticos há a necessidade de atendimento a uma expectativa ou requisito e que o produto

esteja livre de defeitos (integro).

WORKSHOP QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS DE SOLDAGEM / CASOSFonte das imagens: internet anúncios (acesso 02/07/2019).

Produto atendendo às expectativas, mas muito cuidado com a segurança durante o processo de execução da soldagem!!!!

Será que para todos os casos é necessário qualificar umprocedimento de soldagem????

WORKSHOP QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS DE SOLDAGEM / CASOS

SOLDABILIDADE

“... é a habilidade de soldar um metal sem introduzir trincas ou outro defeitos e, ao mesmotempo, atingir as propriedades necessárias para o serviço”.

N. Bailey. “Weldability of Ferritic Steels”

ASME P-Numbers

Para reduzir o número de qualificações do procedimento de soldagem e brasagem, aos metais de base foram atribuídos os P-Numbers pelo ASME IX.Esse agrupamento foi baseado em características comuns comparáveis entre os materiais, como:

• Composição química• Soldabilidade• Propriedades mecânicas

A substituição indiscriminada de materiais em um conjunto de P-numberspode levar a problemas ou possíveis falhas. A avaliação de engenharia é necessária antes de uma mudança nos materiais.

Conceito similar adotado pela ISO /TR15608 e AWS B2.1


SOLDABILIDADE ISO TR 581:2005

As soldas devem cumprir os requisitos especificados com relação tanto às suas propriedades locais quanto à sua influência na construção de um componente.A soldabilidade é influenciada por três fatores, a saber, material, projeto e produção, que são de igual importância para a soldabilidade.”

Soldabilidade metalúrgica está relacionada com as características do material como composição química, beneficiamento, processo de fabricação do aço, propriedades físicas e mecânicas. É influenciada principalmente pela produção e, em menor extensão pelo design.

Soldabilidade de construção – dado um projeto de uma estrutura soldada usando o material selecionado, o componente deve ser capaz de operar mediante as condições previstas no seu projeto. Fatores como espessura, efeito de entalhes, corrosão, temperatura, arranjo das soldas, natureza e magnitude das tensões influenciam na soldabilidade.

Soldabilidade operacional existe para um procedimento de soldagem se as soldas previstas para uma determinada construção puderem ser feitas adequadamente sob as condições de produção escolhidas. Fatores como tipo de junta, pré-aquecimento, métodos de soldagem, sequência de soldagem, controle de pré e interpasse, PWHT, decapagem... influenciam na soldabilidade operacional.


• susceptibilidade à formação de defeitos comotrincas a quente

segregação de produtos de baixo ponto de fusão

trincas a frioestrutura susceptível+ hidrogênio + tensãoem baixa temperatura

trincas de reaquecimentoelementos endurecedores por precipitação

• susceptibilidade à perda de propriedadesperda de resistênciaendurecimento excessivofragilização

INFLUÊNCIA DO MATERIAL E DOS CICLOS TÉRMICOS IMPOSTOS PELO PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM

. APORTE DE CALOR

. PRÉ-AQUECIMENTO

. ALÍVIO DE TENSÕES ...

SOLDABILIDADE - Metalúrgica

MAIOR INFLUÊNCIA É DO NÍVEL DE RESISTÊNCIA MECÂNICA, DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA E DO GRAU DE LIMPEZA DO MATERIAL

quanto mais “requisitos” maior a “perda”

TENSIONAMENTO RESIDUAL

AUSÊNCIA DE DEFEITOS

ATENDIMENTO ÀS PROPRIEDADES

EPSRQPS

composição química processamento

microestrutura propriedades mecânicas

aços ao carbonoaços baixa ligaaços ligaferros fundidosligas não ferrosas

termomecânicotérmico

baixa resistênciamédia resistênciaalta resistência

tenacidade controlada

MATERIALsolicitações

esforços corrosão

tecnologias para construção e montagem, controles de aportes, geometrias, produtividade

normas

tecnologias de inspeçãoPROCESSOS

APLICAÇÃOPROJETO

FABRICAÇÃO E INSPEÇÃO

qualificaçãocontrole de qualidade

Soldabilidade metalúrgica

Soldabilidade operacional

Soldabilidade construção


Para aplicar / qualificar uma EPS

ASME, ISO, AWS...


Fluxograma para elaboração e qualificação de uma EPS

Determinação da norma de projeto

e fabricação do PRODUTO

Determinação da norma de

Qualificação

Consulta à literatura

técnica

Elaboração da

EPS preliminar

Soldagem / registro

Teste para a Qualificação

EPS QualificadaSIM Não

RQPS, EPS, CQS


QG-101“As EPS devem estar disponíveis para referência e revisão no local de fabricação.”


Qualificação de procedimento de soldagem

“Os ensaios são realizados / selecionados a fim de prover informações mínimas quanto

à resistência mecânica, ductilidade, tenacidade ou outras propriedades da junta.”

“O objetivo da qualificação do procedimento é determinar, pela preparação e teste de

CPs padronizados, que a soldagem de acordo com a WPS produzirá soldas integras e

com propriedades mecânicas adequadas da junta.” (AWS Welding Handbook Vol. 1)

As variáveis de soldagem / qualificação são definidas pelos códigos de projeto a fim de

manter as propriedades designadas.

Variáveis essenciais, suplementares e não essenciais.

Definições

Uma especificação de procedimento de soldagem (EPS) é um documento escrito que fornece orientação para a pessoa que está aplicando o processo de soldagem.


ASME IX-2019P-number (metais de base)

Para diminuir o número de qualificações os materiais de base (MB) foram agrupados (designação alfa numérica) conforme sua soldabilidade, ou seja, composição química e características metalúrgicas.

G-number (metais de base)

Para os materiais ferrosos o G-number corresponde a um subconjunto do P-number que são usados quando as EPS precisam ser qualificadas para atendimento a requisitos de tenacidade.

“Esta categorização não significa que os MB possam ser indiscriminadamente substituídos por outros MB que foram usados na qualificação da EPS sem considerar a compatibilidade do ponto de vista metalúrgico, tratamento térmico pós-soldagem (PWHT), projeto, propriedades mecânicas e requisitos de serviço.” (ASME IX-2019 QW-420).

G-number


Exemplo ASME IX-2019

É comum profissionais acharem que se a EPS (com requisito de impacto) for qualificada com um material de mais alta resistência está automaticamente qualificada para soldar um material de menor classe de resistência conforme o ASME IX. Cuidado!!!


Exemplo AWS B2.1

Grupos de MB com conceito similar ao ASME IX


Exemplo ISO /TR 15608 Grupos de MB com base na composição química e prop mec

X60 e X70


SOLDABILIDADE

Acredite, ambos são API 5L grau X70, ou seja, P-number 1G-number 3 conforme o QW 422 do ASME IX.

Será que uma EPS qualificada com o material TMCP atende a ambos os casos sempre??


SOLDABILIDADE & RELAÇÃO ENTRE O QUE SE QUALIFICA

E O QUE SE SOLDA.

ASTM A 182 grau F22 (P-number 5A G-number 1)

A213 grau T22 (P-number 5A G-number 1 )

Apesar de ambos serem aço com 2 ¼ Cr-1Mo o processamento distinto e a aplicação distinta requer cuidados específicos que influenciam na soldabilidade.


AISI 4130 QT 100ksi LR

AISI 41xxAISI 86xxComo tratar a qualificação da EPS?????

AISI 4130 N 69ksi LR


A number (metais depositados)

Analysis metal: são grupos de metal de adição na condição como depositado que apresentam composição química e características metalúrgicas semelhantes. Tem o mesmo objetivo do P-number, porém no metal depositado.

Filler metal: grupamento de consumíveis semelhantes quanto a habilidade requerida ao soldador.Tem o objetivo de diminuir a quantidade de testes para a qualificação de soldadores e procedimentos.

F number (Consumíveis)

ASME IX-2019


A-number (metais de base)

A-1 qualifica A-2 e vice versa (QW 404.5)


F-number (consumíveis)

Qualificação de soldadorese operadores


F-number (consumíveis)

Agrupamento dos consumíveis conforme ASME II seção C


ASME II Seção C

Fluxograma ASME IX-2019

Procedimento de soldagem

Artigo II – QW 200

Desempenho de soldagem

Artigo III – QW 300

Variáveis de

soldagem QW 250

Metais de base QW

200.3 e 400.3

EPS QW 200.1

Testes QW 202 e 203 Preparação do BM QW 210

Qualificação (RQPS) QW 200.2

EPS QW 200.1

Soldadores QW 304 Operadores QW 305

Testes QW 301 a 303 CPs QW 310

Qualificação QW 301.4

Requalificação

QW 320, 322 e 350

Requisitos Gerais - Soldagem

Artigo I - QW 100

Dados de soldagem – QW 400 EPS Préqualificada – QW 500

Requisitos Gerais

Parte - QG

Qual Soldadores ISO 9606 e ISO 14732 – ANEXO LSWPS permitidas – ANEXO E

Reteste é permitido??(QW 202.1)


Fluxograma ISO 15614-1 ed. 2017

EPS preliminar (4)

Peças de teste (6)

Chama as clausulas 6 e 7 e informa que

os soldadores estão qualificados.

Ensaios destrutivos e NDT (7)

Escopo (1), referências (2),

definições (3)

Anexo A – designação dos

consumíveis de soldagem

Anexo B – modelos de

RQPS

Ensaios para qualificação da EPS (5)

Separa chapa, tubo derivação, filete e

junta de ângulo (T-joint).

Tipos de END, quantitativo dos ensaios destrutivos por

nível e tipo de junta, local de retirada de CPs.

Trata também das condições para reteste (7.6)

Range qualificado (8)

Variáveis por nível como grupo MB conforme ISO

15608, espessura do Bem MS, diâmetro, posição,

processo, tipo de junta (buildup, buttering),

consumível, HI, corrente e polaridade, pré,

interpasse, pós, PWHT, RQPS (9)

Chama a ISO 15609 (especificação e qualificação

de WPS) para itens relevantes a compor a WPS e

apresenta modelos de WPS.


ISO 15614-1 ed. 2017

Forma que as variáveis são apresentadas


ASME IX ed. 2019

Apresentação das variáveis


Posições de retirada de CPs - ASME IX

QW 202.2


ASME IX-2019

Ensaios de dobramento (bending test)

O ensaio de dobramento é um teste qualitativo que pode ser usado para avaliar a ductilidade e a integridade da junta soldada.

Na qualificação do procedimento não há controle da velocidade do ensaio, porém cuidado quando for executar o teste em materiais dissimilares!!!!

O diâmetro do cutelo é especificado pela norma de qualificação e pode variar com a classe de resistência e ductilidade do material. Em geral o ASME IX e ISO 5173 usa a relação 4t.O ângulo de curvatura pode ser de 90 °, 120 ° ou 180 °, dependendo dos requisitos da especificação.


ASME IX-2019

Ensaios de tração (tensile test)

Tem por objetivo analisar a resistência mecânica à tração da junta soldada a fim de verificar o atendimento aos requisitos do QW 153.1

Na qualificação do procedimento não há controle do limite de escoamento nem do alongamento, porém cuidado com o código de projeto!!!


ASME B31.3 Cap. IX


ASME IX - ensaios de impacto Charpy V

Por que os CPS são confeccionados nestas regiões?

Se houver mais de um processo na junta soldada, todos devem ser contemplados no ensaio.


Localização dos CPs Charpy V na qualificação de procedimento de soldagem.


ISO 15614-1 - ensaios de impacto Charpy V

Se houver mais de um processo na junta soldada, todos devem ser contemplados no ensaio.

Posição de soldagem (8.4.2):as amostras para ensaio de impacto devem ser retiradas da solda na posição de maior Aporte.

Aporte térmico


E os ensaios para determinação da tenacidade?

Bx2B

BxB Requisitado por códigos de projetos como:• DNVGL‐ST‐F101 – 2017• API 1104• AWS D1.1 (commented C‐9.15.4.4 Weldments

Requiring CVN Toughness)• ASME VIII div 3;• API RP 579• ASME FFS‐1


ASME IX – Temper bead

QW-462.12


ASME IX – Temper bead

dureza CVN nenhum

ASME IX – Amanteigamento

8630 8630

ASME IX – Tubo vs Espelho

Ninguém deseja que isso ocorra após a soldagem do tubing vs espelho!!!


ASME IX – Tubo vs EspelhoQW 193 –requer um mockup com a soldagem de 10 tubings em espelho com no mín50 mm de espessura.


ASME IX – Tubo vs Espelho

Versão 2017

Nova versão 2019


Há quem pergunte, qual a melhor?Será que há uma melhor?


Tratamentos térmicosO Tratamento Térmico em metais é um conjunto de operações que envolve etapas de aquecimento, tempo de permanência a determinadas temperaturas e resfriamento sob condições controladas, com o objetivo de garantir a integridade da juntas soldadas, sendo que os tratamentos mais comuns são:

Pré‐aquecimentoA temperatura do metal base a ser mantida imediatamente antes de se iniciar a soldagem. Nos processos multipasse é a “temperatura imediatamente antes do início do passe subsequente”.O principal objetivo do pré‐aquecimento é reduzir a velocidade de resfriamento da junta soldada principalmente na faixa 800 – 500 ºC, mas também pode ser usado por exemplo para eliminar umidade na junta soldada.

Pós‐aquecimento; Temperatura mantida imediatamente após a soldagem (geralmente entre 250 ºC e 300 ºC – ISO/TR 14745), cujo objetivo é a eliminação do hidrogénio introduzido na junta soldada. Em geral não há alívio de tensões com o pós‐aquecimento!!!

Tratamento térmico pós soldagem (PWHT) – “qualquer TT realizado após a soldagem para melhorar as propriedades da junta”Objetivo ‐ reduzir as tensões residuais, manter a estabilidade dimensional, elevar a tenacidade e ductilidade e reduzir a dureza.Na maioria das vezes aplicado em temperaturas subcríticas.Este tratamento térmico acarreta um “efeito de revenido” na junta soldada, podendo por consequência levar a resultados de propriedades mecânicas distintas (LR, CVN, dureza, ductilidade) e alterar a resistência à corrosão.Pode ser realizado em forno ou de forma localizada.

API 6A definição


Tratamento térmico pós soldagem (PWHT)

Muito comum ser utilizada como parâmetro de encharque a relação de 1 hora por polegada de espessura na região da junta soldada e 2h + 1/4h por polegada para espessuras acima de 2”.Em geral pelo menos 20 ºC abaixo da temperatura de revenimento (ex. ISO 13628‐15).

Trata‐se de um rearranjo da subestrutura e da diminuição da densidade de discordâncias, sendo este um processo termicamente ativado que ocorre tanto mais rapidamente quanto mais elevada for a temperatura.

PWHT é composto basicamente por três eventos

Banda de controle de gradiente

Banda de aquecimentoBanda de tratamento


Gráficos de PWHT


Gráficos de PWHT

Santa evolução!!!!!


Cuidado especial com PWHT localizado !!!!

Standard Heat Treatments for Fabrication Processes

WRC Bulletin 452 Jun 2000

ISO TR 14745 – PWHT parameters for steels

AWS D10.10 – Recommended practicies for local heating of welds in piping and tubing


AWS D1.1-2015 é dividida em:09 capítulos;20 anexos - sendo 11 informativos e 09 normativos

“Engenheiro” deve ser definido como um indivíduo devidamente designado que age em todos os assuntos dentro do escopo do código.

"Inspetor" deve ser definido como a pessoa devidamente designada em todos os assuntos de inspeção e qualidade dentro do escopo do código e dos documentos do contrato.


Fonte: https://www.offshore-crane.com/offshore-pedestal-crane/

OK, mas se os chamarem para qualificar uma EPS para uma estrutura com um guindaste offshore?

Que material vamos soldar?Quais as dimensões?Como será meu acesso?Processos de soldagem x consumíveis?Soldabilidade?

Alguma norma de referência????

CASO 1


CASO 1 - EPS para uma estrutura com um guindaste offshore?

AWS D14.1


CASO 1 - EPS para uma estrutura com um guindaste offshore?

Com uma pequena amostra foi possível caracterizar o material e enquadrar conforme a classe V da AWS D14.1, ou seja, equivalente ao grau S690Q da ISO 10025‐6 (DIN 17124)

Emissão de pWPS, soldagem e ensaios para a qualificação da WPS


Desenvolver EPS para a fabricação de caixa de suportação de um transformador elétrico de alta tensão que irá operar na cidade de Gramado – RS.

Foi informado que o material de base é ABNT NBR 6650 grau CF30

Como será meu acesso?

Processos de soldagem x consumíveis?Soldabilidade?

Produção em série?

Alguma norma de referência????

Quais as condições de operação (pressão, temperatura, meio..)?

CASO 2


CASO 2

70 ksi


CASO 2

Por que não pesquisar o que a agência reguladora determina?


Desenvolver EPS para a realização de reparo de uma estrutura de sistema de Drilling offshore.

Material de base original:Weldox 700 (trade name of the SSAB steel maker), i.e., minimum Yield Strength of 690 MPa and Ultimate Strength between 760MPa to 930 MPa (110 Ksi to 135 Ksi).

MDMT -20 ºCCVN requirements 69J average and min. single 46JCeq shall not exceed 0.55%

Como recomendar / qualificar uma EPS para estecaso, considerando o processo SMAW?

CASO 3


Regarding to AWS D1.1-2015 this material (Group V class C for thickness up to 65 mm) is not recommended perform PWHT due to a possible decrease of the notch toughness of the weld metal and HAZ and AWS D1.1 C-3.14.3 comment that “…Some grades of ASTM A514/A517 are marginal for PWHT due to low ductility and possible HAZ cracking during PWHT as well as loss of strength and toughness…”

Podemos propor o uso de Junta pré-qualificada:

CASO 3


CASO 3

1 – Acquisition of test plate with 1 ¼” (31.7 mm) of thickness to WPS qualification range from 16 mm to 63 mm.

1st option in Brazilian market it is recommended using ASTM A514 grade Q with supplementary Charpy V (CVN)requirements for – 20ºC or;

2nd option use Weldox 700 plate with CVN test;

3rd option is use plate according to EN 10025-6 S 690QL with CVN.

2 – Acquisition of filler metals with guarantee of CVN requirement ins as welded condition and Certified accordingto AWS A5.01 Sch J

According to ASME II part C SFA / AWS A 5.5 E 9018-M 2,5mm / 3,2 mm for the root and hot pass.

According to ASME II part C SFA / AWS A 5.5 E 11018-M-H4R 3,2 mm for the fill and cap.3 – Perform welding test in 2G and 3G positions.

SUMMARY OF STEPS TO QUALIFICATION THE WPS


RECOMMENDATIONS FOR WELDING PROCEDURE SPECIFICATION (WPS) PROCEDURE QUALIFICATION RECORDS (PQR) AND WELDING IN THE YARD


Algumas referências:

AWS WELDING HANDBOOK VOLUMES 1 & 4METALS AND THEIR WELDABILITY

ASM HANDBOOK volume 6WELDING, BRAZING AND SOLDERINGASM INTERNATIONAL

ASM HANDBOOK volume 1Properties and Selection: Iron, Steel and High Perfomance Alloys.ASM INTERNATIONAL

Welding Metallurgy and WeldabilityJohn C. Lippold

AGRADECEMOS SUA PARTICIPAÇÃO

26 DE JULHO DE 2019RIO DE JANEIROTECMETALwww.tecmetal.com.brwww.materials.life

AWS D1.1, AWS D10.10, AWS B2.1AWS B4.0AWS B51‐AMDAWS C5.5ASME BPVC


CASE Extra - ASME B31.3 ed 2016 qualificado conforme ASME IX-2019 com requisito de impacto

Fig. 323.2.2A

Tabela 323.2.2 coluna B-3 são requeridos ensaios CVN no MS e na ZTA. OBS: o ASME VIII div 1 UG-84(g) tem tratativa similar ao B31.3 quanto a

posição do CP de impacto a faixa T qualificada conforme ASME IX.

Exemplo: dado um tubo API 5L grau X65N com espessura de 20 mm (GTAW + SMAW) e MDMT -30 ºC.




QW 202.2 b

Então temos um conflito quanto a faixa de espessura qualificada, e “divergência” quanto a posição de retirada de CVN entre ASME IX e B31.3




ASME IX a espessura qualificada entre 16 mm a 40 mmB31.3 a faixa qualificada entre 10 e 26 mm

ASME IX ensaios de CVN em ambos os MS (SMAW e GTAW)B31.3 CVN com uma das faces do CP a 1,5 mm da superfície, não contemplando o GTAW.??????????

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