Orientador: Prof. Jair Carlos Dutra, Dr. Eng.
Coorientador: Prof. Régis Henrique Gonçalves e Silva, Dr. Eng.
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RESUMO
No âmbito dos processos de soldagem, a capacidade inerente do ser humano de perceber erros e atuar para corrigi-los torna segura a adoção de processos manuais. Por outro lado, a produtividade destes processos já não é mais compatível com as exigências do mundo atual. O desenvolvimento de equipamentos com implementações que aumentem o grau de automatização e reduzam a influência do operador têm sido um requisito para a busca contínua da melhoria da produtividade. Situação diferente ocorre no Brasil, cuja indústria se caracteriza pelos elevados custos de mão de obra, decorrentes da baixa produtividade, que dificilmente alcança o nível obtido no contexto internacional. No campo da soldagem, melhorias em termos de produtividade vêm sendo conseguidas por países com grande desenvolvimento industrial que souberam elevar o nível de produção por trabalhador utilizando dois princípios básicos: o investimento em equipamentos e o estudo de novas técnicas aliadas a procedimentos de soldagem. Em vista disto, o presente trabalho tem como objetivo geral o desenvolvimento de técnicas para a realização da soldagem TIG orbital de tubos que resultem no aumento da produtividade, visando aplicações do setor de petróleo e gás. Fazem parte do trabalho não somente a definição de procedimentos de soldagem, mas também a realização de melhorias no equipamento, utilizando uma versão do processo TIG com alimentação dinâmica de arame. Neste caso, a alimentação do arame é feita automaticamente, mas de forma análoga às ações de um soldador, com a introdução de um movimento de avanço e recuo em frequência próxima de 1Hz. Para isto, foi desenvolvido um novo modelo de cabeçote alimentador capaz de sincronizar a movimentação do arame com o estágio de pulsação da corrente, um sistema de medição da velocidade de alimentação, e um dispositivo direcionador. Na etapa de caracterização do processo, ensaios comparativos entre a alimentação contínua e dinâmica de arame foram realizados, com avaliação da variação do gradiente térmico em função de diferentes frequências de oscilação. Em seguida, deu-se início aos ensaios de soldagem orbital em seções de tubos de aço ASTM-A139 Grau D, com diâmetro de 16” (406,4 mm) e espessura de 15 mm. Os procedimentos propostos enfatizaram o aumento da produtividade do passe de raiz, com a adoção de um chanfro tipo “U”, com 3 mm de “nariz”, maior que o utilizado usualmente, de 2 mm. Como resultado, obteve-se penetração total ao longo de 180°, com velocidade média de soldagem de 27,8 cm/min, valor este que é bastante superior aos 10 cm/min do processo TIG com alimentação contínua, e similar à verificada no MIG/MAG, cujo valor médio é de 29,5 cm/min. A dimensão média da solda (altura da área fundida) foi de 4,5 mm, também maior se comparada às dos demais processos (2,9 mm do MIG/MAG e 2,8 mm do TIG convencional). A relação de equilíbrio entre velocidade de alimentação e potência não é um requisito para a estabilidade, o que permitiu adicionar pouco material com o intuito de favorecer a penetração. Os resultados obtidos demonstraram o potencial da versão desenvolvida sob o ponto de vista de produtividade. No entanto, foi constatado o fato de que algumas juntas não cumpriram todos os critérios prescritos pelas normas internacionais de forma repetitiva. Na posição sobre cabeça (8h, 7h e 6h) identificou-se a presença de algumas descontinuidades como concavidade e mordedura. Em função disto, tendo em vista o grande potencial sob o aspecto de produtividade na aplicação de soldagem orbital, entende-se ser oportuno dar sequência ao aprimoramento do processo em outros trabalhos de pesquisa, de forma a superar as limitações observadas até o presente momento.
Palavras-chave: GTAW, Soldagem Orbital, Produtividade, Passe de Raiz, Alimentação Dinâmica.
ABSTRACT
Regarding welding processes, human ability to detect errors and correct them enables manual process execution. On the other hand, productivity is no longer compatible to new world requirements. The development of welding equipments with
higher automation level and less operator dependence have been crucial for continuous improvement of productivity. A different scenario is found in Brazil. Its industry has high labor costs due to low productivity, which rarely reaches international levels. In the welding field, productivity have been accomplished in countries with high industrial development. They have raised output per worker through two basic principles: equipments and new techniques combined with welding procedures. Because of this, the main objective of this work is to develop techniques for orbital TIG welding focused on productivity increase in the oil and gas sector. The work covers procedure specifications as well as equipment upgrade, using a TIG process with dynamic wire feeding. In this case, there is an automatic feeding that mimics welder operation, with a forward and backward movement near 1 Hz. We developed a new model of wire feeder, able to
synchronize wire movement with current pulse. In the characterization phase, comparative tests were executed between continuous and dynamic wire feeding, with thermal gradient evaluation as a function of oscillation frequency. Then, orbital welding tests were performed in pipe sections of ASTM-A139 Grade D, with 16” diameter (406,4 mm) and 15 mm thickness. Productivity increase of root pass was emphasized through “U” geometry bevel and “nose” thickness of 3 mm, greater the usual one of 2 mm. The results show that penetration was reached over 180°, with average welding speed of 27,8 cm/min, better than 10 cm/min from TIG process with continuous feeding, and similar to MIG/MAG, which average value is 29,5 cm/min. Average weld dimension (fusion zone height) was 4,5 mm, also greater than other processes (2,9 mm from MIG/MAG and 2,8 mm from continuous feeding TIG). The balance between feed speed and power is not required for process stability, and allowed less material deposition to favor penetration. The above outcomes showed considerable potential from productivity perspective. However, we noted that some joints did not satisfy all requirements prescribed in international standards repetitively. In overhead position (8h, 7h e 6h), there were some discontinuities such as concavity and undercut. Therefore, taking into account the great orbital welding potential to increase productivity, is
convenient to start process upgrade through new research projects to overcome present limitations.
Keywords: GTAW, Orbital Welding, Productivity, Root Pass,Dynamic Feeding.
REFERÊNCIA:
PAES, Luiz Eduardo dos Santos. Soldagem TIG Orbital – Técnica de Alimentação Dinâmica do Arame Visando Aumento na Produtividade. 2016. 206 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2016.