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  • Francisco Sartori

    TECNOLOGIAS E TCNICAS MODERNAS DO

    PROCESSO MIG/MAG PARA O PASSE DE RAIZ EM

    SOLDAGEM ORBITAL DE TUBOS

    Dissertao submetida ao

    Programa de Ps-Graduao

    em Engenharia Mecnica da

    Universidade Federal de Santa

    Catarina para a obteno do

    Grau de Mestre em Engenharia

    Mecnica.

    Orientador: Prof. Jair Carlos

    Dutra, Dr. Eng.

    Coorientador: Prof. Rgis

    Henrique Gonalves e Silva,

    Dr. Eng.

    Florianpolis, SC

    2016

  • Francisco Sartori

    TECNOLOGIAS E TCNICAS MODERNAS DO

    PROCESSO MIG/MAG PARA O PASSE DE RAIZ EM

    SOLDAGEM ORBITAL DE TUBOS

    Esta Dissertao foi julgada adequada para obteno do

    Ttulo de Mestre em Engenharia Mecnica, e aprovada em sua

    forma final pelo Programa de Ps-Graduao em Engenharia

    Mecnica.

    Florianpolis, 13 de Julho de 2016.

    ________________________

    Prof. Armando Albertazzi Gonalves Jnior, Dr. Eng.

    Coordenador do Curso

    Banca Examinadora:

    ________________________

    Prof. Jair Carlos Dutra, Dr. Eng. Orientador

    Universidade Federal de Santa Catarina

    ________________________

    Prof. Rgis Henrique Gonalves e Silva, Dr. Eng. Coorientador

    Universidade Federal de Santa Catarina

    ________________________

    Prof. Carlos Enrique Nio Bohrquez, Dr. Eng.

    Universidade Federal de Santa Catarina

    ________________________

    Raul Gohr Jnior, Dr. Eng.

    IMC Soldagem

    ______________________

    Giovani Dalpiaz, Dr. Eng.

    PETROBRAS

  • Dedico este trabalho a minha

    famlia em especial aos meus

    pais, Jos Luiz e Amlia e a

    minha namorada Camila.

  • AGRADECIMENTOS

    Primeiramente, gostaria de agradecer a Deus, ser maior

    que ilumina e abenoa minha caminhada diria.

    Meus sinceros agradecimentos e gratido a todas as

    pessoas que participaram direta e indiretamente dessa jornada de

    pleno conhecimento e de crescimento pessoal e profissional.

    Aos professores orientadores, Prof. Dr. Jair Carlos Dutra e

    Prof. Dr. Rgis Henrique Gonalves e Silva, pela oportunidade,

    conhecimentos e experincias transmitidos ao longo desse

    perodo; ao Dr. Raul Gohr Jr., pelo desenvolvimento e

    aperfeioamento das fontes de soldagem e sua disposio aos

    questionamentos pertinentes ao processo; ao soldador e amigo,

    Clber Guedes, pelo apoio no desenvolvimento prtico dos

    ensaios realizados; aos colaboradores do setor de projetos, Joo

    Facco, Mrio Csar do Nascimento, Gean Brum, Marcus

    Barnetche e do setor de eletrnica, Fernando Costenaro, Ricardo

    Campagnin e Felippe Kalil, por todo o desenvolvimento e suporte

    dos equipamentos utilizados; a Guilherme Bernhard e Gabriel

    Fraga, pela ajuda direta na preparao e realizao dos ensaios; a

    Mrcia Thiel, Cleber Marques, Mateus Schwedersky e Giovanna

    Faraco, pela gesto administrativa; a Marcelo Okuyama, pelo

    suporte grfico de imagens e vdeos; Prof. Cleide Marqueze.

    Agradecimento especial a todos os integrantes e amigos do

    LABSOLDA, que proporcionaram momentos de sabedoria e

    descontrao nessa importante etapa da minha vida. Em especial

    ao Erick (Chileno), Rafael Barbosa, Alberto Bonamigo, Ivan

    Pigozzo, Renan, Luiz Paes, Cirino, Cassiano, Jnathas Alves,

    Gustavo Sousa, Ramon, Renon, Bidese, Direne, Guilherme

    Weizenmann, Kaue, Larissa, Mateus Hoffeman, Rafael Bernardi,

    Danilo, Goiano, Everton, Daniel Ferrari, Rafael Nunes, Gustavo

    Truppel, Vctor, Jlia, Teco, Natlia, Jamal, Pedro, Nathan,

    Adrian, Adroaldo, Tiago, Fernando, Hemerson, Alberto Borges,

    Arthur, Yasmin.

    A toda minha famlia, em especial aos meus pais e a minha

    namorada Camila, pelo amor, incentivo, compreenso e apoio

    incondicional.

    Ao programa de Ps Graduao em Engenharia Mecnica

    da UFSC e Agncia Nacional do Petrleo (ANP), pelo apoio

    financeiro.

  • Que os vossos esforos desafiem

    as impossibilidades, lembrai-vos de que as

    grandes coisas do homem foram

    conquistadas do que parecia impossvel.

    (Charlie Chaplin)

  • RESUMO

    Este trabalho relata uma contribuio ao desenvolvimento de

    tecnologias e de equipamentos aplicados soldagem orbital de

    tubos. A temtica foi iniciada no LABSOLDA h mais de 10

    anos e visa, assim como foi no desenvolvimento de fontes de

    energia para soldagem, criar condies para que o pas deixasse

    de ser somente um espectador no curso dos acontecimentos e

    passasse a ser um agente com um pouco mais de contedo

    transformador. Nesta sequncia de atuao, o presente trabalho

    utiliza uma verso de processo MIG/MAG que foi concebida no

    ciclo evolutivo das fontes de energia originrias do LABSOLDA,

    as quais so continuamente aprimoradas pelo seu fabricante, a

    empresa IMC. Trata-se da verso CCC - Curto-Circuito

    Controlado, a qual possui congneres no mundo, como a STT,

    CMT, RMD e outras. Estas verses de processo MIG/MAG

    possuem como atual e principal apelo de utilizao a soldagem de

    raiz. Este apelo est neste trabalho sendo testado e confrontado

    mediante mais uma ao na tentativa de contribuir no

    desenvolvimento de tecnologias de equipamentos para soldagem

    orbital mecanizada de tubos. Foi procurado dar realismo prtico

    mediante o confronto com situaes realsticas industriais, como

    foi o caso de uma espcie de desafio lanado pela PETROBRAS,

    em que era vislumbrada uma competio para ser verificada a

    melhor soluo para a soldagem orbital de tubos API 5L X70.

    Entretanto, tanto para este desafio PETROBRAS, como para

    inmeros outros casos, no h sempre uma obrigatoriedade de

    que o passe de raiz seja executado sem a utilizao de anteparos

    (backings). Uma das empresas que participou do citado desafio utilizou estes anteparos, produzindo soldas com elevada

    produtividade. Todavia, o caso aqui considerado neste trabalho

    pressups a no possibilidade de utilizao do backing. Assim, a verso CCC foi utilizada amplamente, bem como a verso STT

    da empresa Lincoln Electric. Alm disso, em razo de informaes colhidas internacionalmente de que a verso CMT

    da empresa Fronius produzia bons resultados, a referida verso

    tambm foi utilizada como comparao. Na oportunidade, foram

    realizadas investigaes e angariado conhecimento sobre o

    comportamento e a funcionalidade das verses MIG/MAG e dos

    manipuladores robticos de sistemas orbitais mecanizados. Nesse

    contexto, diferentes formas geomtricas de chanfros foram

  • testadas, como, por exemplo, o chanfro V e o chanfro U.

    Para o chanfro V, foi evidenciado que o CCC e o STT

    apresentaram bons resultados com relao fuso no chanfro, o

    que no foi constatado com o CMT. Com relao ao chanfro U,

    verificou-se uma melhor condio de aplicao, do ponto de vista

    de robustez do processo, comparada com o chanfro V. Essa

    constatao foi verificada de maneira que, com o chanfro U,

    possvel realizar a raiz em toda a circunferncia do tubo,

    encostando-se a junta sem aberturas e, mesmo assim, resultar em

    cordes com penetrao total da solda e com boas caractersticas

    geomtricas de fuso. As soldas com chanfro U foram

    validadas com a soldagem de vrios corpos de prova de tubos da

    especificao API 5L em diferentes espessuras e dimetros com

    as verses CCC e CMT, as quais apresentaram boas

    caractersticas de soldagem. A verificao das variveis de

    movimento do manipulador robtico e a verificao da anlise de

    estabilidade da transferncia metlica resultante das variveis

    da fonte de energia foram executadas, de modo a resultar em

    documentos (EPS Especificao de Procedimento de

    Soldagem) que possam garantir a repetibilidade e a confiabilidade

    dos procedimentos de soldagem desenvolvidos, tornando-os

    robustos.

    Palavras-chave: Passe de Raiz, GMAW, Soldagem Orbital,

    Procedimento Mecanizado.

  • ABSTRACT

    This paper reports a contribution to the development of

    technologies and equipment applied to orbital pipe welding. The

    subject was initiated in LABSOLDA for over 10 years and aims,

    as it was with the development of power sources for welding,

    create conditions for the country to cease being only a bystander

    on the course of events and passed to be an agent with a little

    more tranforming content. In this sequence of action, this study

    utilizes a MIG/MAG process version that was conceived in the

    evolutionary cycle of energy sources originated from

    LABSOLDA, which are continuously enhanced by its

    manufacturer, the IMC company. It is about the CCC version

    Controlled Short Circuiting, which has counterparts in the world,

    such as STT, CMT, RMD and others. These versions of

    MIG/MAG processes have as current and main appeal for use the

    root welding. This appeal in this paper is being tested and

    confronted by another action in an attempt to contribute to the

    development of equipment technologies for mechanized orbital

    pipe welding. It was sought to give practical realism by the

    confrontation with industrial realistic situations, as was the case

    of a sort of challenge launched by PETROBRAS, which

    envisioned a competition in order to be ascertained the best

    solution for the orbital welding of API 5L X70 pipes.

    However, both for this PETROBRAS challenge, and

    for many ot