Soldagem naval

7/30/2019 Soldagem naval

1/11

SOLDAGEM NA INDSTRIA NAVAL MODERNA:MATERIAIS E PROCESSOS

Eng. Ricardo A. Fedele, MScEngenheiro de Aplicao da Boehler Thyssen Tcnica de Soldagem Ltda

Prof. do Dep. de Eng. Mecnica e Metalrgica da Escola de Engenharia Mau

[email protected]

(Artigo publicado na Revista Soldagem & Inspeo Ano 6. N 9 Suplemento Tcnico BR)

RESUMO

A indstria naval brasileira permaneceu adormecida nas ltimas dcadas devido sua situaoeconmica desfavorvel e pouco competitiva em relao ao mercado mundial. No entanto, devidos novas medidas econmicas anunciadas pelo Governo Federal, espera-se a retomada dasatividades do setor naval j nos prximos meses. Diante desse quadro bastante promissor,

verifica-se a necessidade de atualizao tecnolgica do segmento naval nacional, visto quemuitos estaleiros estrangeiros continuaram ativos nesse perodo, incentivando o desenvolvimentode novos materiais e tcnicas mais modernas de soldagem. Assim, este artigo tem o objetivo deapresentar e discutir resumidamente as caractersticas dos principais metais de base e metais deadio utilizados na construo naval moderna; mostrar o resultado de experincias comparativasrealizadas entre alguns processos de soldagem e fornecer exemplos prticos de aplicao dessesmateriais e processos de soldagem.

ABSTRACT

Brazilian shipbuilding industry remained sleeping during the last decades due to its unfavorableand less competitive economical situation in relation to the world market. However, due to the newdecisions announced by the federal government, the Brazilian shipbuilding activities are tending totake up again in the next months. In the face of this very promising picture, it is necessary to havea technological updating, since the foreign shipyards have been active during this period,supporting the development of new materials and modern welding processes. Thus, this paper hasthe following objectives: present and discuss concisely the characteristics of the main base andfiller metals employed in modern shipbuilding industry; compare some welding processes in termsof quality and productivity; and give some practical examples of these materials and weldingprocesses application.

Boehler Thyssen Tcnica de Soldagem Ltda. 1


2/11

1. INTRODUO

A indstria naval brasileira est se preparando para a retomada de suas atividades a partir dosegundo semestre do prximo ano. Este impulso est relacionado s novas medidas definanciamento anunciadas no ltimo dia 24 de outubro pelo Governo Federal, que elevam o prazode amortizao dos emprstimos de 15 para 20 anos, reduzem a taxa de juros de 6% para valoresentre 4% e 6% e aumentam o valor mximo dos financiamentos de 85 para 90%. Tais medidas jderam resultado. A Transpetro, empresa transportadora da Petrobrs, pretende iniciar aconstruo de dois navios Suezmax, com 130 mil toneladas de peso bruto cada um e doisPanamax, com 60 mil toneladas de peso bruto cada, totalizando um investimento de US$ 150milhes. A empresa Mercosul Line investir US$ 50 milhes na construo de dois navioscontineres nos estaleiros brasileiros. Alm disso, segundo a Secretaria Estadual de Energia,

Indstria Naval e Petrleo do Rio de Janeiro, outras companhias esto interessadas em construirsuas embarcaes no Brasil. A Aliana Hamburg Sud pretende montar quatro navios comrecursos de US$ 200 milhes, o grupo dinamarqus Maersk investir US$ 100 milhes naconstruo de quatro embarcaes de apoio offshore e o grupo Neptunia tem um projeto de doisfull containers no valor de US$ 56 milhes cada (1,2).

Diante deste quadro bastante promissor, a comunidade de soldagem deve se preparar paraparticipar e atender as necessidades do segmento naval. Isto porque a soldagem sempredesempenhou um papel fundamental no cenrio mundial da construo de embarcaes. Bastadizer que a soldagem representa atualmente um tero de todos os servios executados naconstruo de um navio de grande porte (3).

Por este motivo, o presente artigo tem os seguintes objetivos: apresentar e discutirresumidamente as caractersticas dos principais metais de base e metais de adio utilizados naconstruo naval moderna; mostrar o resultado de experincias comparativas realizadas entrealguns processos de soldagem e fornecer exemplos prticos de aplicao desses materiais eprocessos de soldagem.

2. EVOLUO DA SOLDAGEM NA INDSTRIA NAVAL

Em tempos mais remotos, quando no existiam materiais adequados e tcnicas de junoeficazes, muitos estaleiros j utilizavam a soldagem na construo de navios e embarcaes.

Consequentemente, esta poca foi marcada por problemas metalrgicos e graves acidentes,decorrentes principalmente, da inexperincia e falta de treinamento dos profissionais envolvidosnos projetos, da baixa qualidade dos metais de base e de adio empregados e da ausncia desuporte tcnico especializado. O exemplo mais conhecido deste perodo da histria naval o casodos navios ingleses Liberty Ships, os quais foram construdos totalmente por soldagem durante asegunda guerra mundial e, quando colocados em operao, literalmente quebraram ao meio(3).

Atualmente, a tecnologia de construo de embarcaes apresenta-se em um estgio bastanteavanado. A experincia adquirida ao longo dos anos permitiu que as necessidades tcnicas paraa superao dos problemas fossem definidas e as solues para suprir tais necessidades fossemencontradas. No somente em termos de desenvolvimento de materiais mais apropriados para aindstria naval, mas tambm em relao ao estudo de novos processos de fabricao capazes de

aumentar a produtividade e reduzir os custos de produo. Portanto, a indstria naval modernaapresenta hoje uma grande variedade de materiais, desde os mais comuns destinados saplicaes tradicionais at os especiais, altamente ligados, para satisfazer as condies



3/11


4/11

Tabela 1 Principais aos comuns utilizados na construo naval(5)

.

Resistncia ao Impacto (J)

e 50 50 e 70 70 e 100

Classe L. Esc(N/mm2)

L. Res(N/mm2)

Along.(%)

T(C)L T L T L T

A + 20

B 0

D -20

E

235 400

520

22

-40

27 20 34 24 41 27

AH 32 0DH 32 -20

EH 32 -40

FH 32

315 440

590

22

-60

31 22 38 26 46 31

AH 36 0

DH 36 -20

EH 36 -40

FH 36

355 490

620

21

-60

34 24 41 27 50 34

AH 40 0

DH 40 -20

EH 40 -40

FH 40

390 510

650

20

-60

41 27 - - - -

e=espessura L=cp longitudinal T=cp transversal

3.2 METAIS DE ADIO COMUNS

Os metais de adio normalmente empregados para a soldagem dos aos comuns na industrianaval so os eletrodos revestidos, utilizados no processo manual ou por gravidade, os aramesslidos, para os processos MIG/MAG e Arco Submerso, e os arames tubulares, para a soldagemcom ou sem proteo gasosa(3,8). A Tabela 2 relaciona os consumveis de soldagem utilizadoscom maior freqncia na indstria naval.

Segundo um levantamento estatstico realizado no ano de 1987 em estaleiros nacionais eestrangeiros, 60% de todas as soldas mensais eram executadas pelo processo eletrodo revestidomanual. Os 40% das soldas restantes dividiam-se entre MIG/MAG(11%), eletrodo revestido porgravidade(8%) e arco submerso(21%)(8). Atualmente, grande parte das soldas realizadas poreletrodo revestido esto sendo gradualmente substitudas por processos que oferecem maiorprodutividade tais como MIG/MAG e Arame Tubular. Alm disso, essa busca por maiorprodutividade tem sido responsvel pela crescente utilizao de processos automatizados, tais

como a soldagem por eletroescria na unio do chapeamento do costado e das longarinas doconvs de navios de grande porte(8), do processo por arco submerso, com trs arames, na fixaodos membros longitudinais(3) e do processo laser, na fabricao de escoras topo a topo e deplacas de painel enrijecidas(9).



5/11


6/11

4.1 METAIS DE BASE ESPECIAIS

Conforme comentado anteriormente, existe uma variedade de ligas especiais que podem serempregadas na fabricao de um navio. No entanto, as operaes de soldagem realizadas emaos inoxidveis so muito mais freqentes do aquelas envolvendo as ligas de nquel ou de cobre.Isto se deve grande quantidade de aos inoxidveis empregada na construo naval em relaoaos outros materiais especiais. A Tabela 3 relaciona os aos inoxidveis mais utilizados nafabricao de tanques para a indstria naval, com suas respectivas propriedades mecnicas ecomposies qumicas resumidas conforme a Norma ASTM A 240-83(10).

Tabela 3 Principais aos inoxidveis utilizados na construo naval (10).

Composio qumica (%) Propriedade mecnica (mn.)Ao

C Cr Ni Mo N LE

(N/mm2)

LR

(N/mm2)

A

(%)

304 0,08 18,0-20,0 8,0-10,5 - - 205 515 40

304L 0,03 18,0-20,0 8,0-12,0 - - 170 485 40

304LN 0,03 18,0-20,0 8,0-12,0 - 0,10-0,16 205 515 40

316 0,08 16,0-18,0 10,0-14,0 2,0-3,0 - 205 515 40

316L 0,03 16,0-18,0 10,0-14,0 2,0-3,0 - 170 485 40

316LN 0,03 16,0-18,0 10,0-14,0 2,0-3,0 0,10-0,16 205 515 40

317 0,08 18,0-20,0 11,0-15,0 3,0-4,0 - 205 515 35

317L 0,03 18,0-20,0 11,0-15,0 3,0-4,0 - 205 515 40

S31803 0,03 21,0-23,0 4,5-6,5 2,5-3,5 0,08-0,20 450 620 25

S32550 0,04 24,0-27,0 4,5-6,5 2,0-4,0 0,10-0,25 550 760 15

S32760 0,04 24,0-26,0 6,0-8,0 3,0-4,0 0,30 mx. 550 750 15

O ao inoxidvel do tipo 304 apresenta uma microestrutura austentica com moderada resistncia corroso intergranular e por pites. A susceptibilidade corroso por pites pode ser reduzida apartir da utilizao de ligas com adio de molibdnio tais como os aos 316 e 317. J o problemada corroso intergranular pode ser resolvido atravs da utilizao de ligas com teores reduzidos

de carbono tais como os aos L (Low carbon) nas verses 304L, 316L e 317L. No entanto, estareduo das quantidades de carbono pode provocar a deteriorao das propriedades mecnicasdo ao. Caso esta deteriorao mecnica seja um problema para os requisitos de projeto, aoinvs da opo por aos da srie L, prefervel utilizar ligas da srie LN, com baixos teores decarbono e adies de nitrognio, o qual promove o endurecimento do ao pelo mecanismometalrgico de soluo slida intersticial, substituindo o efeito endurecedor do carbono. Almdisso, as adies de nitrognio tambm apresentam outras vantagens como o aumento daresistncia corroso por pites e a reduo da temperatura crtica de transio (11). A Figura 1mostra um tanque para transporte martimo de produtos qumicos inteiramente construdo porsoldagem em ao inoxidvel 316LN com eletrodo revestido especial E 316LN.

Alm dos aos inoxidveis austenticos da srie 300 discutidos at o momento, a indstria naval

tambm utiliza em larga escala os aos inoxidveis duplex S31803 e S32550. Esses materiaisapresentam uma excelente combinao de propriedades mecnicas e elevada resistncia corroso. Em geral, os aos inoxidveis duplex possuem o dobro do limite de escoamento dos



7/11

aos inoxidveis convencionais, conservando os mesmos valores de tenacidade(12)

. Isto significaque as espessuras de projeto podem ser reduzidas metade, economizando no material, notransporte e no peso das embarcaes.

Figura 1 Tanque para o transporte martimo construdo por soldagem em ao inoxidvelE316LN com eletrodos revestidos tambm E316LN-17. (Cortesia: Boehler Thyssen)

Alm disso, as ligas duplex apresentam o dobro da resistncia corroso por pites em relaoaos aos inoxidveis austenticos convencionais. Tais propriedades se devem composioqumica e microestrutura ferrtica-austentica desses materiais. A Figura 2 mostra um naviocargueiro qumico com tanques totalmente construdos por soldagem em ao inoxidvel duplexUNS S31803.

Figura 2 Cargueiro qumico com tanques de armazenamento construdos por soldagem em aoinoxidvel duplex UNS S31803 com arame tubular E 2209 T0-4. (Cortesia: BoehlerThyssen)



8/11

4.2 METAIS DE ADIO ESPECIAIS

A Tabela 4 relaciona os principais metais de adio inoxidveis empregados na indstria naval.Observando esta tabela, verifica-se que os processos Eletrodo Revestido, MIG e Arame Tubularnovamente aparecem como sendo os mais utilizados na construo de navios e embarcaes.Tanto a seleo de um desses processos como a do metal de adio adequado para o serviodeve levar em considerao alguns pontos importantes j discutidos anteriormente.

Tabela 4 Principais consumveis de soldagem para aos inoxidveis utilizados na indstrianaval.

Eletrodos revestidos

AWS A5.4E 308L-XX XX =15 revestimento bsico

E 316L-XX XX =16 revestimento rutlico

E 309L-XX XX =17 revestimento rutlico-bsico

E 309L-XX

E 309LMo-XX

~E 316LN

E 2209-XX (duplex)

* EN 1600 25 9 4 NL B22 (Superduplex)

Arames slidos para GTAW e GMAWAWS A5.9

ER 308LER 316L

ER 309L

ER 309LMo

ER 2209 (duplex)

* EN 12072 W 25 9 4 NL (superduplex)

Arames tubulares para FCAWAWS A5.22

Posio plana e horizontal Todas as posies (arames PW)E 308LT0-4 E 308LT1-4/1

E 316LT0-4 E 316LT1-4/1

E 309LT0-4 E 309LT1-4/1E 309LMoT0-4 E 309LMoT1-4/1

E 308 HT0-4 E 308 HT1-4/1

E 317 LT0-4 E 2209 LT1-4/1

E 2209 LT0-4* European Norm

Em princpio, o processo de soldagem por Arame Tubular apresenta maior produtividade do queos outros dois processos mencionados(13). Como exemplo desta superioridade, pode-se citar queno tempo de soldagem igual 01 minuto, deposita-se um cordo de 800 mm de comprimento comarame tubular, 670 mm com MIG e 280 mm com eletrodo revestido. A Figura 3 mostra os cordes

de solda obtidos nesta experincia. Alm disso, a soldagem com arames tubulares promove umapenetrao mais uniforme e segura em comparao ao processo MIG, como pode ser verificadona Figura 4. No entanto, o custo dos arames tubulares mais elevado em comparao ao dos



9/11

arames slidos ou eletrodos revestidos, e a tecnologia de aplicao deste processo aindaencontra-se menos difundida do que a dos outros dois processos citados.

Figura 3 Cordes de solda depositados em juntas de ngulo, destacando a superiorprodutividade do processo de soldagem por Arame Tubular em relao aosprocessos de soldagem por Eletrodo Revestido e MIG/MAG.

Figura 4 Macrografias de juntas de ngulo soldadas, destacando a maior uniformidade de

penetrao do cordo de solda do processo de soldagem por Arame Tubular emcomparao ao processo MIG/MAG.

Outro ponto importante que deve ser considerado na seleo do metal de adio adequado aposio em que a solda ser feita. Na maioria das vezes, no existe a possibilidade de posicionara pea para a soldagem na posio plana, sendo necessrias as deposies verticais ou atmesmo sobre-cabea. No passado, existiam apenas eletrodos revestidos e arames slidoscapazes de atender as necessidades das soldagens fora de posio. Atualmente, j existemarames tubulares para a soldagem em todas as posies, conhecidos pelo nome PW (PositionalWelding). Este avano tecnolgico foi possvel graas ao desenvolvimento de um fluxo interno ao

arame que proporciona a formao de uma escria de resfriamento rpido, evitando que omaterial fundido escorra durante a soldagem em posies adversas (14). Por estes motivos, a



10/11

utilizao de arames tubulares na construo de navios-tanques e equipamentos offshore temapresentado um comportamento crescente nos ltimos anos.

Como exemplo da aplicao dos arames tubulares PW, a Figura 5 mostra um injetor de gua parao sistema anti-incndio de uma plataforma martima de prospeco de petrleo norueguesa. Esteequipamento foi confeccionado inteiramente por soldagem a partir de tubos de ao inoxidvelduplex S31803, com espessuras de 15-25 mm e metal de adio AWS E2209 T1-4 de 2,0 mm dedimetro. Nota-se que existem soldas circunferenciais horizontais (posio 2G) e soldascircunferenciais verticais (posio 5G), em locais de difcil acesso, executadas sem nenhumproblema.

Figura 5 Injetor de gua para sistema anti-incndio de uma plataforma martima de prospecode petrleo, construdo totalmente por soldagem em ao inoxidvel duplex,utilizando os arames tubulares PW. (Cortesia: Frank Mohn Flatoy A.S. Norway)

Alm do desenvolvimento de novos processos e materiais, o aperfeioamento do homem imprescindvel para o progresso de qualquer setor industrial. Em princpio, o soldador ou operadordo equipamento de soldagem responsvel por uma grande parcela da qualidade final das soldasexecutadas. Assim, importante lembrar que, alm dos mercados fornecedores de matria-primapara a construo naval, as instituies destinadas ao treinamento e qualificao de profissionaisda rea de soldagem tambm devem estar preparadas para suprir as necessidades destesegmento industrial nos prximos anos. Cursos, palestras e seminrios so fundamentais paraatrair as pessoas interessadas e incentiv-las ao aperfeioamento tcnico. Nesse sentido,

parcerias entre escolas tcnicas como SENAI e associaes de classe como ABS vmapresentando excelentes resultados.



11/11


5. CONCLUSES

A indstria naval mundial tem incentivado o desenvolvimento de novos materiais para atender aosseus requisitos de produtividade e qualidade, os quais se mostram cada vez mais exigentes.Assim, a crescente utilizao dos aos inoxidveis duplex em substituio s ligas inoxidveisconvencionais e o desenvolvimento dos arames tubulares PW para a soldagem em todas asposies so exemplos desse avano tecnolgico.

Alm do estudo de novos materiais, a aplicao de modernos processos de soldagem emsubstituio queles tradicionais tambm vm sendo desenvolvida. Como exemplos dessesdesenvolvimentos, pode-se citar a utilizao do processo de soldagem por Arco Submerso comtrs arames, ao invs de um nico arame; a substituio progressiva dos processos Eletrodo

Revestido e MIG/MAG pelo processo Arame Tubular; e o emprego da Soldagem a Laser namontagem de navios.

Do ponto de vista socio-econmico, pode-se concluir que a preparao tcnica das empresasbrasileiras, em antecipao esse novo impulso da indstria naval, certamente contribuir para areduo da importao de materiais e mo de obra, favorecendo o crescimento das atividadesindustriais nacionais e a diminuio do desemprego local.

6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

1- Jornal do Brasil. Data: 26 de outubro de 2000.

2- Jornal do Commercio. Data: 26 de outubro de 2000.

3- OKUMURA, T; TANIGUSHI, C Engenharia de Soldagem e Aplicaes. A Soldagem na Construo Naval. Ed. LTC LivrosTcnicos e Cientficos. P. 296-313.

4- AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. A 131-82 Standard Specification for Structural Steel for Ships. ASTM.USA. v. 01.04. 1984. p. 151-158.

5- BUREAU VERITAS Rules and Regulation for the Classification of Ships and Offshore Installation-Materials. Section 2. NR.216DNCRO2E. 1997.

6- COLPAERT, H Metalografia dos Produtos Siderrgicos Comuns. Ed. Edgard Blcher. Brasil. 1992.

7- AMERICAN WELDING SOCIETY. AWS A5.1-91 Specification for Carbon Steel Electrodes for Shielded Metal Arc Welding .AWS. USA. 1991. p. 42.

8- TOMINAGA, S; ZANIBONI, W Proposta para Desenvolver a Soldagem na Construo Naval do Brasil. Em: XIII Encontro nacionalde Tecnologia da Soldagem. Anais. Associao Brasileira de Soldagem. Outubro. 1987. P.197-229.

9 SEYFFARTH, P; HOFFMANN, J O Laser na Construo Naval- Realidade, Viso ou Ideal? Em: I Simpsio sobre Tecnologia deSoldagem Brasil-Alemanha. Anais. Associao Tcnica Brasil-Alemanha. Junho. 2000. P.60-74.

10- AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. A 240-83 Standard Specification for Heat Resisting Chromium andChromium-Nickel Stainless Steel Plate, sheet, and Strip for Pressure Vessels. ASTM. USA. v. 01.04. 1984. p. 185-194.

11- FOLKHARD, E.; Welding Metallurgy of Stainless Steels. Ed. Springer-Verlag, Austria, 1988.

12- OLSSON, J.; FALKLAND, M.L. The versatility of duplex. In: Duplex America 2000 Conference, Houston-USA, 2000.Proceedings,2000, p. 41-51

13- AMERICAN WELDING SOCIETY. Welding Handbook. Volume 1. 8 edition. Ed. Leonard P. Connor. USA. 1991. p. 7-10

14- PERTENEDER, E; TSH, J; ZIEGERHOFER, J Capabilities and Limitations of Modern Slag-Forming Filler Materials for DuplexStainless Steel Welding. In: Duplex America 2000 Conference, Houston-USA, 2000. Proceedings, 2000.

Soldagem naval

Documents

Transcript of Soldagem naval