1901103rev0 apostila soldagemtubulacoes

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1901103rev0 apostila soldagemtubulacoes

  1. 1. Seu parceiro em Soldagem e Corte Soldagem deTubulações
  2. 2. ÍNDICEINTRODUÇÃO .......................................................................................... 1FABRICAÇÃO DE DUTOS TERRESTRES ....................................................... 3FABRICAÇÃO DE DUTOS SUBMARINOS ...................................................... 13TUBOS API 5L ...................................................................................... 26QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS DE SOLDAGEM................................. 33SOLDAGEM ........................................................................................... 55 ®ELETRODOS CELULÓSICOS OK PIPEWELD ............................................ 65ELETRODOS BÁSICOS OK...................................................................... 80TÉCNICAS DE SOLDAGEM E PRÁTICAS OPERACIONAIS .............................. 88DEFEITOS: CAUSAS E SOLUÇÕES ......................................................... 134SOLDAGEM AUTOMÁTICA DE TUBULAÇÕES ............................................ 142BIBLIOGRAFIA ..................................................................................... 158Elaborado, traduzido (parte) e adaptado porCleber Fortes – Eng. Metalúrgico, MSc. – Assistência Técnica ConsumíveisJosé Roberto Domingues – Eng. Metalurgista – Gerência TécnicaConsumíveis – ESAB – BRÚltima revisão em 31 de agosto de 2004
  3. 3. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESIntrodução Diariamente, incontáveis quilômetros de tubulações de aço sãoconstruídos no mundo para os mais variados usos industriais e civis. As tubulações formam verdadeiras redes, comparáveis a siste-mas de rodovias que, embora não tão óbvio, são definitivamente mui-to mais intrincadas e transportam fluidos que se tornaram essenciaispara nós. Para atender às especificações técnicas e satisfazer aos requisi-tos de segurança necessários, foram desenvolvidos nos últimos anosmateriais e processos de soldagem especiais que evoluíram com osegmento. O principal processo de soldagem utilizado na instalação de tubu-lações é a soldagem manual com eletrodo revestido que, graças asua facilidade e versatilidade, é ainda o mais usado. Contudo, para reduzir custos e aumentar a produtividade, particu-larmente em longos percursos, várias empreiteiras adotaram proces-sos de soldagem semi-automáticos ou totalmente automáticoscom arames tubulares com alma metálica ou não metálica e ara-mes sólidos. Os arames tubulares podem ser com proteção gasosaou autoprotegidos. Esse trabalho descreve ambos os métodos. Foi dedicado, emparticular, um amplo espaço para a soldagem manual, com referênciaespecial às práticas operacionais e à avaliação da qualidade, devidoao seu considerável uso ainda hoje, porém sem desprezar os méto-dos mais modernos e produtivos que serão cada vez mais utilizadosno futuro. 1
  4. 4. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES A premissa deste trabalho é satisfazer às necessidades da maio- ria dos profissionais que trabalham na área de soldagem, mas, parti- cularmente, fornecer aos usuários informações úteis e uma sólida ba- se operacional, relativamente aos processos, materiais de adição e equipamentos de soldagem. No intuito de um maior esclarecimento quanto à instalação de du- tos, discute-se sua montagem, apresentam-se os tipos de tubos, as normas utilizadas e em especial os processos de soldagem emprega- dos, dando-se ênfase à soldagem de dutos para transporte de óleo e gás e considerando-se também a soldagem de tubulações de elevada resistência (API 5L X-80).2
  5. 5. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESCapítulo 1Fabricação de dutos terrestres No processo de instalação de dutos terrestres são várias as eta-pas envolvidas, destacando-se as seguintes:Faixa de domínio Corresponde ao local de abertura da vala e implantação da tubu-lação. A abertura desta faixa deve levar em consideração o menorimpacto possível ao meio ambiente, devendo a diretriz da vala locali-zar-se em uma de suas laterais, de forma a possibilitar espaços parafuturas instalações. Normalmente a faixa apresenta uma largura de20 m, podendo ser de 15 m em áreas de reserva ambiental. Cursosd’água devem ser mantidos e canalizados, caso necessário.Traçado da diretriz da vala A diretriz definida pelo projeto deve ser marcada ao longo da fai-xa de domínio, que deve ser devidamente identificada. 3
  6. 6. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Abertura da vala A largura da vala deve ser compatível com o diâmetro do duto, de modo que o abaixamento não cause danos ao revestimento, sendo normalmente empregada uma folga de meio diâmetro da tubulação. A profundidade da vala varia conforme a classe de locação e tipo de ter- reno, devendo a terra escavada ser lançada sempre de um mesmo lado, próximo à vala, e do lado oposto de onde os tubos serão desfi- lados. É importante salientar que, no fundo da vala, não pode haver material duro que cause danos ao revestimento das tubulações (veja a Figura 1). Figura 1 - Abertura da vala Transporte e distribuição dos tubos Durante o processo de montagem, os tubos são transportados, com material macio entre eles (sacos de areia ou palha de arroz) e distribuídos ao longo da faixa de domínio, sendo movimentados com4
  7. 7. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕEScintas próprias, de modo a não danificar o revestimento (veja a Figura2). A distribuição dos tubos é feita ao longo da vala, do lado oposto aosolo escavado, sendo os tubos apoiados sobre sacos de solo selecio-nado ou de palha de arroz (veja a Figura 3). Tubos e curvas concre-tadas devem ser identificados com a localização dos pontos onde se-rão instalados. Figura 2 - Transporte dos tubos Figura 3 - Distribuição dos tubos (desfile) 5
  8. 8. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Curvamento De forma a atender à demanda da geografia do local onde será instalada a tubulação, os tubos são curvados, em uma máquina pró- pria, denominada curvadeira (veja a Figura 4 e a Figura 5). Para tal deve-se inicialmente qualificar um procedimento de curvamento. Figura 4 - Curvamento de tubos Figura 5 - Curvadeira6
  9. 9. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESConcretagem de tubos e curvas Nos cruzamentos, travessias de rios, brejos e áreas sujeitas a a-lagamento, os tubos e curvas são concretados de forma a dar-lhesmaior proteção e peso (veja a Figura 6). A espessura do concreto écalculada pelo pessoal de projeto em função do diâmetro do tubo, enormalmente varia entre 25 mm e 75 mm. Antes de ser concretado, orevestimento deve ser inspecionado e reparado, se for necessário. Figura 6 - Concretagem de tubosMontagem Montagem e soldagem de dutos são termos que se confundem,já que andam juntos, sendo a soldagem uma atividade posterior àmontagem. A montagem se caracteriza normalmente pelo acoplamen-to entre um tubo e uma coluna e a soldagem do primeiro passe, sejatotalmente (no caso de acopladores internos), ou metade da junta (pa-ra o caso de acopladores externos) — veja a Figura 7. Antes da mon- 7
  10. 10. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES tagem, é necessário re-inspecionar o estado dos biséis e da superfí- cie descoberta, de modo a se detectar e eliminar defeitos que possam existir. Figura 7 - Montagem de dutos Soldagem A soldagem das juntas segue um procedimento de soldagem previamente aprovado e é realizada por soldadores qualificados (veja a Figura 8). Este tema será tratado com maiores detalhes num item específico. Inspeção das soldas Após a soldagem, as juntas são inspecionadas quanto à presen- ça de descontinuidades, tendo com critério de aprovação requisitos de normas definidos em projeto.8
  11. 11. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Figura 8 - Soldagem de dutosRevestimento de juntas de campo Todas as juntas de campo, depois de soldadas, inspecionadas eaprovadas, devem ser protegidas pelo revestimento com uma mantade polietileno.Inspeção do revestimento dos tubos Antes do abaixamento da coluna, o revestimento dos tubos ecurvas não concretados deve ser totalmente inspecionado no campo.Os defeitos detectados devem ser reparados. 9
  12. 12. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Abaixamento da coluna A coluna, uma vez aprovada, deve ser abaixada à vala o mais rapidamente possível, de modo a se evitar novos danos no revesti- mento (veja a Figura 9). Antes do abaixamento, deve haver uma ins- peção das condições laterais e de fundo da vala, que não deve conter pontas de pedra que possam danificar o revestimento. A coluna deve ficar totalmente acomodada no fundo da vala, e os espaços vazios devem ser preenchidos por solo selecionado ou areia. Cruzamentos e travessias Cruzamento corresponde a trechos em que os dutos cruzam ro- dovias, ferrovias ou outros trechos secos. Eventualmente, pode ser aéreo. Travessia refere-se ao cruzamento de trechos alagados, como ri- os, lagos, mangues e brejos (veja a Figura 10). Eventualmente pode ser aérea. Tie–ins Tie-ins são pontos de ligação entre dois conjuntos previamente lançados, podendo ser entre duas colunas ou entre uma coluna e um cruzamento ou travessia. A soldagem de tie-ins é sempre executada dentro da vala e entre dois pontos fixos, sendo, por isso, uma solda- gem de maior complicação devido à restrição da junta.10
  13. 13. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESFigura 9 - Abaixamento da coluna 11
  14. 14. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Figura 10 - Travessia Outras etapas Proteção e restauração da faixa Limpeza da linha e passagem de placa calibradora (pig) Teste hidrostático Identificação de pontos na faixa Proteção catódica Revisão do projeto as built Condicionamento12
  15. 15. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESCapítulo 2Fabricação de dutos submarinos Os tubos empregados na fabricação de dutos submarinos sãorevestidos com polietileno ou polipropileno para isolar a água do marda superfície da tubulação. Existem também dutos totalmente fabri-cados em polipropileno ou material similar. Figura 11 - Rede de dutos submarinos 13
  16. 16. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES O pré-aquecimento e a preparação das extremidades dos tubos para a soldagem ocorre no final dos racks de alimentação, adjacentes à linha de produção. As extremidades dos tubos são pré-aquecidas, se necessário, ou então é removida a umidade da região próxima à solda (veja a Figura 12). O primeiro tubo é rolado ao longo dos racks de alimentação até a linha de produção e movido até que sua extremidade coincida com a primeira estação de soldagem. O segundo tubo é rolado até a linha de produção, sendo utilizado um dispositivo de alinhamento (acopla- dor interno ou externo) para ajustar a junta conforme os requisitos da EPS aplicável. Figura 12 - Preparação Quando o passe de raiz e o passe quente forem depositados — veja a Figura 13 —, o duto será puxado por um cabo acoplado à ex- tremidade do primeiro tubo, até que a solda se alinhe com a segunda estação de soldagem, onde se iniciam os passes de enchimento, ao mesmo tempo em que o terceiro tubo nos racks é rolado para a linha14
  17. 17. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESde produção, recomeçando a atividade de acoplamento. Figura 13 - Passe de raiz e passe quente Esse processo continua até que a primeira solda esteja na esta-ção de acabamento, onde é realizada a inspeção visual. Todas as es-tações intermediárias de enchimento são monitoradas quanto à con-formidade com os requisitos da EPS aplicável. O intervalo de tempoentre as atividades de puxar o duto é controlado pelo tempo levadopara completar o número requerido de passes de solda na primeira ena última estação de soldagem. O número de estações intermediáriasde enchimento é determinado pelo número de passes de solda reque-ridos para aprontar a junta para o acabamento (veja a Figura 14). Após a inspeção visual da junta soldada, o duto será puxado atéo bunker de radiografia (pode ser também por ultra-som), onde a sol-da é radiografada e imediatamente avaliada em conformidade com oscritérios de aceitação aplicáveis. Eventualmente, podem ser realiza-dos reparos nas estações de soldagem. 15
  18. 18. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Figura 14 - Estações de soldagem O duto é então puxado para a estação de revestimento de juntas, onde são executados a preparação de superfície e o revestimento das juntas. Qualquer solda assinalada como carente de reparo passa pelas estações de revestimento sem sofrer qualquer atividade (veja a Figura 15). Para a realização do revestimento das juntas, a superfície não revestida do duto é aquecida até 100° utilizando um maçarico a gás. C A tinta de fundo é misturada até se atingir uma consistência suave, sendo aplicada numa camada fina e uniforme até a borda do revesti- mento de fábrica. As áreas de sobreposição do revestimento de fábri- ca são então aquecidas para remover a umidade. A junta é envolvida com a manta termo-contrátil, garantindo um posicionamento no es- quadro e eqüidistante e uma folga suficiente na parte inferior para permitir correta contração. A manta é aquecida em toda a circunferên- cia para se contrair, começando pelo centro e trabalhando primeiro uma extremidade e depois a outra. Um ou dois operadores são utili- zados para esta atividade, dependendo do diâmetro do tubo (veja a16
  19. 19. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESFigura 16). Figura 15 - Revestimento Figura 16 - Manta termo-contrátil 17
  20. 20. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Quando o duto sai do galpão, é acoplado um dispositivo que fica preso a um trator que o puxa à medida que as soldas são executa- das. O duto, nesta fase denominado stalk, é rolado nos racks exter- nos após a última solda, assim permanecendo até a chegada do na- vio (veja a Figura 17). Figura 17 - Stalks nos racks externos Quando o stalk estiver completo e sobre os roletes, é movimen- tado para seu local de estocagem nos racks de estocagem utilizando pelo menos dois guindastes (veja a Figura 18). Todos os reparos pendentes de soldagem e/ou de revestimento são encerrados nos racks de estocagem (veja a Figura 19).18
  21. 21. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESFigura 18 - Movimentação de stalks Figura 19 - Reparos 19
  22. 22. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Quando o navio atracar, o primeiro stalk a ser bobinado é coloca- do nos roletes centrais do rack de estocagem e então puxado ao lon- go da linha até a estação de tie-in e em seguida até a popa do navio (veja a Figura 20). A partir daí, o navio (veja a Figura 21 e a Figura 22) assume a operação de suspender o tubo pela rampa, indo até o carretel, onde o tubo é acoplado por soldagem ou por cabo. O navio começa então a bobinar o duto no carretel (veja a Figura 23, a Figura 24, a Figura 25 e a Figura 26), continuando até que a extremidade do stalk esteja localizada na estação do tie-in, quando é interrompido o bobinamento. O segundo stalk a ser bobinado é içado até os roletes centrais dos racks de estocagem e movido até que sua extremidade esteja na estação do tie-in. A junta é acoplada e são executados a soldagem, os ensaios não destrutivos e o revestimento. O bobina- mento recomeça e continua conforme já descrito acima até que seja bobinado o número necessário de stalks no navio. O navio então zarpa da base para lançar o duto submarino no lo- cal designado. Durante o lançamento do duto no mar, o endireitador / posiciona- dor fica na posição vertical (veja a Figura 27). Nas extremidades de cada duto são soldados flanges que, por sua vez, são acoplados ao PLET (pipeline end terminator) — veja a Figura 28).20
  23. 23. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESFigura 20 - Estação de tie-inFigura 21 - Navio lançador 21
  24. 24. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Figura 22 - Navio lançador Figura 23 - Bobinamento22
  25. 25. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESFigura 24 - BobinamentoFigura 25 - Bobinamento 23
  26. 26. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Figura 26 - Duto bobinado no carretel Figura 27 - Endireitador / posicionador24
  27. 27. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESFigura 28 - PLET 25
  28. 28. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Capítulo 3 Tubos API 5L De uma maneira geral, a norma API 5L especifica a composição química, as propriedades mecânicas e o processo de fabricação dos tubos empregados na montagem de dutos. Em termos de processo de fabricação, os tubos podem ser classificados como soldados e sem costura. Os tubos soldados apresentam as seguintes variações quanto ao processo de fabricação: soldagem por arco submerso - SAW - solda longitudinal soldagem por arco submerso - SAW - espiral soldagem por resistência elétrica - ERW A Figura 29, a Figura 30 e a Figura 31 apresentam de forma es- quemática os procedimentos de soldagem mencionados acima.26
  29. 29. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESFigura 29 - Dutos soldados - SAW longitudinal 27
  30. 30. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Figura 30 - Dutos soldados - SAW espiral28
  31. 31. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESFigura 31 - Dutos soldados - ERW 29
  32. 32. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES A composição química e as propriedades mecânicas dos tubos são apresentadas na Tabela I. As dimensões dos tubos são mostra- das na Tabela II. Composição Propriedades Mecânicas 2 Química Especificação (N/mm ) Ceq Grau (%) API (máx.) Limite de Limite de C Mn escoamento resistência (máx.) (máx.) 5L A 25 170 310 0,31 5 L - 5 LS A 210 330 0,21 0,90 0,37 5 LX B 240 410 0,27 1,15 0,46 5 LX X 42 290 410 0,28 1,25 0,50 5 LX X 46 320 430 0,28 1,25 0,53 5 LX X 52 360 500 0,28 1,25 0,53 1,35 e/o 5 LX X 56 390 520 0,26 0,48 (Nb/V/Ti) 1,35 e/o 5 LX X 60 410 540 0,26 0,48 (Nb/V/Ti) 1,40 e/o 5 LX X 65 450 550 0,26 0,49 (Nb/V/Ti) 5 LX X 70 480 560 0,23 1,60 0,49 Tabela I - Composição química e propriedades mecânicas de tubos API 5L30
  33. 33. ESPESSURA DA PAREDE (mm) Diâmetro nominal Diâmetro Sch Sch Sch Sch Sch Sch Sch Sch Sch Sch Sch (") externo Std XS XXS 5 10 20 30 40 60 80 100 120 140 160 (mm) 1/8 10,3 - 1,2 - - 1,7 1,7 - 2,4 2,4 - - - - - 1/4 13,7 - 1,6 - - 2,2 2,2 - 3,0 3,0 - - - - - 3/8 17,1 - 1,6 - - 2,3 2,3 - 3,2 3,2 - - - - - 1/2 21,3 - 2,1 - - 2,8 2,8 - 3,7 3,7 - - - 4,8 7,5 3/4 26,7 1,6 2,1 - - 2,9 2,9 - 3,9 3,9 - - - 5,5 7,8 1 33,4 1,6 2,8 - - 3,4 3,4 - 4,5 4,5 - - - 6,4 9,1 1¼ 42,1 1,6 2,8 - - 3,6 3,6 - 4,8 4,8 - - - 6,4 9,7 1½ 48,3 1,6 2,8 - - 3,7 3,7 - 5,1 5,1 - - - 7,1 10,2 2 60,3 1,6 2,8 - - 3,9 3,9 - 5,5 5,5 - - - 8,7 11,0 2½ 73,0 2,1 3,0 - - 5,2 5,2 - 7,0 7,0 - - - 9,5 14,0 3 88,9 2,1 3,0 - 5,5 5,5 - 7,6 7,6 - - - 11,1 15,2 3½ 101,6 2,1 3,0 - - 5,7 5,7 - 8,0 8,0 - - - - - 4 114,3 2,1 3,0 - - 6,0 6,0 - 8,6 8,6 - 11,1 - 13,5 17,1 5 141,3 2,8 3,4 - - 6,6 6,6 - 9,5 9,5 - 12,7 - 15,9 19,0 6 168,3 2,8 3,4 - - 7,1 7,1 - 11,0 11,0 - 14,3 - 18,2 22,0 8 219,1 2,8 3,8 6,4 7,0 8,2 8,2 10,3 12,7 12,7 15,0 18,2 20,6 23,0 22,2 10 273,0 3,4 4,2 6,4 7,8 9,3 9,3 12,7 12,7 15,0 18,2 21,4 25,4 28,6 - 12 323,8 4,0 4,6 6,4 8,4 9,5 10,3 14,3 12,7 17,4 21,4 25,4 28,6 33,3 - 14 355,6 - 6,4 7,9 9,5 9,5 11,1 15,0 12,7 19,0 23,8 27,8 31,8 35,7 - 16 406,4 - 6,4 7,9 9,5 9,5 12,7 16,7 12,7 21,4 26,2 31,0 36,5 40,5 - 18 457,2 - 6,4 7,9 11,1 9,5 14,3 19,0 12,7 23,8 29,4 35,0 39,7 45,2 - Tabela II - Dimensões dos tubos API 5L 20 508,0 - 6,4 9,5 12,7 9,5 15,0 20,6 12,7 26,2 32,5 38,0 44,5 50,0 - 22 558,8 - 6,4 - - 9,5 - - 12,7 - - - - - - 24 609,6 - 6,4 9,5 14,3 9,5 17,4 24,6 12,7 31,0 38,9 46,0 52,4 59,5 - 26 660,4 - - - - 9,5 - - 12,7 - - - - - - 30 762,0 - 7,9 12,7 15,9 9,5 - - 12,7 - - - - - - 34 863,6 - - - - 9,5 - - 12,7 - - - - - - 36 914,4 - - - - 9,5 - - 12,7 - - - - - - 42 1067 - - - - 9,5 - - 12,7 - - - - - - SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES31
  34. 34. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Diâme- Espessura (mm) tro externo 2,3 2,6 2,9 3,2 3,6 4,0 4,4 5,0 5,6 6,3 7,1 8,0 8,8 10,0 11,0 12,5 14,2 16,0 17,5 20,0 22,2 25,5 28,0 30,0 32,0 36,0 40,0 (mm) 33,7 42,4 48,3 60,3 88,9 114,3 168,3 219,1 273,0 323,9 355,6 406,4 457 508 559 610 660 711 762 813 864 914 1016 1067 1118 1168 1219 1321 1422 1524 1626 Tabela III - Diâmetros externos e espessuras preferenciais (indicadas na re- gião emoldurada da tabela, incluindo a moldura)32
  35. 35. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESCapítulo 4Qualificação de procedimentosde soldagem Para a soldagem de tubulações são necessárias especificaçõesde procedimentos de soldagem (EPS) aprovadas e soldadoresqualificados. A norma usualmente empregada neste sentido é aAPI 1104, que tem como escopo os seguintes pontos: soldagem ao arco elétrico e a gás de soldas de topo e filete de tubos de aço carbono ou baixa liga; aplicação: compressão, bombeamento e transmissão de petróleo cru, produtos petrolíferos, gases combustíveis, dióxido de carbo- no e nitrogênio. Uma EPS determina, além da definição dos requisitos e variáveisnecessários para sua geração, critérios de aceitação quanto às pro-priedades mecânicas da junta soldada e à presença de descontinui-dades. Em termos de ensaios não destrutivos para avaliação das jun-tas soldadas, a API 1104 especifica os métodos: radiografia partículas magnéticas líquido penetrante ultra-som É através de uma boa elaboração e uso da EPS que se garantemas propriedades mecânicas e a reprodutibilidade desejada para a jun-ta soldada durante a execução de todas as soldas necessárias. Asinformações necessárias à elaboração de uma EPS conforme aAPI 1104 resumem-se às seguintes variáveis: 33
  36. 36. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES processo de soldagem; classificação dos tubos e consumíveis de soldagem; diâmetro e espessura da parede dos tubos; geometria da junta; dimensão, classificação do consumível de soldagem, número e seqüência de cordões; características elétricas; característica da chama (quando for necessário); posição da soldagem (tubo fixo ou girando); progressão da soldagem; tempo entre passes; tipo e remoção do acoplador limpeza e esmerilhamento; gás de proteção e vazão; velocidade de soldagem; temperatura de pré-aquecimento; tratamento térmico pós-soldagem. No caso de haver alterações de variáveis consideradas essenci- ais por essa norma, torna-se necessária a elaboração de uma nova EPS. As variáveis consideradas essenciais pela API 1104 são as se- guintes: processo de soldagem; classificação dos tubos e consumíveis de soldagem; geometria da junta; posição e progressão de soldagem; características elétricas; tempo entre passes; gás de proteção e vazão; velocidade de soldagem; temperatura de pré-aquecimento; tratamento térmico pós-soldagem.34
  37. 37. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESNomenclaturaÂngulo de posicionamento do eletrodo Neste manual, é aplicado o padrão oficial da AWS para definir osângulos de posicionamento dos eletrodos (acrescenta-se também anomenclatura da EN). Dois ângulos são indicados: o do sentido de soldagem e o ângulode ataque. O sentido de soldagem é designado empurrando quando o ele-trodo aponta para a trajetória seguida. O sentido de soldagem é designado puxando quando o eletrodoaponta na direção oposta à trajetória seguida. O ângulo de ataque é dado em relação ao plano de referência ouplano de ataque. A Figura 32, a Figura 33, a Figura 34 e a Figura 35 ilustram o pa-drão de definição dos ângulos. Tomando um relógio como referência,um minuto corresponde a 6° . Figura 32 - Ângulos de posicionamento do eletrodo - junta de topo 35
  38. 38. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Figura 33 - Ângulos de posicionamento do eletrodo - junta em ângulo Figura 34 - Ângulos de posicionamento do eletrodo - tubo Figura 35 - Ângulos de posicionamento do eletrodo36
  39. 39. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESDetalhes da junta Figura 36 - Junta de topo1. Abertura da raiz: separação entre as faces a serem soldadas na raiz da junta2. Nariz: superfície de preparação da junta perpendicular à superfí- cie da peça3. Superfície do bisel: superfície oblíqua à preparação da junta4. Ângulo do bisel: ângulo entre a superfície biselada e um plano perpendicular à peça5. Ângulo do chanfro: ângulo total entre as duas superfícies bisela- das6. Largura da junta: largura efetiva da junta (distância entre os biséis acrescida da sobreposição com o metal de base)7. Espessura da peça 37
  40. 40. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Figura 37 - Junta em ângulo 1. Espessura da garganta: distância entre o cordão da raiz e a su- perfície medida na bissetriz do ângulo 2. Perna: distância entre o cordão da raiz e o vértice da junta 3. Raiz da junta: ponto no qual a base do cordão intercepta a super- fície do metal de base 4. Face da junta: ponto de junção entre a superfície do cordão e a superfície do metal de base 5. Superfície da junta: superfície externa do cordão 6. Profundidade de penetração: profundidade atingida pela poça de fusão a partir da superfície do metal de base 7. Largura da junta: distância entre as faces da junta38
  41. 41. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESTipos de juntaMuitas outras variações são possíveis Figura 38 - Tipos de juntaPosições ASME / EN Figura 39 - Posições de soldagem - junta de topo 39
  42. 42. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Figura 40 - Posições de soldagem - junta em ângulo Figura 41 - Posições de soldagem - tubo Preparação e ponteamento na progressão descendente O escopo desse item é sugerir um procedimento de preparação e ponteamento para a fabricação de uma junta padrão em seções de tubos de aço carbono, para o desenvolvimento de procedimentos de soldagem ou treinamento de soldadores. É importante observar que algumas normas de qualificação de procedimentos de soldagem exi-40
  43. 43. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESgem que os testes sejam feitos em juntas soldadas entre tubos comseu comprimento original, a menos que seja acordado de outra ma-neira entre as partes interessadas. Veja na Figura 42 a nomenclatura e as dimensões do chanfropadrão para a soldagem de juntas de topo em tubulações na progres-são descendente. Eliminar os resíduos causados pela operação de lixamento Figura 42 - Chanfro padrão para juntas de topo na progressão descendente 41
  44. 44. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Parâmetros de soldagem para ponteamento Eletrodo OK 22.45P ∅ 2,5 mm, corrente 70 - 100 A; ou Eletrodo OK 22.45P ∅ 3,2 mm, corrente 100 - 120 A Atividades Ponha uma das seções de tubo no piso com a parte biselada vi- rada para cima (veja a Figura 43). Figura 43 - Posicionamento dos tubos para o ponteamento Coloque um arame espaçador de diâmetro 1,6 mm na face bise- lada e ponha a segunda seção de tubo sobre o arame espaçador com a face biselada virada para baixo. Alinhe as duas peças para obter o alinhamento desejado. Em conformidade com a norma API, o desalinhamento não deve exceder 1,6 mm (veja a Figura 44). Nessa etapa, inicie o ponteamento, depositando cordões de comprimento 12 a 22 mm (veja a Figura 45). O ponto de solda deve penetrar na raiz cerca de 1,6 mm, fundin- do o nariz em ambas as peças. Reposicione o arame espaçador e deposite o segundo ponto de solda (veja a Figura 46).42
  45. 45. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Figura 44 - Padrão de alinhamentoFigura 45 - Ponteamento - primeiro ponto 43
  46. 46. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Figura 46 - Ponteamento - segundo ponto Remova o arame espaçador. Se a abertura da raiz for irregular, faça um terceiro ponto de solda onde a abertura for maior, de tal mo- do que a contração de solda diminua a abertura. Se a abertura da raiz for muito grande e não permitir o terceiro ponto de solda, comprima o conjunto do lado mais aberto para corrigir a abertura (veja a Figura 47). Esmerilhe a superfície externa dos pontos de tal modo que a sua espessura fique aproximadamente com 1,6 mm, para facilitar o início do primeiro cordão (veja Figura 48). Para obter uma solda de qualidade, é necessária uma prepara- ção correta da junta e um ponteamento de precisão. Pontos defeituo- sos causarão defeitos na soldagem.44
  47. 47. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESFigura 47 - Correção da abertura e ponteamento - terceiro e quarto pontos 45
  48. 48. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Figura 48 - Adoçamento dos pontos Juntas na 5G / PG Esse tipo de junta e posição é comumente empregada para sol- dar tubulações de aço de diâmetros médios ou grandes, de 8" (219,1 mm) e maiores. Parâmetros de soldagem Eletrodo OK 22.45P ∅ 4,0 mm, CC-, corrente 120 - 160 A (raiz) Eletrodo OK 22.46P* ∅ 4,0 mm, CC+, corrente 150 - 160 A (pas- se quente) Eletrodo OK 22.46P* ∅ 5,0 mm, CC+, corrente 120 - 160 A (en- chimento e acabamento) Esses eletrodos podem ser substituídos pelo OK 22.85P,46
  49. 49. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES OK 22.47P ou outro eletrodo mais resistente, dependendo do tipo de metal de base a ser soldado. É importante que o gerador tenha uma tensão de circuito aberto mínima de 70 V. Após ter executado a preparação e o ponteamento conformedescrito no item anterior, use dispositivos de fixação para prender apeça na posição horizontal com os pontos localizados nas posições 3,6, 9 e 12 horas. É recomendado colocar o ponto com a menor abertu-ra de raiz na posição 12 horas para a soldagem na progressão des-cendente (veja a Figura 49). Figura 49 - Fixação do tubo no dispositivo As técnicas de soldagem subseqüentes estão descritas no itemSoldagem de dutos na progressão descendente com eletrodos celu- ®lósicos OK Pipeweld do Capítulo 8 na página 89.Preparação e ponteamento na progressão ascendentecom a técnica mista eletrodos celulósicos / básicos O escopo deste item é informar os procedimentos de preparaçãoe ponteamento corretos para uma junta padrão em seções de tubocom diâmetro 8” (219,1 mm). A junta é preparada fazendo-se um biselcomo indicado na Figura 50. 47
  50. 50. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Remova os resíduos causados pela atividade de lixamento. Figura 50 - Chanfro padrão para juntas de topo na progressão ascendente Parâmetros de soldagem para o ponteamento Eletrodo OK 22.45P ∅ 3,2 mm, CC-, Corrente 85 - 110 A Se a fonte não possuir indicador de corrente, esta pode ser ajus- tada empiricamente procedendo-se da seguinte maneira: coloque uma tira de aço carbono de 6 mm de espessura na posição horizon- tal, abra o arco e deposite um cordão retilíneo, simétrico, com ondula- ção regular e espessura de 1,6 mm. Se o cordão for desnivelado e fortemente convexo, a corrente deve ser aumentada. Se o cordão for48
  51. 51. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESachatado e apresentar respingo excessivo, a corrente deve ser redu-zida (veja a Figura 51). Figura 51 - Ajuste da corrente pelo aspecto do cordão de soldaAtividades Faça a montagem conforme ilustrado na Figura 52. Coloque umarame espaçador de diâmetro 3,2 mm. 49
  52. 52. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Figura 52 - Posicionamento dos tubos para o ponteamento Alinhe as duas seções de forma a conseguir a preparação dese- jada da junta. Em conformidade com o Código ASME, o desalinha- mento não deve exceder 1,6 mm (veja a Figura 53). Figura 53 - Padrão de alinhamento Nessa etapa se inicia a atividade de ponteamento, depositando- se um cordão de comprimento de 12 mm a 20 mm (veja a Figura 54). O ponto deve penetrar na raiz de tal modo a formar um cordão com reforço de 1,6 mm no lado interno do tubo, sendo que o nariz de- ve ser fundido em ambas as peças. Então reposicione o arame espa- çador e deposite o segundo ponto (veja a Figura 55).50
  53. 53. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Figura 54 - Ponteamento - primeiro ponto Remova o arame espaçador. Se a abertura da raiz ficar maior emum dos lados, solde um terceiro ponto onde a abertura da raiz formaior, de tal modo que a contração de solda compense a diferença.Porém, se a abertura da raiz neste ponto for tão grande que não per-mita a soldagem do terceiro ponto, primeiro corrija a abertura da raizcomprimindo o lado mais aberto. Faça o terceiro e o quarto pontosespaçados de 90° em relação ao primeiro e segundo pontos (veja aFigura 56). 51
  54. 54. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Figura 55 - Ponteamento - segundo ponto Para obter uma solda de boa qualidade, é necessária uma prepa- ração correta da junta e também pontos de solda aplicados com pre- cisão. Pontos defeituosos causarão defeitos na solda final. Juntas na 5G / PF Esses tipos de junta e posição são utilizados na soldagem de curvas, flanges e peças forjadas em todos os diâmetros. O seguinte exemplo contempla a soldagem de tubos de diâmetro 8” (219,1 mm). Parâmetros de soldagem (*) Eletrodo OK 22.45P ∅ 3,2 mm, CC-, corrente 85 - 110 A, passe de raiz. Eletrodo OK 48.04 / OK 55.00 ∅ 2,5 mm / 3,2 mm, CC+, corrente 85 - 110 A, enchimento. Eletrodo OK 48.04 / OK 55.00 ∅ 3,2 mm, CC+, corrente 110 - 140 A, acabamento. A fonte deve ter uma tensão de circuito aberto de 70 V. (*) Para o processo com a técnica mista eletrodo celulósico / bá- sico.52
  55. 55. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Figura 56 - Correção da abertura e ponteamento - terceiro e quarto pontosAtividades Após ter executado a preparação e o ponteamento conformedescrito anteriormente, use dispositivos de fixação para prender a pe-ça na posição horizontal com os pontos nas posições 2, 5, 8 e11 horas. O ponto com a menor abertura da raiz deve estar na posi-ção 5 horas (veja a Figura 57). 53
  56. 56. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Figura 57 - Fixação do tubo no dispositivo As técnicas de soldagem subseqüentes estão descritas no item Soldagem de dutos na progressão ascendente com a técnica mista eletrodos celulósicos/básicos do Capítulo 8 na página 106.54
  57. 57. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESCapítulo 5Soldagem São vários os processos de soldagem e consumíveis desenvolvi-dos de forma a possibilitar a soldagem de tubulações. Entre os pro-cessos de soldagem mais empregados, destacam-se os seguintes: Eletrodos Revestidos (SMAW) Arames sólidos e arames tubulares com alma metálica (GMAW / PGMAW - semi-automático / automático pulsado) Arames tubulares com alma não metálica com gás de proteção e autoprotegidos (FCAW - semi-automático) Arco submerso (SAW) TIG (GTAW) A garantia do êxito de uma tubulação, principalmente em termosde segurança, independentemente do processo de soldagem empre-gado, começa pelo projeto da junta, que é guiado por códigos e nor-mas nacionais ou internacionais. Dentre as entidades normalizadorasmais atuantes no segmento de tubulações podem-se mencionar aBritish Standard, ASME, PETROBRAS, DNV, e API (AmericanPetroleum Institute). Destas as mais largamente empregadas são aAPI 5L (Specification for Line Pipe) e API 1104 (Welding of Pipelinesand Related Facilities). 55
  58. 58. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES O processo manual por eletrodo revestido Figura 58 - O processo manual por eletrodo revestido56
  59. 59. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES O principal processo de soldagem usado na soldagem de tubula-ções é a soldagem manual com eletrodos revestidos. Existem muitasrazões para esta escolha. A primeira é bem óbvia: o eletrodo revesti-do foi o primeiro consumível inventado para a soldagem ao arco elé-trico. Contudo, ainda nos dias atuais, quando materiais mais sofistica-dos e técnicas mais produtivas e mais econômicas estão à disposiçãodos usuários, a soldagem manual com eletrodos revestidos permane-ce como um processo favorável para a soldagem de tubulações. Suafacilidade de uso, capacidade de atingir posições de difícil acesso, asimplicidade dos geradores necessários (ou o fato de poderem seraplicados com moto-geradores; redes elétricas nem sempre estãodisponíveis nos locais das obras), o fato de que os gases de prote-ção, necessários à soldagem com arames tubulares ou arames sóli-dos, não são requeridos, todos esses e ainda outros são motivos paraa escolha dos eletrodos revestidos. Alguns tipos de eletrodos celulósicos e básicos foram desenvol-vidos especialmente para atender aos requisitos do grau do aço usa-do na fabricação da tubulação e às especificações de segurança es-tabelecidas pelas normas de tubulações, mas também para proveraos usuários, isto é, os soldadores, produtos versáteis criados parauma aplicação específica.Eletrodos celulósicos A primeira tubulação soldada por arco elétrico foi fabricada comeletrodo celulósico desenvolvido em 1929. O grande avanço em velo-cidade de produção ocorreu em 1933 com a introdução da técnicastove pipe, na qual os eletrodos são soldados na progressão descen-dente para todos os passes, inclusive o de raiz. Com apenas peque-nas mudanças, esta técnica ainda é aplicada atualmente para umalarga faixa de tubulações. Várias são as características dos eletrodos 57
  60. 60. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES celulósicos que os tornam ideais para este propósito. O elevado teor de celulose nos eletrodos gera íons de hidrogênio no plasma do arco elétrico, proporcionando boa penetração em todas as posições. O re- vestimento é formulado de modo que a escória se caracterize por pouco volume e uma rápida velocidade de solidificação, permitindo a soldagem em todas as posições. O seu fino revestimento, combinado com o arco penetrante, possibilita a soldagem com menores abertu- ras de raiz, requerendo menor quantidade de metal de solda a ser depositado. Normalmente, para tubos com espessura na faixa de 5 - 25 mm, emprega-se a técnica descendente. Para espessuras maiores, existe um risco maior de fissuração a frio, devido à rápida solidificação da poça de fusão, que dificulta a difusão de hidrogênio do metal de sol- da. Nesses casos, e em aplicações onde é necessário garantir eleva- da integridade dos tubos sujeitos a altas tensões estáticas e dinâmi- cas, a técnica ascendente ou o uso de eletrodo celulósico combinado com eletrodos básicos especialmente desenvolvidos para soldagem na progressão descendente é a preferida. Para tubos de aços de alta resistência, são maiores os requisitos de resistência à fissuração por hidrogênio e tenacidade do metal de solda. Para tubos da classe API 5L X-80, empregam-se em todos os passes eletrodos celulósicos para a soldagem de tubos com espessu- ras menores que 9 mm. Para tubos mais espessos, ou API 5L X-100, os eletrodos celulósicos são empregados apenas no passe de raiz, e eletrodos básicos na progressão descendente para os demais pas- ses. Os eletrodos celulósicos, apesar de serem consumíveis de fácil uso, requerem treinamento e conscientização dos soldadores quanto à técnica de soldagem. A maioria dos defeitos associados a esses consumíveis encontra-se relacionada à seleção dos parâmetros de soldagem e à preparação da junta. A montagem mostra-se também determinante quanto à qualidade da junta soldada. Deve-se evitar que os tubos se movam durante a soldagem do passe de raiz, de forma a58
  61. 61. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESimpedir a geração de fissuras.Eletrodos básicos Quando o aço da tubulação tem uma resistência maior que X70,a necessidade de pré-aquecimento e de pós-aquecimento torna-semais rigorosa e a escolha de eletrodos básicos passa a trazer vanta-gens. A razão é, evidentemente, a alta quantidade de hidrogênio nometal de solda de eletrodos celulósicos. O hidrogênio traz um riscomaior de fissuração a frio em aços de alta resistência por causa damaior sensibilidade ao encruamento desses aços. As propriedades dos eletrodos básicos também significam pro-priedades de impacto muito melhores a baixas temperaturas. A desvantagem dos eletrodos básicos soldados na progressãoascendente é a baixa corrente que tem que ser aplicada, resultandoem baixa produtividade. Isso pode ser evitado utilizando eletrodos básicos desenvolvidosespecialmente para a soldagem de tubulações na progressão des-cendente. Esses eletrodos contêm pó de ferro no revestimento e, por-tanto, têm uma produtividade maior que os eletrodos celulósicos, jáque eles podem ser soldados com correntes mais altas que as aplica-das aos eletrodos celulósicos. A produtividade nesse caso chega a ser 25 - 30% maior que paraeletrodos celulósicos e 40 - 50% maior que para eletrodos básicos pa-ra soldagem na progressão ascendente. No passe de raiz, a penetração e a força do arco de um eletrodocelulósico tornam-no, no entanto, o consumível mais produtivo, já quecom esse eletrodo é possível fechar uma raiz de pequena aberturacom uma alta corrente, resultando em uma progressão rápida. Um e-letrodo básico pode ser utilizado também na raiz, mas os requisitosde alinhamento terão que ser mais rigorosos por causa da menor for- 59
  62. 62. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES ça do arco. O melhor procedimento para a soldagem de tubulações de alta resistência é, portanto, usar eletrodos celulósicos para o passe de ra- iz e eletrodos básicos para progressão descendente para os passes de enchimento e de acabamento. A maior qualidade do metal de sol- da do eletrodo básico é vantajosa quando uma tubulação é submetida a tensões. Quando, em seu caminho, uma tubulação enterrada (grandes e médios diâmetros) atravessa rodovias e ferrovias, quando existem maiores tensões estáticas e dinâmicas devido a causas externas, ou quando os tubos de médios e pequenos diâmetros são submetidos a altas temperaturas, altas pressões e a vibrações (plantas de aqueci- mento, refinarias, etc), é normalmente preferido executar o primeiro ® passe com um eletrodo celulósico OK Pipeweld e o enchimento com um eletrodo básico OK. Com isso, é obtida a penetração completa que somente os ele- ® trodos revestidos OK Pipeweld podem assegurar e a tenacidade máxima da junta graças aos eletrodos básicos. Algumas características mecânicas, particularmente a tenacidade e a resistência, foram melhoradas. O eletrodo revestido básico OK 55.00 pode ser classificado como AWS E7018-1, que significa valores de impacto acima de 27 J a -46° graças à pureza de seus componentes e a uma fórmula aper- C, feiçoada. Esse eletrodo pode ser usado para soldar aços com altos valores de carbono equivalente e/ou altos limites elásticos graças ao revesti- mento, que garante valores de hidrogênio difusível abaixo de 5 ml/100 g e conseqüentemente torna praticamente inexistente o risco de trincas a frio, permitindo também uma redução da temperatura de pré-aquecimento requerida para os eletrodos básicos. Adicionalmente a esses aspectos metalúrgicos e de produtividade, que são importan- tes para os fabricantes, existe uma capacidade melhorada de solda-60
  63. 63. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESgem. O excelente desempenho no início e reinício dos cordões, a fu-são constante e regular e o aspecto fino do cordão de solda em todasas posições de soldagem são características de fundamental impor-tância para o soldador e asseguram uma alta produtividade. A utilização de eletrodos básicos para a soldagem de gasodutosé mais difundida entre os países europeus, existindo variações noprocesso em função da disponibilidade de soldadores treinados e darealidade econômica de cada país.Soldagem semi-automática Na constante busca por redução de custo e maior produtividade,vários construtores têm optado pelos seguintes processos de solda-gem semi-automáticos: Arames sólidos (GMAW / PGMAW - semi-automático) Arames tubulares com alma metálica (GMAW / PGMAW - semi- automático) Arames tubulares com alma não metálica (FCAW - semi- automático)Arames sólidos Com o desenvolvimento da soldagem com utilização de CO2 co-mo gás de proteção na antiga União Soviética em 1950, abriu-se ocaminho para a soldagem semi-automática de tubulações. O primeirogasoduto de longa distância soldado por este processo foi nos Esta-dos Unidos em 1961. O principal motivo pelo qual o processo de soldagem semi-automático com arame sólido não substituiu totalmente o processo 61
  64. 64. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES com eletrodo revestido está relacionado à maior probabilidade de o- corrência de falta de fusão e colagem nas juntas. Para o passe de raiz com arame sólido, pode ser necessária a u- tilização de acopladores internos com cobre-juntas de cobre. A reali- zação do passe de raiz por este processo — com acopladores sem cobre-juntas de cobre — é possível, porém o grau de habilidade e a necessidade de treinamento dos soldadores são maiores. Outra op- ção encontrada no mercado é a realização do passe de raiz e do pas- se quente com eletrodos celulósicos e o enchimento e o acabamento com arame sólido pelo processo semi-automático. O gás de proteção inicialmente utilizado era apenas 100% CO2, mas as melhorias recentes da qualidade das cabines de proteção re- sultaram na possibilidade de soldagem com misturas de argônio — de menor densidade que o CO2 — e dióxido de carbono, sem risco de perda de proteção gasosa. Arames tubulares Apesar das vantagens dos arames tubulares, como elevada taxa de deposição (20% maiores que as obtidas com arames sólidos, po- dendo ser obtidos valores maiores, dependendo dos parâmetros de soldagem empregados) e menor susceptibilidade à falta de fusão, a porcentagem de participação deste processo é pequena no segmento de tubulações em relação aos demais. No entanto, apesar desta pos- tura conservadora, ao longo dos últimos anos o uso desse processo tem apresentado significativa evolução. Como mencionado no item anterior, o processo de soldagem se- mi-automático por arame sólido não substituiu o eletrodo revestido devido, principalmente, ao receio dos construtores quanto à possibili- dade de ocorrência de defeitos como a falta de fusão e colagem. Sob o ponto de vista da soldagem com arames tubulares, uma das carac- terísticas marcantes refere-se ao perfil do cordão de solda obtido com62
  65. 65. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESeste processo. Como ilustrado na Figura 59, em função de o arametubular trabalhar com uma transferência de metal em finas gotas, dis-tribuídas em uma área maior, resultando numa melhor distribuição decalor e fusão homogênea do metal de base, obtém-se um cordão desolda com um perfil mais circular, o que minimiza a ocorrência da faltade fusão ou colagem. Ao contrário, o arame sólido trabalha com umatransferência centralizada em uma pequena área, resultando em umaconcentração de calor num ponto localizado, o que leva a um cordãocom boa penetração, mas com um perfil estreito, na forma de um de-do (finger). À medida que se aumenta a intensidade de corrente, mai-or é a tendência à formação de cordões de solda com esta forma, po-dendo resultar em uma maior susceptibilidade à ocorrência de falta defusão. Como resultado, obtém-se na soldagem de tubulações com a-rames tubulares uma redução no índice de defeitos comparativamen-te à soldagem realizada com arames sólidos.Figura 59 - Comparação entre os modos de transferência do arame sólido e do arame tubular Os arames tubulares se classificam em rutílicos, básicos, metáli- 63
  66. 66. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES cos, autoprotegidos e tubulares para arco submerso. Os arames tubulares rutílicos, em função da sua elevada produti- vidade e excelente soldabilidade, vêm sendo empregados combina- dos com eletrodos revestidos celulósicos, principalmente em reparos e soldagem de tie-ins. Neste último, a raiz e o passe quente são reali- zados com eletrodos celulósicos na progressão descendente e o a- rame tubular na progressão ascendente. A mesma técnica de combinar arames tubulares e eletrodos celu- lósicos é empregada para os básicos, metálicos e autoprotegidos. Graças as suas características, é possível empregar arames tubula- res metálicos na progressão descendente com utilização de corrente contínua pulsada, polaridade negativa, resultando em uma elevada produtividade. Em locais de difícil acesso, onde a utilização de gás de proteção não se apresenta viável, a utilização de arames tubulares autoprote- gidos em combinação com eletrodos celulósicos vem se mostrando como uma boa opção. No entanto, este arame, comparativamente aos arames tubulares com proteção gasosa, apresenta uma menor taxa de deposição e, conseqüentemente, menor produtividade. Os arames tubulares básicos, por apresentarem uma escória mais fluida e um maior índice de respingos em relação aos demais arames tubulares, têm sua aplicação limitada à posição plana, res- tringindo-se, portanto, à soldagem com o tubo girando. É possível também a redução do ângulo do chanfro em juntas soldadas com arames tubulares. Nesse caso, para a realização do passe de raiz, torna-se necessária a utilização de acopladores inter- nos com cobre-juntas de cobre. Para o processo de soldagem combi- nado com eletrodos revestidos celulósicos, utiliza-se normalmente o chanfro com ângulo 30° + 30°.64
  67. 67. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESCapítulo 6Eletrodos celulósicosOK Pipeweld® ® Os eletrodos OK Pipeweld sempre foram uma solução produtivae segura na soldagem de tubulações (veja a Figura 60 e a Figura 61). ® Figura 60 - Soldagem com eletrodos celulósicos OK Pipeweld 65
  68. 68. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES ® Figura 61 - Soldagem com eletrodos celulósicos OK Pipeweld Características O alto teor de celulose no eletrodo proporciona um arco intenso e uma boa penetração em todas as posições. O alto teor de celulose produz uma escória fina cobrindo o cor- dão; embora a escória seja facilmente refundida, é recomendável removê-la antes de soldar o próximo cordão. O fino revestimento combinado com o arco penetrante possibilita que seja usada uma abertura menor na raiz, requerendo-se, por-66
  69. 69. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES tanto, menos material de adição para soldar a junta. A alta velocidade de solidificação do metal de solda permite re- almente soldagem em todas as posições. A Tabela IV apresenta os parâmetros de soldagem mais adequa- ®dos para a soldagem de eletrodos celulósicos OK Pipeweld nas pro-gressões ascendente e descendente. Posição Progressão Progressão ∅ plana ascendente descendente (mm) (A) (A) (A) 2,5 40 - 70 40 - 60 50 - 90 3,2 70 - 110 60 - 90 70 - 120 4,0 90 - 130 70 - 110 90 - 160 5,0 110 - 160 90 - 130 110 - 190Tabela IV - Faixas de corrente recomendadas para as diferentes progres- sões de soldagemEquipamentos de soldagem Os equipamentos de solda que podem ser utilizados com os ele- ®trodos OK Pipeweld necessitam ter uma alta tensão de circuito aber-to (CA > 65 V) e boas características dinâmicas. Isso evita a interrup-ção do arco durante a operação de soldagem. A Figura 62 exibe ummodelo de equipamento de solda especial para a soldagem de tubu-lações com eletrodos revestidos. Dentre outras funções, a fonte for-nece energia em corrente contínua (CC) para a soldagem com eletro-dos revestidos, principalmente com eletrodos celulósicos. A funçãoArcForce permite escolher a melhor característica dinâmica do arcoelétrico. Esse equipamento possui também a função eletrodo anti- 67
  70. 70. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES stick, que evita que o eletrodo cole no chanfro. Adicionalmente, é for- necida uma compensação automática para flutuações da tensão de alimentação em torno de ±10%. Figura 62 - Equipamento para a soldagem de tubulações com eletrodos re- vestidos68
  71. 71. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESCuidados e estocagem de eletrodoscelulósicos Eletrodos celulósicos necessitam de uma certa quantidade deumidade, normalmente entre 3% e 7%, para proporcionar um desem-penho satisfatório. Ressecar este tipo de eletrodo levará à queima dacelulose, que é um material orgânico. Isso pode resultar em desem-penho insatisfatório, perda da tensão do arco e porosidade do metalde solda. Eletrodos celulósicos não devem ser ressecados. Usar embalagens em latas fechadas para transporte em ambientes agressivos ® Figura 63 - Estocagem de eletrodos celulósicos OK Pipeweld 69
  72. 72. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Eletrodos celulósicos OK Pipeweld® para tubulações Tipo do eletrodo ASME SFA 5.1 E6010 Classificações AWS A 5.1 E6010 Eficiência de 80% deposição L.R. = 470 - 500 MPa Propriedades A = 28 - 33% mecânicas Ch V @ -29° 40 - 60 J C Composição química C = 0,09 típica do metal de Si = 0,10 solda depositado (%) Mn = 0,30 Uso geral em aços comuns; desempenho incompa- rável na soldagem de oleodutos, gasodutos, mine- rodutos e outros tipos de tubulações; indicado pra Aplicações trabalhos fora da posição plana, tais como imple- mentos agrícolas, tanques de veículos, etc. GRANDE PENETRAÇÃO Corrente de CC+ soldagem 22 - 28 V ∅ 2,5 mm - 60 - 80 A Parâmetros ∅ 3,2 mm - 80 - 140 A de soldagem ∅ 4,0 mm - 100 - 180 A ∅ 5,0 mm - 120 - 250 A Tabela V - Características do eletrodo celulósico OK 22.45P70
  73. 73. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESTipo do eletrodo ASME SFA 5.1 E6011Classificações AWS A 5.1 E6011Eficiência de 80%deposição L.R. = 480 - 510 MPaPropriedades A = 28 - 33%mecânicas Ch V @ -29° 35 - 65 J CComposição química C = 0,09típica do metal de Si = 0,15solda depositado (%) Mn = 0,35 Soldagem em CA de aços doces comuns utilizados em estruturas metálicas, tanques, vasos de pres-Aplicações são, veículos, implementos agrícolas, tubulações em geral. GRANDE PENETRAÇÃOCorrente de CC+, CAsoldagem 23 - 35 V ∅ 2,5 mm - 40 - 75 AParâmetros ∅ 3,2 mm - 60 - 125 Ade soldagem ∅ 4,0 mm - 80 - 180 A ∅ 5,0 mm - 120 - 230 A Tabela VI - Características do eletrodo celulósico OK 22.65P 71
  74. 74. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Tipo do eletrodo ASME SFA 5.5 E7010-G Classificações AWS A 5.5 E7010-G Eficiência de 80% deposição Propriedades L.R. = 520 - 590 MPa mecânicas A = 23 - 26% C = 0,10 Composição química Si = 0,10 típica do metal de Mn = 0,40 solda depositado (%) Ni = 0,40 Mo = 0,30 Soldagem de grande penetração e alta resistência, em todas as posições, especialmente na progres- Aplicações são descendente; recomendado para soldagem de oleodutos, gasodutos, minerodutos e tubulações API 5L X52 e X56. GRANDE PENETRAÇÃO Corrente de CC+ soldagem 25 - 30 V Parâmetros ∅ 3,2 mm - 60 - 115 A de soldagem ∅ 4,0 mm - 90 - 170 A ∅ 5,0 mm - 125 - 230 A Tabela VII - Características do eletrodo celulósico OK 22.46P72
  75. 75. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESTipo do eletrodo ASME SFA 5.5 E8010-GClassificações AWS A 5.5 E8010-GEficiência de 80%deposiçãoPropriedades L.R. = 610 - 650 MPamecânicas A = 22 - 25% C = 0,10Composição química Si = 0,10típica do metal de Mn = 0,50solda depositado (%) Ni = 0,30 Mo = 0,45 Soldagem de grande penetração e altíssima resis- tência, em todas as posições, especialmente na progressão descendente; recomendado para sol-Aplicações dagem de oleodutos, gasodutos, minerodutos e tubulações API 5L X60 a X70. GRANDE PENETRAÇÃOCorrente de CC+soldagem 25 - 30 VParâmetros ∅ 3,2 mm - 65 - 115 Ade soldagem ∅ 4,0 mm - 95 - 165 A ∅ 5,0 mm - 120 - 225 A Tabela VIII - Características do eletrodo celulósico OK 22.47P 73
  76. 76. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Tipo do eletrodo ASME SFA 5.5 E9010-G Classificações AWS A 5.5 E9010-G Eficiência de 80% deposição Propriedades L.R. = 680 - 720 MPa mecânicas A = 20 - 24% C = 0,10 Composição química Si = 0,20 típica do metal de Mn = 0,90 solda depositado (%) Ni = 0,80 Mo = 0,50 Eletrodo com revestimento tipo celulósico para soldagem em corrente contínua em todas as posi- ções, especialmente na progressão descendente. Aplicações Soldagem de grande penetração e altíssima resis- tência, recomendado para soldagem de oleodutos, gasodutos, minerodutos e tubulações API 5L X70 a X80. Corrente de CC+ soldagem 25 - 30 V Parâmetros ∅ 3,2 mm - 65 - 115 A de soldagem ∅ 4,0 mm - 95 - 165 A ∅ 5,0 mm - 120 - 225 A Tabela IX - Características do eletrodo celulósico OK 22.48P74
  77. 77. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESTipo do eletrodo ASME SFA 5.5 E7010-A1Classificações AWS A 5.5 E7010-A1Eficiência de 80%deposiçãoPropriedades L.R. = 510 - 560 MPamecânicas A = 23 - 25% C = 0,07Composição química Si = 0,10típica do metal de Mn = 0,25solda depositado (%) Mo = 0,50 Soldagem de grande penetração e alta resistência, em todas as posições, especialmente na progres-Aplicações são descendente; recomendado para soldagem de oleodutos, gasodutos, minerodutos e tubulações API 5L X52 e X56. GRANDE PENETRAÇÃOCorrente de CC+soldagem 25 - 30 VParâmetros ∅ 3,2 mm - 60 - 120 Ade soldagem ∅ 4,0 mm - 85 - 175 A ∅ 5,0 mm - 120 - 220 A Tabela X - Características do eletrodo celulósico OK 22.85P 75
  78. 78. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES A gama de consumíveis da ESAB para a soldagem de tubulações foi desenvolvida para combinar com a qualidade dos aços e atender à demanda dos fabricantes de tubulações por consumíveis confiáveis, fáceis de usar e produtivos. Nossos esforços em pesquisa e desen- volvimento no mundo tornaram possíveis não só o atendimento da demanda dos dias atuais como também antever as necessidades do amanhã. Os eletrodos celulósicos da ESAB são aplicados em passes de raiz, enchimento e acabamento em uma gama de aços utilizados na indústria de tubulações e na produção de tubos com costura, como pode ser observado na Tabela XI e na Figura 64. Escolha do eletrodo ESAB para cada passe Aço e grau do tubo Raiz Passe quente Enchimento Acabamento 5L A25 • • • • 5L, 5LS, A • • • • 5L, 5LS, B • • • • 5LS, 5LX42 • • • • 5LS, 5LX46 • • • • 5LS, 5LX52 • • 5LX56 • • 5LX60 • • 5LX65 • • 5LX70 • • 5LX80 ∇ ∇ ∇ • = OK 22.45P = OK 22.46P = OK 22.47P ∇ = OK 22.48P ® Tabela XI - Eletrodos celulósicos OK Pipeweld recomendados para cada passe por grau de tubo API76
  79. 79. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESFigura 64 - Configurações de chanfro e aplicações de eletrodos celulósicos ® OK Pipeweld na soldagem de tubulações ® Figura 65 - Soldagem com eletrodos celulósicos OK Pipeweld 77
  80. 80. 78 Diâmetro Espessura da parede do tubo 6,3 mm (1/4") 9,5 mm (3/8") 12,5 mm (1/2") 16,0 mm (5/8") 19,0 mm (3/4") Passe e ∅ do eletrodo Passe e ∅ do eletrodo Passe e ∅ do eletrodo Passe e ∅ do eletrodo Passe e ∅ do eletrodo pol mm 1o 2o Ench. Kg/ 1o 2o Ench. Kg/ 1o 2o Ench. Kg/ 1o 2o Ench. Kg/ 1o 2o Ench. Kg/ 4 mm 4 mm 5 mm junta 4 mm 4 mm 5 mm junta 4 mm 4 mm 5 mm junta 4 mm 4 mm 5 mm junta 4 mm 4 mm 5 mm junta 6 152 0,11 0,13 - 0,24 0,11 0,08 0,29 0,48 - - - - - - - - - - - - 8 203 0,15 0,14 - 0,29 0,15 0,11 0,37 0,63 - - - - - - - - - - - - cendente 10 254 0,20 0,14 0,06 0,39 0,19 0,14 0,47 0,80 - - - - - - - - - - - - 12 305 0,24 0,17 0,08 0,49 0,23 0,16 0,58 0,97 0,23 0,16 1,31 1,70 - - - - - - - - 14 356 0,28 0,19 0,11 0,58 0,27 0,19 0,68 1,14 0,27 0,19 1,54 2,00 0,26 0,18 2,62 3,06 - - - - 16 406 0,32 0,22 0,12 0,66 0,31 0,22 0,77 1,30 0,31 0,22 1,75 2,28 0,31 0,21 2,99 3,51 - - - - 18 457 0,36 0,25 0,13 0,74 0,36 0,25 0,85 1,46 0,35 0,25 1,97 2,57 0,35 0,24 3,37 3,96 0,35 0,24 5,02 5,61 20 508 0,41 0,28 0,14 0,83 0,40 0,28 0,95 1,63 0,40 0,27 2,19 2,86 0,39 0,27 3,74 4,40 0,39 0,27 5,58 6,24 24 610 0,49 0,34 0,16 0,99 0,48 0,34 1,14 1,96 0,48 0,33 2,62 3,43 0,47 0,33 4,51 5,31 0,47 0,33 6,68 7,48 28 711 0,57 0,40 0,18 1,15 0,57 0,39 1,32 2,28 0,56 0,39 3,06 4,01 0,56 0,38 5,19 6,13 0,56 0,38 7,79 8,73 30 762 0,61 0,43 0,20 1,24 0,61 0,42 1,41 2,44 0,60 0,42 3,29 4,31 0,60 0,41 5,64 6,65 0,60 0,41 8,34 9,35 32 813 - - - - 0,65 0,45 1,51 2,61 0,64 0,45 3,51 4,60 0,64 0,44 6,01 7,09 0,64 0,44 8,90 9,98 36 914 - - - - 0,73 0,51 1,70 2,94 0,73 0,51 3,93 5,17 0,72 0,50 6,78 8,00 0,72 0,50 10,01 11,23 40 1016 - - - - 0,81 0,57 1,89 3,27 0,81 0,56 4,38 5,75 0,80 0,56 7,53 8,89 0,80 0,56 11,11 12,47 42 1067 - - - - 0,86 0,60 1,97 3,35 0,85 0,59 4,60 6,04 0,85 0,59 7,90 9,34 0,85 0,59 11,65 13,09 48 1219 - - - - 0,98 0,68 2,26 3,92 0,97 0,67 5,25 6,89 0,97 0,67 9,02 10,66 0,97 0,67 13,32 14,96 60 1524 - - - - 1,23 0,86 2,83 4,92 1,21 0,84 6,56 8,61 1,21 0,84 11,28 13,33 1,21 0,84 16,66 18,71 Número típico 3 5 7 10 16 de cordões Tabela XII - Consumo de eletrodos em tubulações (kg) na progressão des- SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES
  81. 81. Diâmetro Espessura da parede do tubo 9,5 mm (3/8") 12,5 mm (1/2") 16,0 mm (5/8") 19,0 mm (3/4") 25,4 mm (1") Passe e ∅ do eletrodo Passe e ∅ do eletrodo Passe e ∅ do eletrodo Passe e ∅ do eletrodo Passe e ∅ do eletrodo pol mm 1o Ench. Kg/ 1o Ench. Kg/ 1o Ench. Kg/ 1o Ench. Kg/ 1o Ench. Kg/ 3,2 mm 4 mm junta 3,2 mm 4 mm junta 3,2 mm 4 mm junta 3,2 mm 4 mm junta 3,2 mm 4 mm junta 6 152 0,23 0,61 0,84 0,23 1,05 1,28 - - - - - - - - - cendente 8 203 0,32 0,81 1,13 0,32 1,41 1,73 0,32 2,13 2,45 - - - - - - 12 305 0,45 1,22 1,67 0,45 2,13 2,58 0,45 3,22 3,67 0,45 4,50 4,95 0,45 7,57 8,02 16 406 0,63 1,63 2,26 0,63 2,77 3,40 0,63 4,44 5,07 0,63 5,94 6,57 0,63 10,02 10,65 20 508 0,77 2,04 2,81 0,77 3,49 4,26 0,77 5,31 6,08 0,77 7,44 8,21 0,77 12,52 13,29 24 610 0,90 2,45 3,35 0,90 4,22 5,12 0,90 6,44 7,34 0,90 8,98 9,88 0,90 15,15 16,05 28 711 1,09 2,81 3,90 1,09 4,90 5,99 1,09 7,48 8,57 1,09 10,43 11,52 1,09 17,60 18,69 32 813 1,22 3,27 4,49 1,22 5,62 6,84 1,22 8,62 9,84 1,22 12,02 13,24 1,22 20,18 21,40 36 914 1,41 3,63 5,04 1,41 6,30 7,71 1,41 9,80 11,21 1,41 13,43 14,84 1,41 22,63 24,04 40 1016 1,54 4,04 5,58 1,54 6,98 8,52 1,54 10,66 12,20 1,54 14,88 16,42 1,54 25,08 26,62 48 1219 1,86 4,90 6,76 1,86 8,39 10,25 1,86 12,84 14,70 1,86 17,92 19,78 1,86 30,21 32,07 60 1524 - - - 2,31 10,52 12,83 2,31 20,59 22,90 2,31 22,41 24,72 2,31 37,74 40,05 Nota: para tubos de diâmetro menor que 152 mm (6"), com espessura de parede até 6,4 mm pode ser utilizado o eletrodo Pipeweld 6010 OK 22.45P ∅ 2,5 mm para o primeiro passe. Peso aproximado dos eletrodos OK para tubulações: ∅ 3,2 mm 28 g ∅ 4,0 mm 40 g ∅ 5,0 mm 62 g Tabela XIII - Consumo de eletrodos em tubulações (kg) na progressão as- SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES79
  82. 82. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Capítulo 7 Eletrodos básicos OK Eletrodo Enchimento Especificação Grau sugerido progressão API o 1 passe ascendente 5L A25 OK 22.45P OK 55.00 5L - 5LS A OK 22.45P OK 55.00 5L - 5LS B OK 22.45P OK 55.00 5LX X42 OK 22.45P OK 55.00 5LX X46 OK 22.45P OK 55.00 5LX X52 OK 22.45P OK 55.00 5LX X56 OK 22.45P OK 55.00 5LX X60 OK 22.45P OK 55.00 5LX X65 OK 22.45P OK 73.45 5LX X70 OK 22.45P OK 73.45 Tabela XIV - Eletrodos OK recomendados para a soldagem mista80
  83. 83. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESFigura 66 - Soldagem com eletrodos básicos OK 81
  84. 84. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Eletrodos básicos OK para aços de média e alta resistência Tipo do eletrodo ASME SFA 5.1 E7018 Classificações AWS A 5.1 E7018 Eficiência de 115% deposição L.R. = 530 - 590 MPa Propriedades A = 27 - 32% mecânicas Ch V @ -29° 90 - 120 J C Composição química C = 0,07 típica do metal de Si = 0,50 solda depositado (%) Mn = 1,30 Uso geral em soldas de grande responsabilidade, depositando metal de altíssima qualidade; todos os tipos de juntas; alta velocidade e boa economia de Aplicações trabalho; indicado para estruturas rígidas, vasos de pressão, construções navais, aços fundidos, aços não ligados de composição desconhecida, etc. Corrente de CC+ soldagem 20 - 30 V ∅ 2,0 mm - 50 - 90 A ∅ 2,5 mm - 65 - 105 A Parâmetros ∅ 3,2 mm - 110 - 150 A de soldagem ∅ 4,0 mm - 140 - 195 A ∅ 5,0 mm - 185 - 270 A ∅ 6,0 mm - 225 - 355 A Tabela XV - Características do eletrodo básico OK 48.0482
  85. 85. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕESTipo do eletrodo ASME SFA 5.1 E7018-1Classificações AWS A 5.1 E7018-1Eficiência de 115%deposição L.R. = 560 - 600 MPaPropriedades A = 29 - 31%mecânicas Ch V @ -46° 70 - 90 J CComposição química C = 0,06típica do metal de Si = 0,50solda depositado (%) Mn = 1,45 Eletrodo adequado para soldagem em todas as posições de aço carbono de médio e alto limite de escoamento. O baixo teor de hidrogênio difusível no metal depositado minimiza o risco de trincas.Aplicações Excelente qualidade radiográfica. Para construção naval, fabricação estrutural, caldeiras, etc. Exce- lente aspecto do cordão também na progressão ascendente.Corrente de CC+soldagem 21 - 32 V ∅ 2,5 mm - 85 - 105 AParâmetros ∅ 3,2 mm - 100 - 150 Ade soldagem ∅ 4,0 mm - 130 - 200 A ∅ 5,0 mm - 195 - 265 A ∅ 6,0 mm - 220 - 310 A Tabela XVI - Características do eletrodo básico OK 55.00 83
  86. 86. SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES Tipo do eletrodo ASME SFA 5.5 E8018-G Classificações AWS A 5.5 E8018-G Eficiência de 115% deposição L.R. = 550 - 610 MPa Propriedades A = 26 - 30% mecânicas Ch V @ -46° XX - XX J C C = 0,06 Composição química Si = 0,40 típica do metal de Mn = 1,10 solda depositado (%) Ni = 1,65 Soldagem de responsabilidade em aços ASTM A 516 Gr. 70, bem como aços de alta resis- tência e aços ligados ao Ni para baixas temperatu- Aplicações ras. Alta qualidade do metal depositado. Reco- mendado para soldagem de plataformas de grande espessura e para aços de alta resistência e baixa liga do tipo API 5L X60, X65 e X70. Corrente de CC+ soldagem 20 - 27 V ∅ 2,5 mm - 90 - 110 A Parâmetros ∅ 3,2 mm - 120 - 145 A de soldagem ∅ 4,0 mm - 145 - 190 A ∅ 5,0 mm - 185 - 245 A Tabela XVII - Características do eletrodo básico OK 73.4584

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