Soldagem e Ensaios Não Destrutivos: A importância da normalização no processo de inspeção de estruturas soldadas

1º Ciclo de Palestras e Minicursos em Ensaios
Não Destrutivos e Caracterização de Materiais
SOLDAGEM E ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS: A IMPORTÂNCIA
DA NORMALIZAÇÃO NO PROCESSO DE INSPEÇÃO DE
ESTRUTURAS SOLDADAS
Palestrante:
Prof. Sérgio Rodrigues Barra, Dr. Eng.
LS&I – UFRN
IFBA – Salvador (BA) – 2017
Demanda, projeto (códigos/contrato), fabricação
(soldagem x ENDs), montagem (soldagem x ENDs),
comissionamento (ENDs), operação (ENDs),
recuperação/manutenção “prolongamento da vida útil”
(soldagem x ENDs) e fim da vida útil “descarte” (ENDs)
Perda de desempenho ou falha
impactando diretamente nas funções

Sumário
1. A problemática e a motivação
2. O panorama das áreas envolvidas
3. Soldagem
4. Ensaios Não Destrutivos “ENDs” (Inspeção)
5. Normalização, qualificação e certificação
6. Relações entre soldagem x inspeção x normalização
7. Considerações finais
8. Agradecimentos

i) O setor industrial (Automobilístico, P&G,
Químico, Energias Renováveis, Metalmecânico,
Naval, outros) necessita que uma
peça/conjunto/equipamento “produto” herde
o mínimo de descontinuidade das etapas de
fabricação e de operação (vida em serviço x
descontinuidade x solicitação, defeito x falha).
Falha
Componente /
Equipamento
Em operação, mas não
desempenha
satisfatoriamente as
funções almejadas em
projeto
Inutilizado
Apresenta uso inseguro
com a presença de
degradação
(deterioração)
Definir condições
contratuais
(responsabilidades) e/ou
de atribuições para
desenvolver a análise de
falha
(montar equipe).
Avaliar o grau de preservação
/ conhecer o projeto
“componentes críticos” / a
operação (carregamento) / a
normatização associada.
(condição da falha) Conhecer o histórico e
frequência / situações
similares (comparação).
Avalição visual da falha,
documentação das
observações, verificação da
relação da região com o
restante do conjunto.
Definir local de análise e realizar
extração de amostras e ensaios
(destrutivos e não destrutivos).
Propor hipóteses x validação
pelos resultados dos ensaios,
simulações e observações.
Identificar causa reais e
propor ações para a
eliminação e o controle
do mecanismo. Definir a
“criticidade”.
Em operação sob
condições controladas e
rastreadas (seguras)!
Qual a ação a ser adotada
(definição gerencial /
técnica)?
Visões possíveis da falha!?
Estudo
(avaliação)
Adaptado de Morais et al. (2014)
Processo de
fabricação
(trabalho termo/mecânico?!)
Possíveis formas de energia!
Composição química
(seleção do material)
Propriedade
(dureza, momento de
inércia, resistência à
corrosão, outras)
Solicitação
(meio versus exigências
do uso)
Adaptado de Bernardini, 2008.
Inspeção /
Falha Desempenho
(Resposta ao uso)
Imagem: REM
Condição projetada satisfeita (ok)?
Controle/alteração da
microestrutura e/ou
da geometria
Imagem: FAP Co.
O que se deseja
produzir?
O engenheiro está
preparado para
esta etapa?
ii) Portanto, nestas etapas (fabricação /
operação), o produto deve satisfazer as
funções projetas e os níveis de qualidade
(requisitos). Para tal, o uso dos EDs/ENDs
permitirá o acompanhamento do ciclo de
vida produto (Rota de Fabricação / Uso) e o
auxílio na identificação da causa raiz
(defeito x falha), na avaliação da integridade
estrutural (mecânica da fratura) e na
tomada de decisão (operação).iii) Estes requisitos devem ser respaldados em
condições contratuais e/ou normalizadas.
EDs / ENDs
EDs /ENDs

Como avaliar a
demanda?
“Sondagem do público alvo x
critério iniciais de engenharia x
expectativas do cliente”
O Projeto
“Como a engenharia de projeto
definirá as características
construtivas do produto?”
“Prototipagem – 3D”?!
Como construir?
“O que a engenharia de
fabricação deve fazer para tornar
o projeto factível (necessária
discussão entre áreas)?”
Chão de fábrica
“Qual o suporte às etapas de
fabricação (equipamentos,
número de etapas, mão de
obra, insumos, outros)?”
Produto final
Operação
“Solicitações x severidade do meio”
E o operador?!
Vida em serviço
“projetada x útil”
Defeito?
Falha?
Descarte?
Como a composição química
e/ou projeto e/ou processo
de fabricação/montagem
e/ou solicitação interfere(m)
na vida em serviço?
Normalização
(requisitos x obrigatoriedades)
Representação da relação entre as etapas de concepção, projeto, fabricação, operação e inspeção de um
produto “peça/equipamento” com a sua estimada “vida em serviço”.
Fonte: Barra (2013)
Qual a Demanda?
“O que o cliente deseja?”
Exemplo: Uma bicicleta
Há interação?!
*Quais as possíveis
causas da falha?
(a) Erro de projeto
(b) Erro de fabricação
(c) Erro de operação
Solução (b)
Reavaliar a
fabricação
Solução (c)
Rever critérios e/ou re ou
qualificar pessoal
(necessidade de certificação?)
Solução (a)
Reavaliar o
projeto
Onde os
conhecimentos e
as técnicas de
inspeção devem
ser adotados?
*

Metais comumente soldados
(percentual de representação).
Como se divide o custo associado
a operação de soldagem
(estimativa)?
Energia elétrica
Mão de obra
Consumíveis (gas,
eletrodo, outros)
Outros
Soldagem representa 4 a 6% do valor final da
fabricação e, por sua vez, a mão de obra
impacta em 60 a 80% do custo associado com a
operação de soldagem.
Como estão divididos os
processos de união?
Estimativa de demanda mundial por metal de adição e por processo de soldagem ao
arco elétrico
Por continente Por processo
Soldagem
Messler (1999).
Compound Annual
Growth Rate
(CAGR) 5,5%
(2016 – 2026)

Inspeção x transformação
Como exemplo, o setor energético projeta crescimento de 35% na demanda mundial até 2040. Onde os
setores de P&G (60%) e Fontes Renováveis (4%) se destacam na matriz. No Brasil, os setores Hidro e Eólico
têm participação diferente.
Materiais Metálicos (2016)
Aço
(WSA/IABr)
Aço Inoxidável
(ABINOX)
Alumínio
(ABAL)
Produção Brasileira (ton/ano) 31,2 x 106 304,2 x 103 1,2 x 106
Produção Mundo
(ton/ano)
1,6 x 107
(China - 808 x 106)
44,9 x 106 53 x 106
Consumo per Capita Brasileiro
kg/hab. ano
88 1,48 6,4
Consumo per Capita (China / Creia
do Sul / USA) kg/hab. Ano
513 / 1117 / 316 ~ 15 ~ 30
E o setor
Naval?
Fonte: O Globo
Conclusão: Tanto a qualificação
quanto a certificação devem “olhar
o mercado” de forma ampla e
seguir as tendências.

3. Soldagem
É um processo de fabricação, do grupo dos processos de união, que visa o incremento de valor e/ou obtenção de
uma função à matéria prima (materiais de engenharia, dissimilares ou não), via o revestimento, a manutenção e/ou
a união, em escala atômica, com ou sem o emprego de pressão e/ou com ou sem a aplicação de calor. Nesse caso,
sempre que a ideia se refira a operação (preparação, execução e/ou avaliação), o termo correto a ser utilizado é
soldagem.
Solda
É a região gerada pela operação de soldagem (por exemplo: MS + ZTA).

4. Ensaios Não Destrutivos “ENDs” (Inspeção)
 “Os ensaios não destrutivos “ENDs” são métodos (testes), desenvolvidos e adotados especificamente
para detectar, localizar e medir descontinuidades, com vistas à análise e/ou inspeção e/ou caracterização de
um componente, um material ou um sistema (conjunto), quanto a sua qualidade e uniformidade, sem que
esta ação tenha impacto deletério significativo sobre o posterior uso e/ou operação (utilidade – fitness for
service)”.
Ensaios destrutivos (EDs) Ensaios não destrutivos (ENDs)
Normalmente adotados para simulações, em
laboratório, das condições de serviço (dados
precisos, mas usados para uma avaliação
qualitativa).
Por exemplo, a determinação do valor
laboratorial de KIC (tenacidade à fratura).
Normalmente empregados na medição
direta de determinadas propriedades ou
características em condições de serviço.
Permitem uma correlação entre os dados
medidos e o impacto sobre a utilidade.
Por exemplo, a detecção, em campo, e a
caracterização geométrica de uma trinca não
aflorada (subsuperficial).
Os testes são realizados em corpos de prova,
com dimensões padronizadas, e efetuados
em condições controladas. Amostras
extraídas da matéria-prima que constituirá o
produto (peça).
Por exemplo, uma amostra metálica (peça)
retirada de um lote, usinada para as
dimensões padronizadas e ensaiadas em
laboratório.
Os ensaios são aplicados diretamente sobre
a peça utilizada em serviço. Neste caso, não
fica dúvida quanto à representatividade da
medição.
Por exemplo, realização de ensaio de micro
dureza ou radiográfico (raios-X) da zona
termicamente afetada diretamente sobre a
estrutura montada e operando em campo.
E agora?
 Então, espera-se que o uso dos ENDs tenha efeito benéfico sobre a redução do fator
“desconhecimento” a respeito de um material (estrutura), sem impactar negativamente
sobre o fator “segurança” definido para o produto final ou processo.
 As técnicas (ENDs e EDs) são ferramentas auxiliares complementares, com funções
especificas, no processo de caracterização e/ou inspeção.

O que são normas técnicas?
As normas técnicas referem-se, em geral, “à classificação, especificação, método de
ensaio, procedimento, padronização, simbologia e terminologia. A adoção de normas
técnicas (normalização) proporciona uma série de vantagens aos fabricantes,
comerciantes e consumidores, que vão desde a eliminação de barreiras comerciais até
a segurança do usuário”. Fonte: Adaptado de SEBRAE
A indústria deve entender a normalização, num
processo fabril, como um critério para o
incremento “conjunto” da produção, simplicidade
e da competitividade, de forma a garantir
produtos de qualidade, seguros e
ambientalmente adequados.
Como se dividem as normas técnicas (hierarquia x cobrança)?
- Internacional (ISO, IEC, outras)
- Regional (AMN, CEN);
- Nacional (ABNT “NBR”, MTE “NR”, ANVISA, DIN, BS, outras)
- Associações (ASME, API, AWS, ASTM, outras)
- Empresarial (Petrobras; FORD, Embraer, outras).
Exemplos:
ASME Seção IX – Qualification Standard for Welding and Brazing Procedures, Welders, Brazers, and Welding and
Brazing Operators
Petrobras N-1738 – Descontinuidades em juntas soldadas, fundidos, forjados e laminados
API Specification 6A/ISO 10423 – Specification for Wellhead and Christmas
NBR 14842 – Critérios para a qualificação e certificação de inspetores de soldagem
ANSI/API 1104 – Welding of pipelines and related facilities
Petrobras N-2033 – Inspeção de Fabricação: Qualificação de Pessoal
Fonte: CNI
Exemplo da importância da normalização:
As etiquetas do vestuário masculino agora vão além
do P, M e do G. O tamanho M, por exemplo, ganhou
três opções: M convencional, M para pessoas
atléticas e M especial.
(Fonte: Jornal Hoje / Jornal Nacional / NBR 16060)
“NORMA NÃO É LEI, MAS POR FORÇA DE LEI
É OBRIGATÓRIA”
(Fonte: Battagin - ABNT/IBRACON)
“A normalização proporciona
os meios necessários para a
troca adequada de
informações entre clientes e
fornecedores, com vista a
assegurar a confiança e um
entendimento comum nas
relações comerciais”.
Fonte: Odilão Baptista (ABNT)
A normalização é uma “atividade que estabelece, em relação
a problemas existentes ou potenciais, prescrições destinadas à
utilização comum e repetitiva, para que se obtenha um grau
ótimo de ordem (conhecimento, desempenho e custo), em um
determinado contexto”.

O termo “qualificação” está atrelado com a habilidade (skill) e ao grau de aprofundamento teórico
(conhecimento “competências”) do profissional. Neste caso, uma soma da etapa de treinamento (formação
– teoria versus prática) e, em alguns casos, da experiência (prática operacional e tempo de serviço do
formado).
O termo “certificação”, para a área de inspeção,
refere-se antão ao “Processo que conduz à
comprovação de que o candidato (em alguns casos,
recém-qualificado) está apto para a atuação
profissional em um ou mais ENDs – idem para a área
da soldagem”. Neste caso, a certificação está
legalmente condicionada a uma comprovação, por
parte de um terceiro (Organismo de Certificação
acreditado), de que as condições exigidas
(normalizadas) foram satisfeitas pelo candidato.
O tripé é condicionado por uma demanda do mercado, por um investimento
profissional ou por uma questão cultural?

É consenso, no ambiente industrial, que o procedimento de fabricação pode e deve ser adaptado a cada
condição demandada, como no exemplo abaixo (situação problema).
Situação problema:
Considere a necessidade da fabricação, por soldagem a arco elétrico, de peças em aços carbono comum, ARBL e inoxidável
duplex, de forma a preservar as propriedades do substrato (alterações da ZTA) e/ou maximizar as propriedades da ZF.
O que deve ser observado (cuidados)?
i) Para a soldagem do aço médio carbono (por exemplo, ABNT 1040) e do aço baixa liga (por exemplo, API 5L X80) deve-se
avaliar, em função do Ceq, a necessidade da imposição de To, Tint e Tpós. Neste caso, fazendo o controle da partição térmica
(Gradiente Térmico – G) e do ciclo térmico (taxa de resfriamento – R). Esta ação visa obter as propriedades mecânicas nos
limites que que atendam aos requisitos de projeto (Códigos / Contrato) – por exemplo, o nível de dureza (< 22 HRC?!).
ii) No entanto, para a soldagem do aço inoxidável duplex, esta ação deve ser vista com “outros olhos”, uma vez que a
manutenção da T em um patamar alto e/ou alteração química da ZF pode induzir o desequilíbrio na relação ferrita/autenita,
alterar PREN (duplex < 40 e hiperduplex > 45), gerar precipitação de fases deletérias (Sigma e Chi – 550 a 1000 C), outros.
E onde está a relação Norma x Soldagem x ENDs?
Alicerçados em base teórica e experiência prática, os códigos (normas) estabelecem limites seguros para a obtenção de um
produto. Por sua vez, a operação de soldagem (união, revestimento ou manutenção) adota procedimentos (EPS e RQPS)
que controlam os valores finais das propriedades críticas (dureza, tenacidade, resistência mecânica, ...) e, de forma
transversal, os ENDs (em parceria íntima com os EDs) são adotados como ferramentas auxiliares para a comprovação
(validação) das condições fabricadas x normalizadas (limite de dureza, frações de fases, defeitos planares, outros).
6. Relações entre soldagem x inspeção (ENDs) x normalização
Araújo et al. (2015)

Descontinuidades e defeitos – critérios
 A presença, intencional ou não intencional, de “não homogeneidades” e de “não continuidades” físicas
(desalinhamento, poro, trinca, ...), metalúrgicas (zona termicamente afetada, transformação de fases deletérias, ...) e/ou
químicas (zoneamento químico, sensitização, ...) decorre, isoladamente ou em conjunto, da fabricação, da montagem, da
operação e/ou de interferência externa (dano de terceira parte). Neste caso, numa visão normalizada, a presença de uma
descontinuidade (uma violação estrutural – uma indicação) não, necessariamente, significará a existência de um defeito
(uma relevante indicação) – “fitness for purpose” (cuidado: reparo pode ter efeito contrário “novas descontinuidades”!).
6. Relações entre soldagem x inspeção (ENDs) x normalização
ZTA
Mordedura
Desalinhamento (Hi-Lo)
Poro
vermicular
Falta de fusão
“molhabilidade”
entre camadas
Falta de fusão
na borda do bisel
Poro
esférico
Inclusão de
escória
Trinca de
Solidificação
(interna)
Porosidade
esférica
concentrada
Reforço
excessivo da raiz
Trinca
induzida por H
Geometria irregular
do acabamento
Metal
de base
Trinca
lamelar
Trinca
de solidificação
(aflorada)
Metal
de base
Mordedura
Poro
(aberto)
Trinca
transversal
Trinca
de cratera
Metal
de solda
ZTA
(b)
(a)
Seção transversal
Vista superior
Falta de fusão
do bisel
Metal
de solda
 Divisão das descontinuidades: tipo (poro, trinca, inclusão de tungstênio, ...), natureza (metalúrgica, química, ...) ou
momento de formação “MF” (projeto, fabricação, operação ou inspeção/manutenção). Para MF, as descontinuidades são
agrupadas nos estágios: (i) inerentes do material, (ii) geradas no processamento primário, (iii) geradas no processamento
secundário e (iv) induzidas pela condição de serviço.
Descontinuidade
esperada de
observação
Localização da descontinuidade
característica
Superficial
(aflorada)
Subsuperficial
(não aflorada)
Ensaio Não Destrutivo
(A – aplicável e N – não aplicável)
Porosidade
EV(A) LP(A)
RX(N) US(N)
EV(N) LP(N)
RX(A) US(A)
Mordedura
EV(A) LP(A)
RX(N) US(N)
-
Falta de fusão
EV(A) LP(A)
RX(N) US(N)
EV(N) LP(N)
RX(A*) US(A)
Trinca
EV(A) LP(A)
RX(N) US(N)
EV(N) LP(N)
RX(A*) US(A)
Exemplos das possibilidades das aplicações dos
ENDs em função do tipo e da característica da
descontinuidade esperada de observação.
MVI = B – C = (P x CF) – C
MVI é o método do valor da inspeção
B é o beneficio da adoção da inspeção (cumprimento da legislação e redução do risco da ocorrência de falha)
C (R$) é custo total da inspeção (custo direto + custo indireto)
P é a redução na probabilidade da ocorrência de falha em função da inspeção
CF (R$) é a consequência (severidade) da falha
Risco = FFalha x CFalha
FFalha é a frequência de falha
CFalha é a consequência da Falha

 Quanto a soldagem, excetuando áreas específicas, ainda há um atraso tecnológico
no suporte ao setor industrial (mais visível quando comparadas as diferentes regiões
do Brasil). Isso impacta na perda de produtividade, qualidade e vida do produto).
 Quanto aos ENDs e EDs, para a área da soldagem, são tecnologias auxiliares
imprescindíveis para a comprovação do produto gerado. No entanto, é imperativo que
os profissionais das referidas áreas tenham formação transversal.
 Quanto a normalização, o processo fabril, se adequadamente suportado por
padronização (normas), trará benefícios para os atores envolvidos (contratante e
fabricante / usuário e fornecedor), tais como o incremento “conjunto” da produção, da
simplicidade e da competitividade. Adicionalmente, garantindo produtos de qualidade,
seguros e ambientalmente adequados.
 Quanto a qualificação e/ou certificação, apesar dos bons exemplos desenvolvidos
por algumas entidades, no Brasil ainda existem “brechas” que abrem a possibilidade
da formação e da autorização “não adequadas” dos profissionais.
7. Considerações finais
Solda  Soldagem

 Ao GPEND pelo convite para a realização da palestra.
 À Abendi pelo repasse das informações sobre a área de inspeção.
8. Agradecimentos
Obrigado a todos pela atenção!
Contato: barra@ct.ufrn.br

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