Apostila de soldagem 2007

Soldagem

1. INTRODUÇÃO Soldagem: Processo de Fabricação para união de materiais por meio de solda, que reduz o tempo de produção na maioria das vezes (substituindo rebites, parafusos e adesivos), com ou sem deposição de material em metais ou não metais (polímeros), seja por aquecimento das partes à temperatura adequada, com ou sem aplicação de pressão (solda a frio), dividindo-se em três fatores para sua aplicação: tipo de operação, material a ser soldado e estrutura (duto) no nosso caso. Polietileno Extrudado de Alta Densidade-PEAD (mais usual) Tubo na cor Amarelo (gasodutos) ou Preto (emissários), muito usado pelas companhias de gás (CEG, Congas, SCgás, Copagás,etc). Métodos de Soldagem:

• Eletrofusão - as superfícies devem estar bem regulares e niveladas entre si.A conexão (luva, sela, etc) contém uma resistência interna que quando submetida a uma corrente elétrica é fundida junto com o tubo promovendo-se a união. A conexão possui o código de barras que define os parâmetros para a soldagem (tempo, amperagem, etc) que varia conforme o tipo e dimensão da conexão e é controlada pela máquina elétrica.

• Termofusão - as duas extremidades, a serem soldadas, dos tubos previamente preparadas são aproximadas entre si e pressionadas em um disco intermediário aquecido e após determinado tempo de aquecimento são postas em contato e pressionadas.

1.1A adeq As• • •

• • •

Finalidade da Inspeção de Soldagem finalidade da inspeção de soldagem é verificar se os procedimentos estão sendo aplicados equadamente, de forma a garantir a resistência mecânica da junta soldada no mínimo uivalente à resistência mecânica do duto.

principais normas relativas à soldagem e inspeção de soldagem de dutos metálicos são: PETROBRAS N-133 - Soldagem; PETROBRAS N-464 - Construção, Montagem e Condicionamento de Duto Terrestre. ASME B 31.4 - "Pipeline Transportation Systems for Liquid Hydrocarbon and Others Liquids" ASME B 31.8 – “Gas Transmition and Distribution Piping Systems”. API STD 1104 - "Welding of Pipelines and Related Facilities"; ASME Section IX – “Qualification Standard for Welding and Brazing”.

CURSO DE INSPETOR DE DUTOS TERRESTRES – NÍVEL 1 1

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1.1.1 Inspeção antes da soldagem A preparação e detalhamento de chanfros e ajustagem das peças devem ser verificados por meio de gabaritos apropriados calibrados e estarem de acordo com as normas ASME B 31.8 para gasodutos e ASME B 31.4 para oleodutos. Todas as extremidades biseladas para soldagem devem ser esmerilhadas e as bordas dos tubos devem ser escovadas numa faixa de 50mm em cada lado da região do bisel, externa e internamente, ao tubo. Se houver umidade, a junta deve ser seca por uso de maçarico, com chama não concentrada (chuveiro). Antes do acoplamento dos tubos, deve ser feita a inspeção e limpeza interna, para verificação de presença de detritos ou impurezas, que possam prejudicar a soldagem ou passagem dos "pigs". Deve-se na oportunidade identificar, nas extremidades, a posição da solda longitudinal.(Um cordão deve ter uma defasagem em relação ao outro de ¼ do perímetro ou 50mm o que for menor). No caso de tubos com costura longitudinal, a localização da costura deve estar situada fora da faixa compreendida entre mais ou menos 10º em relação à geratriz inferior, quando da sua montagem. Quando necessária a remoção da solda circunferencial, deve-se tirar um anel cujo corte deve ocorrer no mínimo 50mm do eixo da solda. Antes do acoplamento dos tubos, suas extremidades não revestidas devem ser inspecionadas interna e externamente, verificando-se descontinuidades como defeitos de laminação, mossas, amassamentos, entalhes ou outras descontinuidades superficiais. Não são permitidos amassamentos e entalhes no bisel com mais de 2mm de profundidade; caso ocorram, tais defeitos devem ser removidos por métodos mecânicos de desbaste ou pela retirada de um anel. Mesmo critério aplica-se para válvulas e conexões. Todos os biséis de campo dos tubos devem ser feitos de acordo com os critérios de acabamento previstos na norma API Spec. 5L. Devem ser utilizados, preferencialmente, acopladores de alinhamento interno. Os acopladores de alinhamento interno não devem ser removidos antes da conclusão do primeiro passe. Quando for usado acoplador de alinhamento externo, o comprimento do primeiro passe de solda deve ser simetricamente distribuído em pelo menos 50% da circunferência antes da sua remoção. O tubo não deve ser movimentado antes da conclusão do primeiro passe ou após o seu lixamento para remoção de escória. No caso da execução do lixamento na raiz da solda, deve-se concluir a execução do segundo passe para permitir sua movimentação. No caso de tubos concretados ou colunas que possam ser submetidas à tensão durante a soldagem, a movimentação só deve ser feita após a conclusão do segundo passe. No acoplamento de tubos de mesma espessura nominal, o desalinhamento máximo permitido é de 20 % da espessura nominal, limitando-se a 1,6mm. Para tubos de espessuras diferentes devem ser usados os padrões das normas ASME B.31.4 e ASME B 31.8, sendo preferível o uso de "niple" de transição.


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Caso seja utilizado transição de paredes com chanfro interno, recomenda-se substituir o ensaio de US por RX. O preaquecimento, quando aplicável, deve-se estender por pelo menos 100mm de ambos os lados do eixo da solda. A temperatura de preaquecimento, estipulada no procedimento de soldagem qualificado, deve ser mantida durante toda a soldagem e em toda a extensão da junta e verificada através de lápis de fusão ou pirômetro, na superfície diametralmente oposta a incidência da chama do aquecimento. No aquecimento de tubos é permitido o uso de maçarico com chama não concentrada (chuveiro). O intervalo de tempo entre passes de solda deve atender ao especificado no procedimento de soldagem qualificado, conforme norma API STD 1104. Na montagem devem ser observados os seguintes cuidados adicionais: a) manter fechadas, através de tampões, as extremidades dos trechos soldados, a fim de

evitar a entrada de animais, água, lama e objetos estranhos; não é permitida a utilização de pontos de solda para fixação destes tampões;

b) recolher as sobras de tubos e restos de consumíveis de soldagem, bem como de quaisquer outros materiais utilizados na operação de soldagem, as quais devem ser transportadas para o canteiro da obra;

c) reaproveitar sobras de tubos, desde que estejam em bom estado, identificados e rastreados;

d) devem ser iniciados os passes de solda em locais defasados em relação aos anteriores e o início de um passe deve sobrepor o final do passe anterior;

e) não é permitido o puncionamento do duto para a sua identificação; f) não é permitido reparo em áreas de solda anteriormente reparadas; g) não é permitido o reparo de raiz e enchimento em solda de "tie-in", ou seja, caso reprovada

a junta deve ser totalmente refeita. 1.1.2 Inspeção após a soldagem Os critérios de aceitação de descontinuidades de soldagem e reparo de dutos e seus complementos, quando da inspeção de soldas por ensaios não-destrutivos, devem seguir os requisitos do API Std 1104. Quando for iniciada a soldagem de um duto ou quando houver mudança no procedimento de soldagem (EPS), devem ser inspecionadas as 50 (cinqüenta) primeiras juntas em toda a circunferência, conforme abaixo:

a) Soldagem manual por eletrodo revestido: RX e US b) Soldagem por outro processo (TIG): RX e US

Completada a soldagem do trecho inicial anteriormente citado, a mesma deverá ser reiniciada após o resultado dos ensaios não-destrutivos previstos. Durante a execução dos serviços de construção de dutos, deve ser realizado um acompanhamento do “Índice de Juntas Reprovadas” calculado para cada quilômetro do duto soldado, conforme abaixo: Índice de juntas reprovadas = Total de juntas reprovadas por END no Km X 100 Total de juntas inspecionadas por END no Km


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Se o índice de rejeição for inferior ou igual a 5% das juntas soldadas, a partir do trecho ensaiado, deve-se adotar os seguintes critérios:

Para oleodutos e gasodutos: - 100% Inspeção visual nas juntas, em toda circunferência; - 100% RX ou US para juntas de cruzamento, travessias, tie-ins, ou juntas

instaladas em áreas residenciais, comerciais e industriais, ou ainda juntas e recebedores de pigs e complementos;

- 100% RX ou US para demais juntas. Se o índice de juntas reprovadas for superior a 5%, um trecho seguinte de igual número de juntas, deve ser inspecionado pelos mesmos métodos em toda circunferência.Caso continue no segundo, devem ser verificados: soldadores, material, consumíveis, máquinas de solda, condições ambientais e outros.Após correção deve ser inspecionado um novo trecho de igual número de juntas ao inicial e assim por diante. 1.2 Limitações da Inspeção de Soldagem Em virtude da maioria dos fechamentos de colunas (tie-ins) ocorrerem no campo (faixa de domínio) do duto, em locais de difícil acesso e invariavelmente no interior de uma vala, os ensaios não destrutivos ficam restritos aos exames locais feitos em soldas, dependendo assim de observações visuais, por líquido penetrante, radiografia ou ultra-som de profissionais qualificados. O ensaio de US deve atender a ASTM E 1961, com equipamento computadorizado e mecanizado que forneça ensaios reprodutíveis e registros permanentes de 100% do volume da solda em toda a circunferência. 1.3 Campo de Aplicação A soldagem aplicada aos dutos deve ser precedida de EPS qualificada , IEIS e de soldadores qualificados conforme API 1104 ou ASME IX (Complementos). Estas qualificações, bem como o acompanhamento específico da soldagem, deve ser feito por Inspetores de Solda – Níveis 1 e 2 conforme respectivas atribuições. Normalmente há soldadores específicos para o ponteamento e soldagem de passe de raiz, e outros para os passes subseqüentes: enchimento e acabamento conforme suas habilidades desenvolvidas. As soldas são geralmente executadas com eletrodos celulósicos (solda manual com eletrodos AWS E 6010 ou AWS E7010). Em algumas situações emprega-se eletrodo básico (AWS E 7018) chamado de baixo hidrogênio, passes de enchimento e acabamento, em juntas cujo passe de raiz foi soldado com um dos eletrodos celulósicos (garantir penetração) anteriormente mencionados. Podem ainda ser utilizados os eletrodos AWS E 6010G ou AWS E 7010G, com a vantagem de adição de elementos de liga e alto poder de penetração. As alternativas ao processo de soldagem com eletrodos revestidos são os processos de soldagem semi-automáticos: arame tubular (autoprotegido ou com dupla proteção) ou MIG/MAG. Atentar que quando da utilização de gases de proteção é necessário prevenir contra correntes excessivas de ar. 2. TERMINOLOGIA E DEFINIÇÕES DE SOLDAGEM Os termos relacionados a seguir são os mais usuais, sendo comum nos canteiros de obras e ao longo das fases de construção do duto, a saber:


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Solda – União localizada de metais ou não-metais, produzida pelo aquecimento dos materiais a temperatura adequada, com ou sem aplicação de pressão, ou pela aplicação de pressão apenas, e com ou sem a participação de metal de adição. Metal de base – metal ou liga a ser soldado, brasado ou cortado. Junta – região onde duas ou mais peças serão unidas por soldagem. Junta de topo - junta entre dois membros alinhados aproximadamente no mesmo plano (Figura 2.1) OBS.: DILUIÇAO (%) = [B/(A+B)].100 A - METAL DE SOLDA B - METAL DE SOLDA DO CORDÃO ANTERIOR OU DE BASE. ELETRODO (POL.NEGATIVA) E PEÇA OBRA(POL.POSITIVA) - POLARIDADE DIRETA-CC- ELETRODO (POL.POSITIVA) E PEÇA OBRA (POL.NEGATIVA) - POLARIDADE INVERSA-CC+


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Figura 2.1 Juntas de topo e tipos de chanfros

Junta de ângulo - junta em que, numa seção transversal, os componentes a soldar apresentam-se sob a forma de ângulo (Figura 2.2).


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Figura 2.2 Juntas de ângulo

Bisel – borda do componente a ser soldado, preparado na forma angular (Figura 2.3). Ângulo do bisel – ângulo formado entre a borda preparada do componente e um plano perpendicular à superfície do componente (Figura 2.3)


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Chanfro – abertura ou sulco na superfície de uma peça ou entre dois componentes, que determina o espaço para conter a solda. Os principais tipos de chanfro são apresentados na (Figura 2.1). Ângulo do chanfro – ângulo integral entre as bordas preparadas dos componentes (Figura 2.3)

Ângulo do chanfro

Figura 2.3 Ângulo do bisel, ângulo do chanfro, profundidade do bisel e abertura de raiz.

Ângulo do bisel Ângulo dobisel

Abertura de raiz Profundidade do bisel

Ângulo do bisel

Ângulo do bisel

Ângulo do chanfro e ângulo do bisel Ângulo do chanfro

Abertura de raiz

Ângulo do bisel

Face do chanfro – superfície de um componente localizada no interior do chanfro (Figura 2.4).


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Figura 2.4 Face da raiz e face do chanfro

Face da raiz e Face do chanfro


Face da raiz e face do chanfro


Face da raiz e face do chanfro

Face do chanfro

Face da raiz – parte da face do chanfro adjacente à raiz da junta. Este termo é normalmente denominado “nariz” do chanfro (Figura 2.4) Abertura de raiz – mínima distância que separa os componentes a serem unidos por soldagem ou processos afins (Figura 2.3). Equipamento de soldagem – máquinas, ferramentas, instrumentos, estufas e dispositivos empregados na operação de soldagem. (por exemplo: fonte de energia, cabos de solda, porta eletrodos e etc.) Estufa portátil opera com temperatura entre 80°C e 150°C.


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Consumível – material empregado na deposição ou proteção da solda, tais como: eletrodo revestido, vareta, arames, anel consumível, gás, fluxo entre outros. Metal de adição – metal ou liga a ser adicionado para fabricação de uma junta soldada ou brasada. Metal depositado – metal de adição que foi depositado durante a operação de soldagem. Eletrodo revestido – metal de adição composto, consistindo de uma alma de eletrodo no qual um revestimento é aplicado, suficiente para produzir uma camada de escória no metal de solda. O revestimento pode conter materiais que formam uma atmosfera protetora, desoxidam o banho, estabilizam o arco e que servem de fonte de adições metálicas à solda (Figura 2.5).

Figura 2.5 Eletrodo revestido: alma e revestimento

Alma do eletrodo – núcleo metálico (aço carbono efervescente) de um eletrodo revestido, cuja seção transversal apresenta uma forma circular maciça (Figura 2.5). Arame - ver definição eletrodo nu. Eletrodo nu - metal de adição consistindo de um metal ligado ou não, produzido na forma de arame, fita ou barra, e sem nenhum revestimento ou pintura nele aplicado, além daquele concomitante à sua fabricação ou preservação. Eletrodo tubular – metal de adição composto, consistindo de um tubo de metal ou outra configuração oca, contendo produtos que formam uma atmosfera protetora, desoxidam o banho, estabilizam o arco, formam escória ou que contribuam com elementos de liga para o metal de solda. Proteção adicional externa pode ou não se usada. Vareta de solda – tipo de metal de adição utilizado para soldagem ou brasagem, o qual não conduz corrente elétrica durante o processo. Eletrodo de tungstênio - eletrodo metálico, não consumível, usado em soldagem ou corte a arco elétrico, feito principalmente de tungstênio. Fluxo - composto mineral granular cujo objetivo é proteger a poça de fusão, purificar a zona fundida, modificar a composição química do metal de solda, influenciar as propriedades mecânicas. Gás de proteção - gás utilizado para prevenir contaminação indesejada pela atmosfera de (N2 e H2). Soldador – profissional capacitado a executar soldagem manual e/ou semi-automática.


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Operador de soldagem – profissional capacitado a operar equipamento de soldagem automático, mecanizado ou robotizado. Qualificação de soldador – demonstração da habilidade de um soldador em executar soldas que atendam padrões pré-estabelecidos. Certificado de qualificação de soldador – documento certificando que o soldador executa soldas de acordo com padrões preestabelecidos. Tal documento é testemunhado e avaliado pelo o Inspetor de solda qualificado que estiver a frente dos serviços no campo, cabendo ao Inspetor de Dutos cientificar-se da sua qualificação. Especificação de Procedimento de Soldagem (EPS) - É o documento emitido pela executante dos serviços, descrevendo detalhadamente todos os parâmetros e as condições da operação de soldagem para uma aplicação específica para garantir a repetição, devendo ser obrigatoriamente seguido. Cabe ao Inspetor de Dutos verificar junto a executante ou ao Inspetor de Solda a existência e cumprimento do mesmo. Técnica de soldagem - detalhes de um procedimento de soldagem que são controlados pelo soldador ou operador de soldagem. Velocidade de avanço - é a velocidade de deslocamento da poça de fusão durante a soldagem. Temperatura de interpasse - em soldagem multi-passe, temperatura (mínima ou máxima como especificado) do metal de solda antes do passe seguinte ter começado. Pré-aquecimento - aplicação de calor no metal de base imediatamente antes da soldagem, brasagem ou corte. Pós-aquecimento - aplicação de calor na junta soldada, imediatamente após a deposição da solda, com a finalidade principal de remover hidrogênio difusível. Alívio de tensões - aquecimento uniforme de uma estrutura/junta de solda a uma temperatura suficiente para aliviar a maioria das tensões residuais, seguido de um resfriamento uniforme. Junta soldada – união obtida por soldagem, de dois ou mais componentes incluindo zona fundida, zona de ligação, zona afetada termicamente e metal de base nas proximidades da solda (Figura 2.6).


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Figura 2.6 Zonas de uma junta soldada

Cordão de solda – depósito de solda resultante de um passe (Figura 2.7). Passe de solda – progressão unitária da soldagem ao longo de uma junta. O resultado de um passe: cordão de solda, camada (Figura 2.7). Camada – deposição de um ou mais passes consecutivos situados aproximadamente num mesmo plano (Figura 2.7).

Figura 2.7 Camada, cordão de solda ou passe e seqüência de passes

Face da solda – superfície exposta da solda, pelo lado onde a solda foi executada (Figura 2.8).


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Face da solda

Reforço da face

Margem da solda Reforço da raiz

Face da solda

Raiz da solda Margem da solda

Ma Rade

Figura 2.8 Face da Solda, reforço da face e reforço da raiz

Solda em ângulo

rgem da solda – junção entre a face da solda e o metal de base (Figura 2.8).

iz da solda – pontos nos quais a parte posterior da solda intersecta as superfícies do metal base (Figura 2.9).


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Figura 2.9 Raiz da solda Reforço da solda - metal de solda em excesso , além do necessário para preencher a junta; excesso de metal depositado nos últimos passes ou na última camada, podendo ser na face da solda e/ou na raiz da solda (Figura 2.8 A). Reforço da face - reforço da solda localizado no lado em que a solda foi feita (Figura 2.8 A). Reforço da raiz - reforço da solda localizado no oposto por onde a solda foi feita (Figura 2.8 A).


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Corte com eletrodo de carvão (goivagem) - processo de corte a arco elétrico, no qual os metais são separados por fusão devido ao calor gerado pelo arco formado entre um eletrodo de grafite e o metal de base. Para retirada de metal líquido localizado na região do corte, utiliza-se ar comprimido. Qualificação de procedimento – demonstração pela qual solda executada por um procedimento específico podem atingir os requisitos pré -estabelecidos. Registro de Qualificação de Procedimento de Soldagem (RQPS)- Documento emitido pela executante dos serviços, que fornece as variáveis reais de soldagem usadas para produzir uma chapa ou tubo de teste aceitável, onde também estão incluídos os resultados dos testes realizados na junta soldada para qualificar uma especificação de procedimento de soldagem. Inspetor de Soldagem – profissional qualificado, empregado pela executante dos serviços para exercer as atividades de controle da qualidade, relativas a soldagem. 3. CONSUMÍVEIS 3.1 Definição e Seleção Consumível de Soldagem são todos os materiais empregados na deposição ou proteção da solda, tais como: eletrodos revestidos, varetas, arames sólidos e tubulares, fluxos, gases e anéis consumíveis. Os consumíveis são selecionados com base no processo de soldagem que se pretenda utilizar. Na escolha do processo mais adequado, devem ser considerados os seguintes fatores:

- material de base (composição química, dimensões); - posição de soldagem; - produtividade (taxa de deposição); - disponibilidade do equipamento de solda; - disponibilidade e qualificação da mão de obra (soldador / operador);e - etc.

3.2 Especificação e Seleção A exceção dos gases de proteção para soldagem, todos os outros consumíveis são agrupados em Especificações. Os referidos agrupamentos são função de:

- composição química do metal depositado ou do consumível; - processo de soldagem.

A Especificação indica os requisitos para os consumíveis de acordo com seu emprego. Para enquadrarem-se numa especificação AWS (American Welding Society), os consumíveis devem atender a requisitos como:

- propriedades mecânicas do metal depositado; - composição química do metal depositado; - sanidade do metal depositado, verificada por meio de exame radiográfico.

Além destes, são também determinados:

- requisitos de fabricação; - critérios de aceitação; - embalagem; - identificação; - garantia e etc.


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A Especificação estabelece as condições de testes a serem realizados pelo fabricante a fim de verificar e assegurar que as soldas produzidas apresentam as propriedades mínimas exigidas.

Em cada Especificação encontra-se a padronização quanto as dimensões dos corpos de teste e de prova para os ensaios pertinentes como: análise química, tração (“all weld metal”), hidrogênio difusível e etc., bem como os padrões radiográficos. Alguns exemplos de Especificações:

- AWS A 5.1: Eletrodos de aço ao carbono para a soldagem manual a arco com eletrodo revestido.

- AWS A 5.5: Eletrodos de aço baixa liga para soldagem manual a arco com eletrodo revestido.

- AWS A 5.4: Eletrodos de aço inoxidável para soldagem manual a arco com eletrodo revestido.

- AWS A 5.17: Eletrodos de aço ao carbono e fluxos para soldagem a arco submerso. - AWS A 5.18: Metais de adição de aços ao carbono para soldagem a arco com gás de

proteção. 3.3 Classificação dos Consumíveis A classificação AWS apresenta uma maneira lógica de designar um consumível. A respeito do mesmo, a classificação fornece, em valores aproximados, algumas de suas propriedades mecânicas (limite de resistência, impacto), como também sua composição química e particularidades relativas ao revestimento. Os consumíveis são designados por um conjunto de algarismos e letras com os seguintes prefixos: E – eletrodo para soldagem ao arco elétrico (electrode) R – vareta para soldagem a gás (rod) B – Metal de adição para brasagem (brazing) F – fluxo para arco submerso (flux) ER – indica a possibilidade de aplicação como eletrodo nu (arame) ou vareta. SG - gás de proteção Exemplos: I) Na especificação (AWS A5.5: Eletrodos de aço baixa liga para soldagem manual a arco

com eletrodo revestido), existe entre outras classificações, a do eletrodo (AWS E 8018 B2). O significado da designação AWS E 8018 - B 2 é:

E 80 1 8 - B2

E XXX X X - X Dígito → 1 2 3 4 5

Dígito 1: A letra E designa um eletrodo; Dígito 2: Estes dígitos, em número de dois ou três, indicam o limite de resistência a tração mínimo do metal de solda em “ksi” (1ksi = 1000 psi). No exemplo: LRT mín = 80.000 psi. Dígito 3: Designa a posição de soldagem na qual o eletrodo revestido pode ser empregado com resultados satisfatórios: 1-todas as posições; 2- plana e horizontal e 4- todas as posições (em particular a vertical descendente para os eletrodos de baixo hidrogênio).


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No exemplo: 1 – todas as posições. Dígito 4: Este dígito pode variar de 0 (zero) a 9 (nove). Os dois últimos dígitos designam:

- tipo de revestimento; e - tipo de corrente com o qual o eletrodo pode ser usado.

No exemplo: 18 – revestimento básico baixo hidrogênio. Corrente CC + ou CA Dígito 5: Este sufixo indica a composição química do metal depositado, sendo que o mesmo somente é utilizado nesta especificação (AWS A5.5). No exemplo: B2 – eletrodo para aço Cromo-Molibidênio cuja composição química contém além de C, Mn, Si, P e S, os elementos de liga: Cromo (1,0 – 1,5%) e Molibidênio (0,40 – 0,65% ). II) Na especificação (AWS A5.18: Metais de Adição de Aços ao Carbono para Soldagem a

Arco com Gás de Proteção (GMAW),existe entre outras classificações, a do eletrodo (AWS ER 70 S - 6). O significado da designação AWS ER 70 S - 6 é:

ER 70 S - 6

ER XX X X Dígito → 1 2 3 4

Dígito 1: A letra ER refere-se ao arame-eletrodo ou vareta aplicável aos processos de soldagem (MAG, MIG, TIG e Plasma); Dígito 2: Estes dígitos, indicam o limite de resistência a tração mínimo do metal depositado, em “ksi” (1ksi = 1000 psi). No exemplo: LRT mín = 72.000 psi. Dígito 3: a letra S designa vareta ou arame sólido; Dígito 4: Este sufixo refere-se a composição química do consumível. 4. PROCESSOS DE SOLDAGEM 4.1 Soldagem a Arco Elétrico com Eletrodo Revestido É a união dos metais pelo aquecimento oriundo de um arco elétrico estabelecido entre a extremidade de um eletrodo revestido e a superfície do metal de base, na junta que está sendo soldada (metal de base). O metal fundido do eletrodo é transferido através do arco elétrico até a poça de fusão (Figura 4.1). Funções do Revestimento: -Elétrica: isolar a alma do eletrodo com Na e K. -Física e Mecânica: protege contra contaminação do N2, H2 e O2. -Metalúrgica: introduz elementos químicos para formar escórias (impurezas). Tipos: Acido, Celulósico (90% das soldas em oleoduto e gasoduto), Rutílico e Básico.


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Figura 4.1 Detalhe da soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido

O esquema do equipamento utilizado nesse processo consta na (Figura 4.2).

Figura 4.2 Equipamento para soldagem a arco com eletrodo revestido

É o processo mais usado de todos na construção e montagem de dutos, devido a simplicidade do equipamento, qualidade das soldas e o baixo custo dos equipamentos e dos consumíveis (eletrodos). O mesmo apresenta grande flexibilidade e solda a maioria dos metais numa ampla faixa de espessuras e posições. Taxa de Deposição de 1 a 5 Kg/h Espessuras a serem soldadas de 2 a 200mm Eletrodos de diâmetro da alma entre 1,6 a 6mm. Diluição 25% a 35% Corrente 60 a 300A As principais desvantagens consistem na necessidade de mão de obra treinada e qualificada e da baixa taxa de deposição (produtividade). Descontinuidades típicas associadas ao processo:

porosidade-arco com eletrodo distante da peça ou alta velocidade de soldagem. inclusões de escória-limpeza ruim entre passes. falta de fusão-alta velocidade de soldagem ou baixa corrente elétrica. falta de penetração-eletrodo grande,alta velocidade de soldagem ou baixa corrente

elétrica. Mordedura-alta corrente elétrica ou peça muito quente.


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Nota: Como não se pode abrir arco elétrico sobre a superfície metálica do duto, o acoplamento do fio terra da máquina de solda é efetuado através um semianel de aço com cinta de borracha regulável para abraçar diametralmente o tubo e um ponto de contato para facilitar a passagem da corrente. 4.2 Soldagem a arco elétrico com proteção por gás e eletrodo consumível (MIG/MAG) É o processo de soldagem que produz a união de peças metálicas pelo aquecimento e fusão destas, com um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo nu (arame) consumível, e as referidas peças na junta soldada com proteção gasosa ou mistura de gases. O metal de adição é transferido para a poça de fusão por transferência do metal através da coluna do arco, sendo o mesmo e a própria poça protegidos contra a contaminação dos gases da atmosfera principalmente N2 e H2, por um gás ou mistura de gases que podem ser inertes (Argônio, Hélio e baixo percentual de CO2) ou ativos (CO2 com adição de elementos de liga Mn e Si e O2+Argônio) (Figura 4.3).

Figura 4.3 Detalhe do processo MIG/MAG

A soldagem MIG/MAG é um processo normalmente semi-automático, em que a alimentação do arame eletrodo é feita mecanicamente e o soldador controla o movimento da pistola além da iniciação e interrupção do arco. Taxa de deposição de 1 a 15 Kg/h Espessura com CC > 0,5mm ou com pulverização > 6mm Diluição 10% a 30% Corrente de 60 a 500 A Utilização em tubulações, vasos de pressão e estruturas metálicas. O processo é empregado na soldagem de materiais numa ampla faixa de espessuras tanto em ferrosos quanto em não ferrosos e em todas as posições de soldagem. O mesmo propicia uma alta taxa de deposição aliada ao elevado fator de trabalho. Na Figura 4.4 consta o esquema do equipamento utilizado no mesmo. A principal desvantagem consiste do risco de ocorrência de falta de fusão por correntes de ar, necessitando assim do uso de proteção (biombos, cabanas).


Soldagem

Figura 4.4 Equipamento do processo MIG/MAG

Descontinuidades típicas associadas ao processo:

poros e porosidade. inclusões de escória. falta de fusão. falta de penetração. mordedura. sobreposição. trincas.

4.3 Soldagem a Arco Elétrico com Arame Tubular Processo de soldagem em que um arco elétrico se forma entre um eletrodo tubular alimentado continuamente (arame bobinado com o interior preenchido por fluxo compactado em seu interior que futuramente substituirá o arame nu), e o metal de base na junta de solda. O metal de adição é então transferido na forma de gotas para a poça de fusão através do arco elétrico, sendo ambos protegidos, contra a contaminação do ar atmosférico, pelos gases gerados na combustão e decomposição do fluxo. Adicionalmente, pode-se utilizar gás de proteção, o qual flui pelo bocal da pistola (usual na Europa). A taxa de deposição do processo é bastante elevada podendo alcançar até 18 kg/h. Quanto aos materiais normalmente soldados temos os aços ao carbono, baixa liga, inoxidáveis e ligados, além de diversos tipos de revestimentos protetores, de maneira semi-automática, a mais usual, ou completamente mecanizada. Espessura>3mm Diluição 20% a 50% Corrente 90 a 600A Utilização em estruturas metálicas, oleodutos, gasodutos e tanques de armazenamento. Tipos de Fluxos: Fundido (formado por óxidos Mn, Si, Al), Aglomerado e Misturado, Neutro (nada provoca na solda, só escória de proteção), Ativo (contém Mn, Si para desoxidar e aumentar a resistência da solda) e Ligado (introduz elementos de liga no aço carbono). O equipamento de soldagem do processo arame-tubular é bastante próximo do utilizado no processo MIG/MAG. Como principais diferenças considera-se a capacidade da fonte de energia quanto a intensidade de corrente gerada (até 600 A) e, em alguns casos a refrigeração a água da pistola. Na opção sem utilização de gás de proteção adicional o processo é denominado


Soldagem

auto-protegido e, na que utiliza gás adicional, denomina-se arame tubular com proteção adicional. Descontinuidades típicas associadas ao processo:

poros e porosidade. falta de penetração. falta de fusão. inclusão de escória. sobreposição. Trincas. Mordeduras.

4.4 Soldagem a Arco Elétrico com Proteção por Gás e Eletrodo não Consumível (TIG) É o processo de soldagem no qual a união entre peças metálicas é produzida pelo aquecimento e fusão destas por meio de um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo de tungstênio ou ligas a base de tungstênio, não consumível, e as peças a unir. A solda pode ser feita com ou sem o metal de adição, esta se chama Autógena. A poça de fusão e o arco elétrico são protegidos contra a contaminação dos gases da atmosfera por um gás inerte ou misturas de gases inertes (argônio, hélio ou misturas), injetados através do bocal da pistola (Figura 4.5).

Figura 4.5 Detalhe da soldagem TIG. A soldagem TIG, usualmente manual, mas pode ser mecanizado e até automatizado, poderá ser feita com ou sem emprego de metal de adição sendo aplicada a maioria dos metais e suas ligas na soldagem em qualquer posição. Entretanto, a baixa velocidade de soldagem (manual) do processo resulta em pouca produtividade. O equipamento completo é apresentado na Figura 4.6. As fontes de energia para o processo fornecem corrente mínima em torno de 5 a 10 A e corrente máxima de 200 a 500 Ampères. Taxa de Deposição 0,2 a 1,3 Kg/h Espessuras 0,1 a 50 mm Diluição 2 a 20% com metal de adição e 100% sem metal de adição Utilização em equipamentos construídos com base em Al, Ti e Ni e suas ligas, passe de raiz em tubulações de aço inox e carbono, aplicação obrigatória no passe de raiz para fechamento do “tie-in” de dutos eTrocadores de Calor e Reatores.


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Figura 4.6 Equipamento básico para soldagem TIG Descontinuidades típicas associadas ao processo:

porosidade. inclusões de tungstênio (deixar o eletrodo encostar na peça). falta de fusão. Trincas.

4.5 Soldagem a Gás É o processo no qual a união das partes, coalescimento, é devido ao aquecimento produzido por uma chama, usando ou não metal de adição, com ou sem aplicação de pressão. A chama empregada no processo resulta da mistura entre um gás combustível, o gás comburente (oxigênio), na presença de ignição. Entre os gases combustíveis, o gás acetileno é o que apresenta melhor desempenho para operação de soldagem. Esta característica se deve às propriedades físicas de sua chama, chama oxi-acetilênica, quanto a alta Temperatura (T MÁX. = 3120 0 C) e elevado Poder Calorífico Concentrado junto ao cone interno. Estas propriedades são essenciais a soldagem por permitirem a fusão do metal de base e constituição da poça de fusão. Taxa de Deposição 0,2 a 1 Kg/h Espessuras 0,5 a 3mm Diluição 2 a 20% com metal de adição e 100% sem metal de adição Aplicação em tubos de diâmetro e espessura pequenos e Revestimentos resistentes à abrasão Nota 1: Cilindro de Acetileno sempre se apresenta na cor vermelha e Oxigênio na cor preta. Nota 2: A maioria das descontinuidades é ocasionada por erro do soldador neste processo, devendo o próprio estar bem apto para tal processo. Nas Figuras 4.7 e 4.8, constam, respectivamente, o esquemático da chama e do equipamento completo para soldagem oxi-acetilênica.


Soldagem

Figura 4.7 Chama oxi-acetilênica.

Figura 4.8 Equipamento para soldagem oxi-acetilênica .

O processo de soldagem oxigás apresenta vantagens sobre os demais assim como também algumas desvantagens. São elas: Vantagens: baixo custo; emprega equipamento portátil; não necessita de energia elétrica; é empregado para soldagem de diversos materiais (aços endurecíveis) em todas as posições de soldagem, inclusive chapas finas. Além destas, apresenta alta versatilidade, pois com pequena alteração do equipamento poderá ser utilizados para o corte (“tartaruga”), brasagem e aquecimento de metais. Desvantagens: requer grande habilidade manual do soldador; baixa taxa de deposição; cordões largos; promove grande aquecimento do metal de base (ZTA extensa)/empenamento; apresenta riscos de acidente com cilindros de gases. Descontinuidades típicas associadas ao processo:

porosidade inclusões de escória


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falta de fusão trincas mordeduras e sobreposições

4.6 Arco Submerso Processo onde o calor é fornecido por arco(s) entre eletrodo(s) de arame e a peça. O arco é protegido por fluxo granular, que também protege o metal fundido e a poça de fusão de contaminantes do ar atmosférico, não ocorrendo visualização do cordão, faíscas, luminosidades, fumaças ou respingos. É um processo para grandes produções de peças, onde o depósito de material é da ordem de 50 Kg/h, a escória mede de 15 a 20 mm sendo auto-removível. A poça de fusão é formada pelo fluxo, arame do eletrodo e a peça que se fundem entre si. O fluxo sobrenada ao longo da solda sobre o metal líquido na forma de escória, sendo que o metal líquido tem ponto de fusão maior que a escória, solidificando primeiro. Com o resfriamento remove-se o fluxo não aproveitado, para reaproveitá-lo aspirando ou manualmente.

Esquema Básico do Maquinário


Soldagem

Processo Semi-Automático (para reparos curvos)

Vantagens: - Com um único passe (12,7 mm) faz o que no eletrodo revestido deveria fazer em 3 a 4

passes. - Processo Automatizado, com soldador técnico, boa qualidade na solda. - Não sensível a corrente de ar (não precisa de biombos), pouca fumaça. - Pode-se soldar tubos com o ”retentor de fluxo-anteparo”, dando preferência a planos

horizontais. - Operador sem vestimentas especiais, não tem arco aparente. Desvantagens: - Alto custo do equipamento Tipos: - Semi-automático (p/reparos), Automático, ”TWIN-ARC”, ”TANDEM” e ultimamente o

Processo de Pulso Quadrado. - Taxa de deposição de 6 a 15 Kg/h (arame) e 8 a 20 Kg/h (fita) - Espessuras >5mm - Diluição de 40 a 50% (arame) e 15 a 20% (fita) - Utilização em vasos de pressão, cilindros de laminação, tubos com costura, tanques de

armazenamento e chaparia de navio. 5. Processos de Corte 5.1 Oxicorte É um processo de corte onde a separação ou remoção do metal é acompanhada pela reação química do oxigênio com o metal a uma temperatura elevada (oxidação) e não por fusão. Os óxidos fundidos resultantes dessa reação (Fe2O3 - FeO - Fe3O4) são “assoprados” pelo jato de O2 (oxigênio) puro, tendo este óxido de ferro ponto de fusão menor que o metal (Fe), fundem-se e escoam.


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A temperatura de ignição ou queima é atingida pelo pré-aquecimento com chamas de gás combustível/oxigênio (chama de pré-aquecimento), as quais estão posicionadas como orifícios numa circunferência concêntrica a saída de oxigênio. O maçarico de corte associa a ação de um jato de oxigênio com a chama oxicombustível de aquecimento. Esse jato de oxigênio, de alta velocidade, provoca a reação de combustão, e a abertura de um rasgo na peça pela movimentação conveniente do maçarico (sangria de corte). Espessuras cortadas de 1 a 360mm com uma velocidade variando entre 10 e 30m/h. A seguir estão relacionados alguns exemplos de gases combustíveis que em combinação com o oxigênio (gás comburente), formam a chama de pré-aquecimento:

- Acetileno (mais usado) - Metil acetileno-propadieno; - Gás natural; - Propano; - Propileno; - Hidrogênio (usado por ourives)

NOTA: Aços Carbono de 0,3 a 0,7% - Pré aquecimento de 300°C a 650°C para manter o corte.

Aços Carbono acima de 1,2% e fofos (ferros fundidos) não se corta por esse processo. 5.2 Corte com eletrodo de carvão É um processo de corte a arco em que os metais a serem cortados são fundidos pelo calor de um arco entre o eletrodo e a peça. Um jato de ar comprimido remove o metal fundido. Normalmente é um processo manual usado em todas as posições, mas que pode também ser operado automaticamente. O processo pode ser utilizado em aços e alguns metais não ferrosos. É comumente usado para goivagem de soldas, para reparos de defeitos de soldas e reparo de fundidos. O processo requer uma habilidade de corte relativamente alta. Na goivagem de soldas é necessário proceder a limpeza posterior, para remoção do carbono depositado. Normalmente, a limpeza por esmerilhamento é satisfatória. 6. Documentos Técnicos 6.1 Especificação de Procedimento de Soldagem (EPS) A especificação de Procedimento de Soldagem (EPS) é um documento preparado para fornecer aos soldadores e operadores de soldagem as diretrizes para a produção de soldas. Para atingir o seu objetivo, deve conter detalhadamente todos os parâmetros e condições da operação de soldagem. No ANEXO 1, consta um exemplo de EPS segundo a norma API 1104. A Especificação de Procedimento de Soldagem é usada pelo inspetor de soldagem para o acompanhamento das qualificações e da soldagem de produção, com o objetivo de verificar se os parâmetros e condições estabelecidas estão sendo seguidos. 6.2 Registro da Qualificação de Procedimento de Soldagem (RQPS) A qualificação do procedimento de soldagem é feita observando todos os parâmetros e condições estabelecidas na EPS, seguida de ensaios e exame da chapa ou tubo de teste. Os parâmetros principais da operação de soldagem e os resultados dos ensaios e exames são registrados em formulário denominado Registro da Qualificação de Procedimento de Soldagem (RQPS), vide modelo no ANEXO 2.


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6.3 Instruções de Execução e Inspeção da Soldagem (IEIS) É o documento técnico, ver ANEXO 3, elaborado para cada um dos equipamentos com base na Norma PETROBRAS N-133 - Soldagem. O mesmo deve conter, para cada junta a ser soldada, os parâmetros principais dos procedimentos de soldagem qualificados e a indicação dos exames e ensaios exigidos. Por suas características, é um instrumento de uso diário do inspetor, para o controle da execução e inspeção da soldagem. Este documento é elaborado a partir dos desenhos de fabricação e montagem dos equipamentos, procedimentos de soldagem qualificados e requisitos das normas técnicas aplicáveis. Ele é composto basicamente de três partes:

Parte 1 - Desenho do equipamento com a identificação de todas as juntas a serem soldadas. Parte 2 - Parâmetros principais da operação de soldagem, obtidos nos procedimentos

de soldagem da executante qualificados, para cada junta a ser soldada. Parte 3 - Exames de testes a serem executados, para cada junta a ser soldada. Os

dados para preenchimento são obtidos na norma de projeto e nas normas de fabricação e montagem de equipamentos.


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Anexo 1 Especificação de Processo de Soldagem (EPS)

ESPECIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTO NÚMERO:

DE 012/04

SOLDAGEM FOLHA: 01 DE 02.

CÓDIGO (S) DE REFERÊNCIA (S): ANSI B31.3-Ed.2002 /ASME SEÇÃO IX -Ed.:2002/N-133-J/ N-115-D

PROCESSO ( 1 ): ER R.Q.P.S.: 012/04 TIPO: MANUAL

PROCESSO ( 2 ): ER R.Q.P.S.: 012/04 TIPO: MANUAL

CROQUIS DA JUNTA METAIS DE BASE A SEREM SOLDADOS

MATERIAL (1):

P1

MATERIAL (2):

P1

FAIXA DE ESPESSURA:

4,76 mm a 15,0 mm (3)

FAIXA DE DIÂMETRO:

Todos

TIPO DE CHANFRO:

Todos

COBRE JUNTA: SEM

VARIÁVEIS ESSENCIAIS N.º: "P" /GRUPO MATERIAL (1): P1 N.º: "P" /GRUPO MATERIAL (2): P1

METAL DEPOSITADO RAIZ ENCHIMENTO ACABAMENTO TUNGSTÊNIO ESPEC

CLASS

FABRI

DIÂME

NÚME

NÚME

ESPES

TIPO D

POLAR

AMPE

VOLTA

POSIÇ

PROGR

OBSER1 - CON2 - CON3 - ESP

1 a 3

FAIXA0 7 A 2 3

70º A

28

IFICAÇÃO: AWS A5.1 AWS A5.5 AWS A5.5 -

IFICAÇÃO: E-6010 E-7010-G E-7010-G -

CANTE / MARCA COMERCIAL: (1) (1) (1) -

TRO (mm): TODOS TODOS TODOS -

RO "F" : 3 3 3 -

RO "A" : 1 1 1 -

SURA DEPOSITADA (mm): 3,0 8,1 - -

E CORRENTE: CONTÍNUA CONTÍNUA CONTÍNUA -

IDADE: DIRETA INVERSA INVERSA -

RAGEM (AMPERES): (2) (2) (2) -

GEM (VOLTS): (2) (2) (2) -

ÃO DE SOLDAGEM: TODAS TODAS TODAS -

ESSÃO DA SOLDAGEM: ASC /DESC. ASC /DESC. ASC /DESC. -

VAÇÕES: FORME LISTA DE CONSUMÍVEIS DE SOLDAGEM QUALIFICADOS DA FBTS NA ÚLTIMA REVISÃO. FORME CATÁLOGO DO FABRICANTE DO CONSUMÍVEL DE SOLDAGEM.

ESSURA MÁXIMA CONFORME ITEM 5.1.2.1 (d) DA N-133-J.

APROVAÇÃO INSPETOR NÍVEL II CLIENTE CERTIFICADORA

CURSO DE INSPETOR DE DUTOS TERRESTRES – NÍVEL 1

Soldagem

Anexo 1 (continuação) Especificação de Processo de Soldagem (EPS)

ESPECIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTO NÚMERO:

DE 012/04

SOLDAGEM FOLHA: 02 DE 02.

CONTROLE DE TEMPERATURA PRÉ-AQUECIMENTO: MAIOR OU IGUAL A 15º C

TEMPERATURA INTERPASSE: -

PÓS-AQUECIMENTO: -

TRATAMENTO TÉRMICO TEMPERATURA DE PATAMAR: -

TEMPO DE PATAMAR: -

TAXA DE AQUECIMENTO: -

TAXA DE RESFRIAMENTO: -

DIFERENÇA ENTRE TERMOPARES: -

TEMPERATURA DE CONTROLE: -

GÁS TOCHA PURGA TIPO: - -

PERCENTUAL (%): - -

VAZÃO (L/MIN): - -

FORNECEDOR: - -

MARCA COMERCIAL: - -

TÉCNICAS DE SOLDAGEM RAIZ ENCHIMENTO ACABAMENTO

OSCILAÇÃO: 3 X Ø ELETRODO 3 X Ø ELETRODO 3 X Ø ELETRODO

VELOCIDADE: - - -

HEAT IMPUT: - - -

ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS - - -

GOIVAGEM: NÃO - -

MEDIÇÃO DE TEMPERATURA: - - -

PROTEÇÃO CONTRA RESPINGOS: -

LIMPEZA:

ESMERILHAMENTO E ESCOVAMENTO



OBSERVAÇÕES:

APROVAÇÃO INSPETOR NÍVEL II CLIENTE CERTIFICADORA


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Anexo 2 Registro de Qualificação de Procedimento de soldagem (RQPS)


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Anexo 2 (continuação) Registro de Qualificação de Procedimento de soldagem (RQPS)


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Anexo 3 Instrução de Execução de Inspeção de Soldagem (IEIS)


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EXERCÍCIOS 1) A soldagem aplicada aos dutos deve ser precedida de EPS (procedimento)

qualificado e de soldadores também qualificados, dentre os quais: (a) Soldador de passe de raiz. (b) Soldador de passe sobre-cabeça. (c) Soldador de passes de enchimento e acabamento. (d) As alternativas “a”, ”b” e “c” são verdadeiras. (e) Só as alternativas “a” e “c” são verdadeiras. 2) Normalmente as soldas são executadas com eletrodos celulósicos (tipo AWS E 6010

e AWS E 7010) no passe de raiz, sendo que nos passes de enchimento e acabamento podem por vezes utilizar o consumível:

(a) AWS E 8018. (b) AWS ER 70 S-6. (c) AWS A 5.4. (d) AWS E 7018. (e) AWS E 6011. 3) Dentre as formas de aquecimento citadas abaixo, a que se destina ao abrandamento

das tensões residuais numa solda chama-se: (a) Pós-aquecimento. (b) Pré-aquecimento. (c) Têmpera Dupla. (d) Alívio de Tensões. (e) .Austenitização 4) Conforme os processos de soldagem citados na apostila, o mais indicado para o

passe de raiz dentre estes é: (a) MIG. (b) TIG. (c) Eletrodo Revestido. (d) Arco Submerso. (e) A Gás. 5) Quanto ao Processo de Soldagem por Arco Submerso, marque a alternativa mais

coerente com a realidade deste em dutos. (a) Faz com um único passe o que o eletrodo revestido faria em três passes. (b) É muito sensível a correntes de ar. (c) Requer grande habilidade do operador e técnica. (d) Refrigeração a ar do cordão. (e) NRA. 6) Quando o índice de juntas reprovadas por END for maior que 5% das primeiras juntas

soldadas em oleodutos ou gasodutos, adota-se os seguintes percentuais nos ensaios, conforme NORMA:

(a) 100% RX e 100% US em juntas de cruzamentos, travessias, tié-ins e áreas edificadas. (b) 100% RX ou 100% US para demais juntas, excetuando as mencionadas acima. (c) 100% RX ou 100% US, em toda a circunferência, para as demais juntas. (d) 100% RX e 100% US em todas as próximas 50 juntas cincunferenciais do duto. (e) NRA


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Apostila de soldagem 2007