Soldagem de tubulações: fabricação de dutos terrestres

Seu parceiro em
Soldagem e Corte

Soldagem
de
Tubulações

ÍNDICE

INTRODUÇÃO .......................................................................................... 1
FABRICAÇÃO DE DUTOS TERRESTRES ....................................................... 3
FABRICAÇÃO DE DUTOS SUBMARINOS ...................................................... 13
TUBOS API 5L ...................................................................................... 26
QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS DE SOLDAGEM................................. 33
SOLDAGEM ........................................................................................... 55
®
ELETRODOS CELULÓSICOS OK PIPEWELD ............................................ 65
ELETRODOS BÁSICOS OK...................................................................... 80
TÉCNICAS DE SOLDAGEM E PRÁTICAS OPERACIONAIS .............................. 88
DEFEITOS: CAUSAS E SOLUÇÕES ......................................................... 134
SOLDAGEM AUTOMÁTICA DE TUBULAÇÕES ............................................ 142
BIBLIOGRAFIA ..................................................................................... 158

Elaborado, traduzido (parte) e adaptado por
Cleber Fortes – Eng. Metalúrgico, MSc. – Assistência Técnica Consumíveis
José Roberto Domingues – Eng. Metalurgista – Gerência Técnica
Consumíveis – ESAB – BR

Última revisão em 31 de agosto de 2004

SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES

Introdução

Diariamente, incontáveis quilômetros de tubulações de aço são
construídos 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 essenciais
para nós.
Para atender às especificações técnicas e satisfazer aos requisi-
tos de segurança necessários, foram desenvolvidos nos últimos anos
materiais e processos de soldagem especiais que evoluíram com o
segmento.
O principal processo de soldagem utilizado na instalação de tubu-
lações é a soldagem manual com eletrodo revestido que, graças a
sua 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 automáticos
com arames tubulares com alma metálica ou não metálica e ara-
mes sólidos. Os arames tubulares podem ser com proteção gasosa
ou autoprotegidos.
Esse trabalho descreve ambos os métodos. Foi dedicado, em
particular, um amplo espaço para a soldagem manual, com referência
especial às práticas operacionais e à avaliação da qualidade, devido
ao seu considerável uso ainda hoje, porém sem desprezar os méto-
dos mais modernos e produtivos que serão cada vez mais utilizados
no futuro.
1


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


Capítulo 1

Fabricação 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 menor
impacto possível ao meio ambiente, devendo a diretriz da vala locali-
zar-se em uma de suas laterais, de forma a possibilitar espaços para
futuras instalações. Normalmente a faixa apresenta uma largura de
20 m, podendo ser de 15 m em áreas de reserva ambiental. Cursos
d’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


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 com
4


cintas próprias, de modo a não danificar o revestimento (veja a Figura
2). A distribuição dos tubos é feita ao longo da vala, do lado oposto ao
solo 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


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 - Curvadeira

6


Concretagem 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-lhes
maior proteção e peso (veja a Figura 6). A espessura do concreto é
calculada pelo pessoal de projeto em função do diâmetro do tubo, e
normalmente varia entre 25 mm e 75 mm. Antes de ser concretado, o
revestimento deve ser inspecionado e reparado, se for necessário.

Figura 6 - Concretagem de tubos

Montagem

Montagem e soldagem de dutos são termos que se confundem,
já que andam juntos, sendo a soldagem uma atividade posterior à
montagem. A montagem se caracteriza normalmente pelo acoplamen-
to entre um tubo e uma coluna e a soldagem do primeiro passe, seja
totalmente (no caso de acopladores internos), ou metade da junta (pa-
ra o caso de acopladores externos) — veja a Figura 7. Antes da mon-
7


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


Figura 8 - Soldagem de dutos

Revestimento de juntas de campo

Todas as juntas de campo, depois de soldadas, inspecionadas e
aprovadas, devem ser protegidas pelo revestimento com uma manta
de polietileno.

Inspeção do revestimento dos tubos

Antes do abaixamento da coluna, o revestimento dos tubos e
curvas não concretados deve ser totalmente inspecionado no campo.
Os defeitos detectados devem ser reparados.

9


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


Figura 9 - Abaixamento da coluna

11


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
Condicionamento

12


Capítulo 2

Fabricação de dutos submarinos

Os tubos empregados na fabricação de dutos submarinos são
revestidos com polietileno ou polipropileno para isolar a água do mar
da superfície da tubulação. Existem também dutos totalmente fabri-
cados em polipropileno ou material similar.

Figura 11 - Rede de dutos submarinos

13


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 linha

14


de 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 tempo
entre as atividades de puxar o duto é controlado pelo tempo levado
para completar o número requerido de passes de solda na primeira e
na última estação de soldagem. O número de estações intermediárias
de 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 até
o bunker de radiografia (pode ser também por ultra-som), onde a sol-
da é radiografada e imediatamente avaliada em conformidade com os
critérios de aceitação aplicáveis. Eventualmente, podem ser realiza-
dos reparos nas estações de soldagem.

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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 a

16


Figura 16).

Figura 15 - Revestimento

Figura 16 - Manta termo-contrátil

17


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


Figura 18 - Movimentação de stalks

Figura 19 - Reparos

19


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


Figura 20 - Estação de tie-in

Figura 21 - Navio lançador

21


Figura 22 - Navio lançador

Figura 23 - Bobinamento

22




23


Figura 26 - Duto bobinado no carretel

Figura 27 - Endireitador / posicionador

24


Figura 28 - PLET

25


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


Figura 29 - Dutos soldados - SAW longitudinal

27


Figura 30 - Dutos soldados - SAW espiral

28


Figura 31 - Dutos soldados - ERW

29


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 5L

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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 - - - - - -

31


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


Capítulo 4

Qualificação de procedimentos
de soldagem

Para a soldagem de tubulações são necessárias especificações
de procedimentos de soldagem (EPS) aprovadas e soldadores
qualificados. A norma usualmente empregada neste sentido é a
API 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 variáveis
necessários 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 garantem
as propriedades mecânicas e a reprodutibilidade desejada para a jun-
ta soldada durante a execução de todas as soldas necessárias. As
informações necessárias à elaboração de uma EPS conforme a
API 1104 resumem-se às seguintes variáveis:

33


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


Nomenclatura

Ângulo de posicionamento do eletrodo

Neste manual, é aplicado o padrão oficial da AWS para definir os
ângulos de posicionamento dos eletrodos (acrescenta-se também a
nomenclatura da EN).
Dois ângulos são indicados: o do sentido de soldagem e o ângulo
de 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 eletrodo
aponta na direção oposta à trajetória seguida.
O ângulo de ataque é dado em relação ao plano de referência ou
plano 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


Figura 33 - Ângulos de posicionamento do eletrodo - junta em ângulo

Figura 34 - Ângulos de posicionamento do eletrodo - tubo

Figura 35 - Ângulos de posicionamento do eletrodo

36


Detalhes da junta

Figura 36 - Junta de topo

1. Abertura da raiz: separação entre as faces a serem soldadas na
raiz da junta
2. Nariz: superfície de preparação da junta perpendicular à superfí-
cie da peça
3. Superfície do bisel: superfície oblíqua à preparação da junta
4. Ângulo do bisel: ângulo entre a superfície biselada e um plano
perpendicular à peça
5. Ângulo do chanfro: ângulo total entre as duas superfícies bisela-
das
6. Largura da junta: largura efetiva da junta (distância entre os biséis
acrescida da sobreposição com o metal de base)
7. Espessura da peça

37


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 junta

38


Tipos de junta

Muitas outras variações são possíveis

Figura 38 - Tipos de junta

Posições ASME / EN

Figura 39 - Posições de soldagem - junta de topo

39


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


gem que os testes sejam feitos em juntas soldadas entre tubos com
seu 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 chanfro
padrão 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


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


Figura 44 - Padrão de alinhamento

Figura 45 - Ponteamento - primeiro ponto

43


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


Figura 47 - Correção da abertura e ponteamento - terceiro e quarto pontos

45


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


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 conforme
descrito no item anterior, use dispositivos de fixação para prender a
peça 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 item
Soldagem de dutos na progressão descendente com eletrodos celu-
®
lósicos OK Pipeweld do Capítulo 8 na página 89.

Preparação e ponteamento na progressão ascendente
com a técnica mista eletrodos celulósicos / básicos

O escopo deste item é informar os procedimentos de preparação
e ponteamento corretos para uma junta padrão em seções de tubo
com diâmetro 8” (219,1 mm). A junta é preparada fazendo-se um bisel
como indicado na Figura 50.

47


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 for
48


achatado e apresentar respingo excessivo, a corrente deve ser redu-
zida (veja a Figura 51).

Figura 51 - Ajuste da corrente pelo aspecto do cordão de solda

Atividades
Faça a montagem conforme ilustrado na Figura 52. Coloque um
arame espaçador de diâmetro 3,2 mm.

49


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


Figura 54 - Ponteamento - primeiro ponto

Remova o arame espaçador. Se a abertura da raiz ficar maior em
um dos lados, solde um terceiro ponto onde a abertura da raiz for
maior, 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 raiz
comprimindo o lado mais aberto. Faça o terceiro e o quarto pontos
espaçados de 90° em relação ao primeiro e segundo pontos (veja a
Figura 56).

51


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


Figura 56 - Correção da abertura e ponteamento - terceiro e quarto pontos

Atividades
Após ter executado a preparação e o ponteamento conforme
descrito anteriormente, use dispositivos de fixação para prender a pe-
ça na posição horizontal com os pontos nas posições 2, 5, 8 e
11 horas. O ponto com a menor abertura da raiz deve estar na posi-
ção 5 horas (veja a Figura 57).

53


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


Capítulo 5

Soldagem

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 termos
de 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 normalizadoras
mais atuantes no segmento de tubulações podem-se mencionar a
British Standard, ASME, PETROBRAS, DNV, e API (American
Petroleum Institute). Destas as mais largamente empregadas são a
API 5L (Specification for Line Pipe) e API 1104 (Welding of Pipelines
and Related Facilities).

55


O processo manual por eletrodo
revestido

Figura 58 - O processo manual por eletrodo revestido

56


O principal processo de soldagem usado na soldagem de tubula-
ções é a soldagem manual com eletrodos revestidos. Existem muitas
razões 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 disposição
dos usuários, a soldagem manual com eletrodos revestidos permane-
ce como um processo favorável para a soldagem de tubulações. Sua
facilidade de uso, capacidade de atingir posições de difícil acesso, a
simplicidade dos geradores necessários (ou o fato de poderem ser
aplicados com moto-geradores; redes elétricas nem sempre estão
disponíveis 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 para
a 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 prover
aos usuários, isto é, os soldadores, produtos versáteis criados para
uma aplicação específica.

Eletrodos celulósicos

A primeira tubulação soldada por arco elétrico foi fabricada com
eletrodo celulósico desenvolvido em 1929. O grande avanço em velo-
cidade de produção ocorreu em 1933 com a introdução da técnica
stove 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 uma
larga faixa de tubulações. Várias são as características dos eletrodos

57


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 a
58


impedir 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-se
mais rigorosa e a escolha de eletrodos básicos passa a trazer vanta-
gens. A razão é, evidentemente, a alta quantidade de hidrogênio no
metal de solda de eletrodos celulósicos. O hidrogênio traz um risco
maior de fissuração a frio em aços de alta resistência por causa da
maior 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 progressão
ascendente é a baixa corrente que tem que ser aplicada, resultando
em baixa produtividade.
Isso pode ser evitado utilizando eletrodos básicos desenvolvidos
especialmente 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, já
que 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 para
eletrodos 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 eletrodo
celulósico tornam-no, no entanto, o consumível mais produtivo, já que
com esse eletrodo é possível fechar uma raiz de pequena abertura
com uma alta corrente, resultando em uma progressão rápida. Um e-
letrodo básico pode ser utilizado também na raiz, mas os requisitos
de alinhamento terão que ser mais rigorosos por causa da menor for-

59


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


gem. O excelente desempenho no início e reinício dos cordões, a fu-
são constante e regular e o aspecto fino do cordão de solda em todas
as 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 gasodutos
é mais difundida entre os países europeus, existindo variações no
processo em função da disponibilidade de soldadores treinados e da
realidade 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 o
caminho para a soldagem semi-automática de tubulações. O primeiro
gasoduto 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


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 com
62


este processo. Como ilustrado na Figura 59, em função de o arame
tubular trabalhar com uma transferência de metal em finas gotas, dis-
tribuídas em uma área maior, resultando numa melhor distribuição de
calor e fusão homogênea do metal de base, obtém-se um cordão de
solda com um perfil mais circular, o que minimiza a ocorrência da falta
de fusão ou colagem. Ao contrário, o arame sólido trabalha com uma
transferência centralizada em uma pequena área, resultando em uma
concentração de calor num ponto localizado, o que leva a um cordão
com 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 de
fusão. 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


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


Capítulo 6

Eletrodos celulósicos
OK Pipeweld®

®
Os eletrodos OK Pipeweld sempre foram uma solução produtiva
e segura na soldagem de tubulações (veja a Figura 60 e a Figura 61).

®
Figura 60 - Soldagem com eletrodos celulósicos OK Pipeweld

65


®

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


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 - 190

Tabela IV - Faixas de corrente recomendadas para as diferentes progres-
sões de soldagem

Equipamentos 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 um
modelo 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 função
ArcForce permite escolher a melhor característica dinâmica do arco
elétrico. Esse equipamento possui também a função eletrodo anti-

67


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-
vestidos

68


Cuidados e estocagem de eletrodos
celulósicos

Eletrodos celulósicos necessitam de uma certa quantidade de
umidade, normalmente entre 3% e 7%, para proporcionar um desem-
penho satisfatório. Ressecar este tipo de eletrodo levará à queima da
celulose, que é um material orgânico. Isso pode resultar em desem-
penho insatisfatório, perda da tensão do arco e porosidade do metal
de 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


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 22.45P

70


Tipo do eletrodo
ASME SFA 5.1 E6011
Classificações
AWS A 5.1 E6011
Eficiência de
80%
deposição
L.R. = 480 - 510 MPa
Propriedades
A = 28 - 33%
mecânicas
Ch V @ -29° 35 - 65 J
C
Soldagem em CA de aços doces comuns utilizados
em estruturas metálicas, tanques, vasos de pres-
Aplicações
são, veículos, implementos agrícolas, tubulações
em geral. GRANDE PENETRAÇÃO
Corrente de
CC+, CA
soldagem
23 - 35 V
∅ 2,5 mm - 40 - 75 A
Parâmetros
∅ 3,2 mm - 60 - 125 A
de soldagem
∅ 4,0 mm - 80 - 180 A
∅ 5,0 mm - 120 - 230 A

Tabela VI - Características do eletrodo celulósico OK 22.65P

71


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 22.46P

72


Tipo do eletrodo
Classificações
AWS A 5.5 E8010-G
Eficiência de
80%
deposição
C = 0,10
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
PENETRAÇÃO
Corrente de
CC+
soldagem
25 - 30 V
de soldagem ∅ 4,0 mm - 95 - 165 A
∅ 5,0 mm - 120 - 225 A

Tabela VIII - Características do eletrodo celulósico OK 22.47P

73


Tipo do eletrodo
Classificações
AWS A 5.5 E9010-G
Eficiência de
80%
deposição
C = 0,10
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
de soldagem ∅ 4,0 mm - 95 - 165 A
∅ 5,0 mm - 120 - 225 A

Tabela IX - Características do eletrodo celulósico OK 22.48P

74


Tipo do eletrodo
ASME SFA 5.5 E7010-A1
Classificações
AWS A 5.5 E7010-A1
Eficiência de
80%
deposição
C = 0,07
Composição química
Si = 0,10
típica do metal de
Mn = 0,25
solda 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 PENETRAÇÃO
Corrente de
CC+
soldagem
25 - 30 V
de soldagem ∅ 4,0 mm - 85 - 175 A
∅ 5,0 mm - 120 - 220 A

Tabela X - Características do eletrodo celulósico OK 22.85P

75


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 API

76


Figura 64 - Configurações de chanfro e aplicações de eletrodos celulósicos
®
OK Pipeweld na soldagem de tubulações

®

77

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-

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-

79


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 mista

80


Figura 66 - Soldagem com eletrodos básicos OK

81


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
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 48.04
82


Tipo do eletrodo
ASME SFA 5.1 E7018-1
Classificações
AWS A 5.1 E7018-1
Eficiência de
115%
deposição
L.R. = 560 - 600 MPa
Propriedades
A = 29 - 31%
mecânicas
Ch V @ -46° 70 - 90 J
C
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 A
Parâmetros ∅ 3,2 mm - 100 - 150 A
de 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


Tipo do eletrodo
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 73.45

84


Eletrodos básicos OK para progressão
descendente 1

Tipo do eletrodo
Classificações AWS A 5.5 E8018-G
EN 499: E46 5 B 41 H5
Eficiência de
120%
deposição
L.R. > 550 MPa
Propriedades
L.E. > 460 MPa
mecânicas
A ≥ 25%
Composição química C = 0,06 - 0,09
típica do metal de Si = 0,30 - 0,70
solda depositado (%) Mn = 1,0 - 1,4
Filarc 27P é especialmente desenvolvido para sol-
dagem na progressão descendente de juntas cir-
Aplicações
cunferenciais em tubulações. Adequado para aços
API 5L X52 - X70.
Corrente de
CC+
soldagem
∅ 2,5 mm - 80 - 100 A
Parâmetros ∅ 3,2 mm - 110 - 150 A
de soldagem ∅ 4,0 mm - 180 - 220 A
∅ 5,0 mm - 230 - 270 A

Tabela XVIII - Características do eletrodo básico Filarc 27P

1
Eletrodos importados - necessária consulta prévia
85


Tipo do eletrodo
Classificações AWS A 5.5 E9018-G
EN 499: E55 5 1NiMo B 41 H5
Eficiência de
120%
deposição
L.R. > 620 MPa
Propriedades
L.E. > 550 MPa
mecânicas
A ≥ 24%
C = 0,06 - 0,09
Composição química Si = 0,30 - 0,70
típica do metal de Mn = 1,0 - 1,4
solda depositado (%) Ni = 0,6 - 1,0
Mo = 0,3 - 0,6
Adequado para soldagem de tubulações de aço de
alta resistência como API 5L X75.
Aplicações
Desempenho e produtividade similares ao
Filarc 27P.
Corrente de
CC+
soldagem
∅ 3,2 mm - 110 - 150 A
Parâmetros
∅ 4,0 mm - 180 - 220 A
de soldagem
∅ 5,0 mm - 230 - 270 A

Tabela XIX - Características do eletrodo básico Filarc 37P

86

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