7.Aspectos Economicos Em Soldadura

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Aspetos Económicos da Construção Soldada

Fabricação e Aplicações

Tecnologia da Soldadura

ISEL - Licenciatura em Engenharia Mecânica

Tópicos para discussão

• Análise dos custos em operações de soldadura – Custos com consumíveis

– Taxa de depósito de cada processo

– Custos com mão de obra

– Custos com equipamento/retorno do investimento

– Custos indirectos (energia, Overhead, amortizações, etc.)

• Cálculo dos custos em soldadura

• Casos Práticos – análise de custos de vários processos

Análise dos Custos em Soldadura

• Obtenção dos dados necessários para a elaboração de propostas de construção soldada;

• Obtenção de informação sobre concepções alternativas (escolha de soluções de fabrico de peças e equipamentos);

• Comparação de processos de fabrico – determinação de quais os melhores métodos/processos de produção;

• Determinação de alterações de processos produtivos;

• Determinação das vantagens económicas dos vários processos/métodos de soldadura

Os objectivos da determinação dos custos de soldadura são:


− Tipo de eléctrodo, fio ou vareta:

• Tipo;

• Dimensão.

− Tipo de protecção (gás ou fluxo). Débito de gás ou consumo de fluxo;

− Tipo de junta (Volume de soldadura a depositar);

− Posição de soldadura – parâmetros de soldadura;

− Tempo de soldadura:

• Eficiência de soldadura;

• eficiência do processo de soldadura.

− Custos com equipamento;

− Custo da mão de obra;

− Outros custos.

Variáveis a considerar no cálculo dos custos de soldadura:

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− Custo com eléctrodos, fios ou varetas;

− Custo com gases de protecção;

− Custo com fluxos de soldadura (SAS).

Custos com consumíveis de soldadura


Sendo:

WE – “Weight of electrode” – Peso do eléctrodo (peso de metal depositado –MD) quilos por metro de soldadura realizada;

CE – “Cost of electrode” – Custo por quilo do MD

Custo com eléctrodos, fios ou varetas(O cálculo é estabelecido com base num determinado comprimento de soldadura

– Custo por metro de soldadura)

Custo por metro de soldadura = WE × CE


Sendo:

VG – “Volume of shielding gas” – Volume de gás (litros) necessário por metro de soldadura realizada (tem a ver com o caudal);

CG – “Cost of shielding gas” – Custo do gás por litro

Custo com gases de protecção(O cálculo é estabelecido com base num determinado comprimento de soldadura


Custo por metro de soldadura = VG × CG


Sendo:

VG – “Volume of shielding gas” – Volume de gás (litros) necessário por metro de soldadura realizada ;

T – “Welding arc time” – Tempo de arco em minutos;

RF – “Rate of flow” – Débito de gás em l/min.

Custo comgases de protecção(O cálculo é estabelecido com base num determinado comprimento de soldadura


VG= T × RF

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Sendo:

WF – “Weight of flux” – Peso de fluxo necessário por metro de soldadura realizada (SAS – 1 Kg de fluxo por 1 Kg de MD);

CF – “Cost of flux” – Custo do fluxo por quilo.

Custo com fluxos de protecção(O cálculo é estabelecido com base num determinado comprimento de soldadura


Custo por metro de soldadura = WF × CF


Custo total dos consumíveis(O cálculo é estabelecido com base num determinado comprimento de soldadura


Custo de consumíveis = (WE x CE) + (VG x CG) + (WF x CF)


Tabela de peso de MD para soldaduras de ângulo

Origem:“The procedure handbook of arc welding”


Tabela de peso de MD para

soldaduras em chanfro


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Consumo de fio em SAS origem: “Welding Handbook” AWS


Consumo de fio em SAS



RENDIMENTOS TÍPICOS DOS CONSUMÍVEIS

Tipo de Consumível/Processo

Eléctrodos Revestidos: Comprimento – 350 mm Comprimento – 450 mm Comprimento – 700 mm

Fios Nus e Varetas: Arco – Submerso MIG / MAG TIG Electro – Escória

Fios Fluxados

Rendimento ( % )

55 a 6560 a 7065 a 75

95 a 10080 a 9590 a 10095 a 100

80 a 85


Razões da redução do rendimento do consumível

− SER:• Ponta do eléctrodo (beata);• Salpicos;• Eléctrodos deteriorados.

− MIG/MAG ou Fios fluxados:• Salpicos;• Fio deteriorado.

• Pontas de fio desaproveitadas nos arranques da soldadura.

− SAS:• Fio deteriorado

− TIG:• Vareta deteriorada

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Sendo:

T – “Time required” – Tempo para executar 1 metro de soldadura;

CR – “Cost of labor” – Custo do soldador/operador em €/hora;

OF – “Operation factor” – Relação entre trabalho produtivo (tempo de arco aberto) e as horas totais para executar o trabalho.

Custo com horas de trabalho(O cálculo é estabelecido com base num determinado comprimento de soldadura


Custo por metro de soldadura = (T) (CR) / (OF)


“Operation factor” (OF)(O cálculo é estabelecido com base num determinado comprimento de soldadura


OF = (Tempo de arco) / (Tempo total)


“OPERATION FACTOR”

Técnica de Soldadura OF( % )

Manual

Semi-automática

Mecanizações

Automações

5 a 30

10 a 60

40 a 90

50 a 95


Factores de Marcha dos Processos de Soldadura

Processo de Soldadura Factor de Marcha Max ( % )

Manual (SER e TIG)

Semi-automática (MIG/MAG e FF)

AutomatizadosMIG/MAGTIGSAS

30

60

100

100100

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Interpretação dos “Factores de Marcha”

− O “Factor de Marcha” de um processo de soldadura estabelece a relação entre o tempo produtivo comparativamente ao tempo total.

− Na determinação do tempo real poder-se-á considerar ou não determinados factores tais como:

• Tempo de preparação (corte) e montagem das peças a soldar;

• Tempo de execução de tratamentos térmicos (pré-aquecimento, pós-aquecimento ou tratamento térmico após soldadura ;

• Tempo de inspecção após soldadura;

• Tempo de reparação de defeitos assim como de operações de desempeno.

• Outros.


Interpretação dos “Factores de Marcha”

− O “Factor de Marcha” será tanto mais baixo conforme se incorpore ou não as operações afim da soldadura. Neste sentido ele poderá ser de 30% para o processo SER, quando somente se contabiliza como “tempo real” o tempo destinado à operação de soldadura ou ser de 2 a 5% quando este “tempo real” tem em conta o corte, preparação e montagem.


Estimativa do Tempo de Soldadura(O cálculo é estabelecido com base num determinado comprimento de soldadura

– Horas por metro de soldadura)

1. Pode ser determinado por medida directa dos tempos de soldadura de anteriores projectos, obtendo assim informação “histórica”;

2. Pode ser calculada com base no cálculo do peso de MD e na Taxa de depósito do processo de soldadura.


Sendo:

WW – “Weight of weld metal” – Peso de MD em Kg/metro;

D – “Deposition rate” – Taxa de depósito em Kg/hora.

Estimativa do Tempo de trabalho(O cálculo é estabelecido com base num determinado comprimento de soldadura

– Horas por metro de soldadura)

Tempo de soldadura = (WW) / (D)

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Taxas de depósito vulgarmente utilizada dos vários processos de soldadura:

– TIG 0,15 Kg/h– SER 0,3 Kg/h;– MIG/MAG 0,5 Kg/h;– Fios Fluxados 0,6 Kg/h;– Arco Submerso 2,5 Kg/h;– Electroescória 15 Kg/h.


Taxas de depósito para o processo SER

Origem:“The Procedure Handbook of Arc Welding”


Taxas de depósito para o processo de

Fios Fluxados



Taxas de depósito para o processo de

Fios Fluxados

Origem:“Welding Handbook”

AWS

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Taxas de depósito para o processo SAS









Estimativa do custo Hora do Soldador(O cálculo é estabelecido com base nos custos totais por hora de soldador ou

operador de soldadura)

1. Numa primeira aproximação teremos que considerar os custos directos do soldador – custos com o seu ordenado;

2. A estes terá que se adicionar os custos indirectos, que são:• Custos com amortizações de equipamentos;• Custos com energia, ar comprimido, etc.;• Custo das ferramentas e acessórios de soldadura;• Custos com pessoal indirectos (pessoal não produtivo);• Outros custos que terão que ser escoados pela operação de

soldadura.

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Factores que permitem reduzir tempo e custos de soldadura

− Diminuir os ângulos do chanfro e folgas;− Usar chanfros duplos− Garantir as dimensões de projecto (reduzir sobre-espessuras)− Utilizar posições favoráveis− Bons acessos às juntas soldadas – construção em subconjuntos− Utilizar consumíveis de maior diâmetro− Utilizar processos com maior factor de marcha e maior taxa de

depósito− Utilizar jigs, manequins− Utilizar posicionadores− Utilizar automatizações ou mecanizações ou robotização


Custo Total de Soldadura(O cálculo é estabelecido com base num determinado comprimento de soldadura


Custo de soldadura = (Custo de consumíveis) +

(Custo das horas de trabalho)


A redução dos custos dos processos de soldadura passa pela execução de dispositivos auxiliares aparentemente complexos


Os processos mecanizados (SAS, por exemplo) permitem

obter grandes taxas de depósito.

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A redução dos custos dos processos de soldadura passa pela utilização de posicionadores, quando o volume de trabalho a

executar assim o justifique.


Os posicionadores permitem soldar nas posições mais convenientes, permitindo assim aumentar as taxas de depósito


Os posicionadores de rolos permitem obter bom rendimento do trabalho, adaptando a peça ao trabalho a realizar.


Automatizações dedicadas permitem obter bom rendimento do trabalho, porem têm pouca versatilidade.

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Análise da redução dos custos dos processos de automatização ou robotização

1. Comparativamente ao processos manuais, só a partir de um determinado volume de produçãose verifica serem vantajosos os processos de automatização / robotização.

2. A automatização dedicada é, numa primeira fase, mais dispendiosa do que a robotização. A falta de versatilidade de uma automatização, por um lado, assim como o grande investimento num processo de produção fora de qualquer “normalização”, com períodos de experimentação/afinação do processo longos, só permite obter boa rentabilidade após a sua estabilização, ou seja: após execução de um volume de produção grande


A soldadura mecanizada ou automática permite obter melhores factores de marcha “operating factor”.


Os graus de movimentação de robots permite obter grande versatilidade (adaptação a várias condições de trabalho).


Os robots permite obter grande versatilidade, porém necessitam de auxiliares de montagem tais como posicionadores.

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Tendo em conta os seguintes dados:

• Custo com equipamento− Máquina para SER 1500 €− Máquina para MIG/MAG (Convencional) 2500 €− Máquina para MIG/MAG (Sinérgico) 5000 €− Máquina de TIG 1500 €− Máquina de SAS (Carro) 15 000 €− Máquina de SAS (Cristo) 50 000 €− Posicionador de 50 Ton. 20 000 €

• Custo de consumíveis− Eléctrodo revestido 1,5 €/Kg− Fio sólido para MAG 1,2 €/Kg− Fio Fluxado (aço carbono) 2,4 €/Kg− Fio e fluxo para SAS 3,5 €/Kg− Argon 0,008 €/litro− Mistura Argon/CO2 (80/20) 0,005 €/litro.


Calcular (Exercício 1):

Qual a dimensão de comprimento de junta soldada em chapa que justifica a passagem de soldadura com fios fluxados para SAS, admitindo que o equipamento já existe (não necessita ter em conta a amortização).

Condições:

− Espessura de 12 mm;

− O tempo de preparação de SAS (alinhamento da junta) é de cerca de cinco vezes o de Fios fluxados (o tempo por metro para FF é de 0,5 horas/metro), caso se esteja a preparar 1 metro; porém o tempo de preparação em SAS só aumenta 20% por cada metro adicional;

− O custo das Horas Homem é de 35 €;

− As taxas de depósito são:

• Fios Fluxados 0,6 Kg/hora;

• SAS 2,5 Kg/hora



FFSAS

• Soldadura com 2 passes;• Sobre-espessura de 2 mm• Área de soldadura 22,67 mm2

• Soldadura com 4 passes;• Sobre-espessura de 2 mm• Área de soldadura 108,36 mm2



Fios fluxados – 0,824 Kg/m (1,37 h/m)SAS – 0,176 Kg/m (0,07 h/m)

2,57/91 1,87 /65,5

3,07 /108

3,57 /125

0,62

1,23

1,85

3,74 /131

5,61 /196

1,98

3,96

5,93

91,6

109,2

126,9

67,5

135,0

201,9

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Qual a dimensão de comprimento de juntas soldadas (Troços de soldadura de virolas) que justifica o investimento de um equipamento de SAS, amortizável a 5 anos, admitindo que a alternativa é o processo semi- automático por fio fluxado. Para a soldadura SAS dever-se-á adquirir um sistema de “Cristo” e dois posicionadores de rolos.

Condições:

− Espessura de 20 mm;

− Horas produtivas por ano por soldador: 1500 horas− O tempo de preparação de SAS (alinhamento da junta) é de cerca de cinco

vezes o de Fios fluxados (o tempo por metro para FF é de 0,5 horas/metro), caso se esteja a preparar 1 metro; porém o tempo de preparação em SAS passa para 1 hora/metro por cada metro adicional;

− O custo das Horas Homem é de 35 €;

− As taxas de depósito são:

• Fios Fluxados 0,6 Kg/hora;

• SAS 2,5 Kg/hora



FFSAS

• Soldadura com 2 passes;• Sobre-espessura de 2 mm• Área de soldadura 160 mm2

• Soldadura com 8 passes;• Sobre-espessura de 2 mm• Área de soldadura 240 mm2



Cálculo do valor de amortização e juros



Cálculo do valor de amortização e juros por hora de soldadura

O valor de 103 680 € terá que ser dividido pelas horas produtivas por cada um dos cinco anos:

Valor hora = 103 680 / (5 x 1500) = 13.824 €

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Fios fluxados – 1,87Kg/m (3.12 h/m)SAS – 1,2 Kg/m (0,49 h/m)



1. Considerando as condições do exercício 2 qual ou quais os aspectos que deviam também ser considerados para além dos que foram utilizados?

2. Quais os ganhos em tempo e custo de soldadura admitindo que se tratam de 21 virolas de 2 metros de diâmetro e com o comprimento de 3 m que terão de ser soldadas em conjunto de três para expedição para estaleiro?


Calcular (Exercício 3 - Questão 1):

1. Os ganhos em tempo de execução do trabalho;

2. Os ganhos em menor potencial de reparações;

3. Os ganhos em menores sobre-espessuras ( no processo SAS é mais fácil de controlar o valor da sebre-espessura);

4. Os ganhos em fiabilidade do processo (qualquer soldadura automática ou mecanizada e mais facilmente reprodutível)


Calcular (Exercício 2 – Questão 2):

Fios fluxados – 1,87Kg/m (3.12 h/m)SAS – 1,2 Kg/m (0,49 h/m)

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Ganhos em tempo: 457,5 horas (52,7 %)

As soldaduras a executar são:− 21 soldaduras longitudinais de 3 metros;− 14 soldaduras circulares de 12,6 metros

Tempo de execução do trabalho em SAS são:− (21 x 5,97) + (14 x 20,3) = 409,6 horas

Tempo de execução do trabalho em FF são:− (21 x 10,89) + (14 x 45,6) = 867,1 horas



Ganhos custo: 9978,5 € (32,2 %)

As soldaduras a executar são:− 21 soldaduras longitudinais de 3 metros;− 14 soldaduras circulares de 12,6 metros

Custo de execução do trabalho em SAS são:− (21 x 303) + (14 x 1043) = 20 965 €

Custo de execução do trabalho em FF são:− (21 x 393,5) + (14 x 1620) = 30 943,5 €

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