A seleção do chanfro está associada a trabalhos anteriores (MAGALHÃES, 2012 e SCOTTI ET AL, 2013). A geometria do chanfro utilizada foi definida a partir de críticas provindas de campo, da realidade de obras de construção e montagem de dutos de forma a reduzir a quantidade de material depositada e com o intuito de aumentar a produtividade.
Desta maneira, optou-se por estudar o perfil com bisel e chanfro adotado pelos autores mencionados, no qual utiliza a técnica de chanfro estreito (narrow gap) em “V” por ser de mais fácil preparação (em comparação à preparação em U, p.ex.) e ter um menor volume a ser preenchido (em comparação ao ângulo mínimo de 45º normalmente requerido para a soldagem GMAW, destacando-se que este ângulo é frequentemente ao redor de 60º).
Os dutos revestidos são recebidos com 12 m de comprimento e são cortados em tubos de 120 mm de comprimento, já considerando uma folga para usinagem do chanfro, sendo montados em conjunto de três ou em dois destes tubos em sequência para formar o duto teste. Com o conjunto de três tubos é possível realizar a soldagem de um total de quadro cordões de solda e com dois tubos um total de dois cordões de solda, pois estes são executados em meia canas. A configuração com dois tubos foi utilizada em testes
preliminares para análise do decaimento de temperatura e em soldagens para qualificação. A montagem dos tubos de teste seguiu o esquema apresentado na Figura 34.
Figura 34. Esquema de montagem do tubo teste (unidades em mm)
Como sistema de fixação dos tubos, utilizou-se pequenos dispositivos (“cachorros”), com 15 mm de comprimento, fabricados a partir de cantoneiras de 1”x1/8”, posicionados em intervalos regulares internamente aos tubos para garantir que a junta não se altere ao longo da soldagem, conforme apresentada na Figura 35. A quantidade necessária de cachorros foi testada experimentalmente, sendo determinada em 6 unidades por junta. Segundo Magalhães (2012), a utilização dos cachorros é para garantir que a junta fique livre de obstruções de forma a não afetar o arco, como poderia ocorrer se fossem utilizados pontos de solda.
Figura 35. Detalhe do sistema de fixação dos tubos “cachorros”
10 mm
10 mm
Dada a grande quantidade de tubos testes necessários na realização dos ensaios optou-se por usinar os chanfros e fixar o sistema de sustentação dos tubos (“cachorros”) por meio do ponteamento de solda na parte interna do duto e utilização de gabaritos desenvolvidos durante a realização deste trabalho.
Devido ao desvio de espessura e perpendicularidade dos tubos envolvidos, as superfícies internas da junta podem apresentar o desalinhamento ou Hi/Low na raiz durante a fixação dos tubos por “cachorros”.
Apesar de existir na prática um desvio de circularidade admissível na fabricação de cada seção de dutos postas por normas, como por exemplo a API 5L, nesta pesquisa limitou-se por soldagem sem desalinhamento (misalignment) ou (Hi/Low), para seguir as mesmas condições impostas por Scotti et al (2013).
É muito importante considerar que o desalinhamento é composto por diversos fatores (diferença de espessura, falha de circularidade, falha da perpendicularidade da seção, condição de acoplamento) que quando combinados resultam em uma medida final, que não deve exceder os limites definidos por norma (MAGALHÃES, 2012).
Pela Norma Petrobras N-464 (2014) e, em concordância com a API 5L (2012), no acoplamento de tubos de mesma espessura nominal, o desalinhamento máximo permitido é de 20% da espessura nominal, limitando-se a 1,6 mm. Já a API 1104 (2010) determina que esse deslocamento não deve exceder 1/8” (3 mm). Portanto, na fabricação dos dutos testes estas recomendações foram seguidas.
Durante a montagem dos tubos testes foram utilizados gabaritos de espessura 3 mm (chapas) para auxiliar como ajuste fino do espaçamento entre os chanfros e foi desenvolvido uma cinta para evitar a falha de paralelismo das seções dos tubos envolvidas, conforme visto na Figura 36.
A cinta desenvolvida foi fabricada por calandragem de chapa com dimensões 610 x 50 mm e 1/8” de espessura. Gabaritos triangulares localizados no centro da cinta, sendo no total 4 chapas de 3 mm espaçadas de 90 graus, com função de acomodar os tubos na posição vertical e auxiliar o ajuste do parâmetro de espaçamento entre os chanfros, foram fixados por solda. Com o auxílio de um parafuso a pressão é ajustada de maneira que as superfícies externas dos tubos se mantém colineares durante o ponteamento dos “cachorros” por soldagem GMAW.
(a) (b)
Figura 36. Ponteamento por solda dos cachorros: (a) detalhes dos gabaritos utilizados; (b) detalhe do parafuso utilizado para ajuste da pressão da cinta e do tubo contendo o revestimento
A fonte de soldagem de multiprocessos da fabricante Miller de modelo PipePro 450 RFC foi utilizada para pontear os “cachorros” por soldagem semiautomática. Como parâmetros usados durante a soldagem, utilizou-se o processo de soldagem convencional, arame ER70S-6 de 1,2 mm de diâmetro, velocidade de alimentação 3,5 m/min, tensão de 18,5 V, Indutância 40%, gás de proteção Ar+25%CO2 com vazão de 15 l/min e ajustes da fonte com programa “MIG”, “STL”, “E70”, “size 0,045”.
De acordo com a API 1104 (2010) as superfícies a serem soldadas devem ser lisas, uniforme, livres de escória, graxa, tinta e outros materiais prejudiciais que possam afetar adversamente a soldagem. Nos ensaios de enchimento, notou-se a importância da retirada do revestimento. Caso contrário, há a geração de porosidades e perda de qualidade da junta soldada. Portanto, após a montagem do tubo testes é necessário a retirada do revestimento anticorrosivo que os envolvem.
Para minimizar o tempo de fabricação optou-se por retirar o revestimento com auxílio de uma lixadeira em conjunto com discos flap de 115 mm e Gr 40 para lixadeira, embora poderia ser retirado utilizando soluções químicas como por exemplo o Dioxano ou o Diclorometano. Os tubos testes finalizados podem ser visualizados na Figura 37.
Deve-se destacar que, para a execução do passe de enchimento, a retirada do revestimento é de suma importância. Caso contrário, há a geração de porosidades e perda de qualidade da junta soldada.
50 mm
50 mm
Figura 37. Tubos testes montados