tecnolgia evolutiva dos consumÍveis de soldagem ivan de vargas fichel amauri guimarães semana...

TECNOLGIA EVOLUTIVA DOS CONSUMÍVEIS DE

SOLDAGEMIvan de Vargas Fichel

Amauri GuimarãesSemana Tecnológica - CTS Solda

1 – BREVE HISTÓRIA DA SOLDAGEM

2 – PROCESSO DE FABRICAÇÃO TRADICIONAL

3 – O HIDROGÊNIO

4 – O HIDROGÊNIO NA SOLDA

5 – O DESAFIO

6 – A SOLUÇÃO

7 – O PRODUTO

8 – ENSAIOS DE VERIFICAÇÃO

9 – HOMOLOGAÇÕES

10 – AS VANTAGENS PARA O CLIENTE

11 – CLIENTES / OBRAS

Semana Tecnológica - CTS Solda

1 - Breve História da soldagem

•Segundo pesquisas, há aproximadamente dois mil anos, a soldagem por forjamento foi descoberta.

•No século XIX, surgiu a soldagem por arco elétrico e no século XX a soldagem TIG, MIG, MAG, entre outras. Atualmente existem cerca de 50 processos usados industrialmente.



Podemos traçar uma linha do tempo com relação a soldagem no mundo:Pré História Idade – Media → Soldagem por Forjamento· 1809 → Arco Elétrico · 1885 → 1° Patente; · 1904 → Eletrodo Revestido; Oscar Kejllberg· 1926 → TIG; · 1948 → MIG; · 1953 → MAG; · 1954 → Arame Tubular; · 1957 → Plasma e Feixe Eletrônico; · 1960 → Laser; · Atualmente → Mais de 50 processos usados industrialmente.





Equipamento “portátil” para solda oxi acetilênica usado para soldagem de tubulação em 1911...

O processo de soldagem com eletrodos revestidos (SMAW) foi desenvolvido no início do século XX.Nesse processo a união é obtida pela fusão localizada através do aquecimento por um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo revestido consumível e a peça. Mesmo sendo um processo de soldagem de menor produtividade quando comparado a soldagem MIG/MAG (GMAW) e com arames tubulares (FCAW) ele continua sendo, na atualidade, uma alternativa interessante em operações de fabricação e manutenção. Esse fato está associado, principalmente, a sua versatilidade.Oscar Kjellberg foi um empresário sueco que, como pioneiro na fabricação de consumíveis de soldagem a arco elétrico, é considerado o "pai" do eletrodo revestido.



http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCKT1_9utnMkCFYexkAodHMMDvQ&url=http://www.nwt.se/arvika/an-familj/2014/09/15/arvikasonen-som-blev-vida-kand&psig=AFQjCNFCSOIgiP9rLcHLlnRzuBWLYm_MqQ&ust=1448018038396499

No início do século XX, em 1904, Kjelberg encontrou uma resposta pra uma questão que, na época, corria pelo mundo das indústrias. Com a descoberta do arco elétrico, foram feitas tentativas de se soldar alguns metais, mas como não havia nada pra proteger o arco das reações da atmosfera normal, a solda não tinha sucesso.Kjelberg inovou, utilizando um núcleo metálico revestido que, na queima pelo arco aberto, produzia gases e uma camada de escória que protegiam a solda até que ela se resfriasse sem ser prejudicada pela atmosfera. Nasceu assim então, o eletrodo revestido.



https://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCNzqwYeunMkCFcKXkAodHHIM6w&url=https://kaiohdutra.wordpress.com/2011/02/22/soldagem-com-eletrodo-revestido/&psig=AFQjCNGdh4e0bIgCzaNOq2JWbSiubzwDLg&ust=1448018100116639

•O arame é desempenado e cortado , as diversas matérias primas são misturadas a seco e posteriormente é adicionado o silicato e prensadas no arame. •Após a prensagem os eletrodos passam por fornos para que o excesso de água do silicato seja retirado e depois de resfriados são embalados. •Essa rotina de fabricação e tempos valem para todos os eletrodos e todos os fabricantes, variando apenas com o tipo do eletrodo a ser fabricado


2 – Processo de fabricação tradicional


2 – Processo de fabricação tradicionalComo dito no inicio da apresentação Kejlberg inventou (e patenteou) revestir o arame nú com componentes (basicamente minerais) , agregando-os no arame. Para essa finalidade se utiliza uma “cola” chamada silicato (sódio ou potássio), dependendo do eletrodo.

A idéia revolucionou a solda, podendo ser utilizado basicamente o mesmo tipo de arame e ao mudar a composição do revestimento se obtém as ligas para se soldar as diferentes famílias (rutílicos, celulósicos, básicos ou oxidantes).Mas o processo sempre se deparava com o problema:

A UMIDADE


2 – Processo de fabricação tradicionalAo agregar o silicato ( base água ) ao revestimento, se agregava também H (H2O do silicato).

Ao passar nos fornos, o eletrodo é seco , porém se o fabricante seca demais o eletrodo o revestimento se torna frágil e se solta da alma, se seca pouco o alto teor de umidade ainda restante no revestimento compromete a soldabilidade devido a decomposição da água em Hidrogênio.


3 – O HIDROGÊNIO:

O Hidrogênio ( H ) possui características únicas:

É primeiro elemento da tabela periódica

É muito reativo e de grande presença no universo na forma diversos compostos.

É o menor átomo da tabela periódica


3 – O HIDROGÊNIO:

http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCIGilPW-nMkCFZM-kAodttgILQ&url=http://www.centrodemidias.am.gov.br/dmdocuments/L%C3%ADngua%20Portuguesa%20%20Aula%2026%20-%209%20Ano%20Aula-Percurso%20Livre.pdf&psig=AFQjCNFdnd_aZax7QG5Fh6h-BGB-n2S9_A&ust=1448022635727300


3 – O HIDROGÊNIO:O Hidrogênio é o elemento mais abundante do universo e é o elemento básico de toda e qualquer estrela. Cerca de 90% dos átomos presentes no universo são átomos de Hidrogênio.Não é possível encontrá-lo na forma de átomo isolado na natureza. Além de participar da composição de várias substâncias, ele pode ser encontrado na sua fórmula molecular H2 e o composto mais comum de se encontrar o Hidrogênio , como sabemos, é a água - H2O.Keljberg quando inventou o eletrodo revestido o principal composto do revestimento era a Cal hidratada. Esse revestimento proporcionava a proteção contra o Oxigênio e o Nitrogênio altamente prejudiciais ao metal de solda. Passados alguns anos a grande inovação foi o desenvolvimento dos eletrodos Básicos que alem de terem uma ação de limpesa das impuresas do metal base, também reagia com o hidrogênio proveniente da atmosfera e do proprio revestimento (silicato), mantendo o seu teor em niveis bem baixos.


4 – O HIDROGÊNIO NA SOLDA:A tentativa de Kjelberg foi proteger a poça de fusão do oxigênio e do nitrogênio presente na atmosfera, e conseguiu com grande êxito, mas ainda faltava a proteção contra o hidrogênio.

Por ser o menor átomo conhecido, ao ser exposto ao calor intenso, o H difunde-se pelo metal depositado e depois de resfriada e levemente aquecida ele escapa provocando a e temida “TRINCA POR HIDROGENIO”.

Na maioria das vezes, a trinca só pode ser detectada com a execução de testes e ao raio X, com várias características, podendo ocorrer em varias situação, interna ou externamente como na figura:

http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCLXP5uXCnMkCFUmzkAodrqoPHw&url=http://www.ebah.com.br/content/ABAAABA50AE/termos-tecnicos-soldagem?part%3D3&psig=AFQjCNHNa0UDynha-xobMs4VZ3b-7IB68A&ust=1448023667971586


4 – O HIDROGÊNIO NA SOLDA:

O Hidrogênio, após o resfriamento do cordão e posterior aquecimento (40°C) ele sai da estrutura cristalina do metal deixando em aberto a rede cristalina.

Esse fato resulta na conhecida TRINCA e quando a quantidade de hidrogênio é acima de 8 ml/100gr de metal depositado ele borbulha no metal ainda líquido e forma o PORO:

http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCIO65MbSnMkCFZKZkAoda7kM5g&url=http://www.cesec.ufpr.br/metalica/patologias/images/&psig=AFQjCNHtGCZP8Q-kqEtE1j79jqnbunvMYw&ust=1448027912956035


4 – O HIDROGÊNIO NA SOLDA:

O Hidrogênio, após o resfriamento do cordão e posterior aquecimento (40°C) ele sai da estrutura cristalina do metal deixando em aberto a rede cristalina.

Esse fato resulta na conhecida TRINCA e quando a quantidade de hidrogênio é acima de 8 ml/100gr de metal depositado ele borbulha no metal ainda líquido e forma o PORO:

A principal fonte do hidrogênio é a água. E boa parte dela é proveniente do Silicato usado como aglomerante do revestimento. Como o eletrodo tem que passar por um rigoroso processo de secagem na fábrica, ele se torna altamente higroscópio, ou seja tende a re absorver a umidade presente no ar.Por esse motivo que os usuários s tem que passar os eletrodos pelo processo de re secagem e manutenção em estufas antes do seu uso


5 – O DESAFIOFeitas as constatações acima, o problema era simples, CRIAR UM ELETRODO COM AS MESMAS CARACTERÍSTICAS, porém SEM silicatos.

Problema simples, mas sem solução até então.


5 – O DESAFIOEm reunião com a PETROBRAS Bacia de Campos, os engenheiros da estatal expuseram seus problemas em ter suas soldas extremamente afetadas pela umidade, notadamente as feitas nas plataformas e onshore na costa, pois 98% do petróleo brasileiro esta literalmente dentro d’água.

O tratamento dos consumíveis é extremamente caro e difícil, devido as condições severas , principalmente na situação offshore.

Foi então lançado o desafio de ser desenvolvido uma forma de fabricação e utilização de um eletrodo, diferente da inventada por Kjelberg.


6 - A SOLUÇÃO:Pesquisas efetuadas pela UFMG indicaram na época a viabilidade técnica do emprego, na soldagem subaquática molhada, de eletrodos rutílicos onde o aglomerante tradicional (silicato) foi substituído por polímeros.

A utilização dessa nova tecnologia permitiu a obtenção de eletrodos com revestimento resistente à água.


6 - A SOLUÇÃO:Essa foi a base da pesquisa para se chegar ao eletrodo para soldagem ao ar, com as mesmas características de impermeabilidade. Era sabido que não se utilizando silicato na fabricação se eliminaria o problema de agregar também água, consequentemente Hidrogênio. Além do problema de se conseguir desenvolver um polímero que substituísse o silicato (mantidas as premissas de produtividade na fabricação) o eletrodo tinha de depositar o mesmo aço classe 7018, mantidas as propriedades mecânicas dessa classe, e que fosse “amigável” ao soldador. Após anos de pesquisa o grupo de engenheiros da ELBRAS desenvolveu, patenteou e iniciou a fabricação do primeiro eletrodo que se tem notícia no mundo, produzido de uma forma diferente da que o Eng Kelberjg tinha inventado. Com uma característica a mais: Se o eletrodo não levava silicato na sua composição, não continha água, se não continha água não necessitava de fornos para sua produção, ficando assim o fluxograma de fabricação:


6 - A SOLUÇÃO:No fluxograma fica evidente os ganhos na fabricação: - Eliminação da adição de silicato,- Tempo de secagem extremamente reduzido,- Rapidez no fluxo. Dessa forma, utilizando-se a ideia da tecnologia dos eletrodos subaquáticos, foi inventado um eletrodo mais rápido se ser fabricado, praticamente ao mesmo custo, com as mesmas características de impermeabilidade. Se um produto não usa forno na sua fabricação, não é consequentemente hidroscópico, ou seja, se a água do produto não foi retirada “forçadamente” via calor, ele não tem a necessidade de absorver a água ambiente para voltar ao seu estado natural. Como o eletrodo desenvolvido tem um revestimento impermeabilizado ele não é hidroscópico e portanto não absorve a água em suspensão no ar, dispensando as estufas de ressecagem e armazenagem.


6 - A SOLUÇÃO:Alem dessas vantagens, por utilizar um polímero, as varetas antes frágeis no revestimento, possuem uma resistência mecânica nunca vista anteriormente:


6 - A SOLUÇÃO:Com tamanha inovação em mãos, a empresa patenteou essa nova forma de fabricação e utilização de eletrodos. Abaixo a patente internacional:


7– O PRODUTO:

A seguir explanaremos um pouco mais tecnicamente o produto.

Por sugestão da PETROBRAS batizamos e eletrodo como BR H4R.

BR : Todos os eletrodos da ELBRAS começam com BR

H4: Menor nível de hidorgênio especificado pela AWS

R: Resistente a umidade.


8– ENSAIOS DE VERIFICAÇÃO:Sendo um novo eletrodo onde seria queimado um polímero, vários cuidados e testes foram realizados para garantir um produto que pudesse ser usado com segurança.

A análise microscópica do metal depositado mostrou uma grande quantidade de ferrita acicular, o que preve altas resistencias mecânicas


8– ENSAIOS DE VERIFICAÇÃO:Com essa espectativa foram realizados os ensaios de tração e impacto.

Tração:


8– ENSAIOS DE VERIFICAÇÃO:

Resitencia mecânica 677,9 MPa

Limite de escoamento554,3 MPa

Alongamento 29,1 %

Norma 490 MPa

Norma 400 MPa

Norma 22%

Como pode ser verificado os valores obtidos foram muito acima dos exigidos pela norma AWS.


8– ENSAIOS DE VERIFICAÇÃO:Impacto:

Corpos de provas para ensaio de impacto


8– ENSAIOS DE VERIFICAÇÃO:Impacto:(- 30oC)

(- 45oC)Energia absorvida a -30o C = 68 J

Energia absorvida a -45o C = 50 J

Norma 27 J

Norma 27 J



Os ensaios seguintes seriam os de hidrogênio difusível. Estes testes foram realizados nos Estados Unidos pelo EWI – Edison Welding Institute e em duas situações:

1 -Como recebido

2 - Após exposição em camara climática com temperatura de 30°C e 80% de umidade relativa.



Como apresentando acima, os resultados do hidrogênio difusível se mantem inalterado mesmo após a exposição a umidade.

Vale salientar que estes testes tabém são definidos pela norma AWS.


8– ENSAIOS DE VERIFICAÇÃO:O ultimo teste a ser realizado seria quanto aos fumos de soldagem. Teriamos que verificar se não haveria nenhum constituinte nesses fumos que pudessem tornar o uso inseguro. Esses ensaios também foram realizados no EWI.

Os resultados apresentaram que nenhum elemente presente nos fumos era diferente dos eletrodos convencionais. Ou seja, teria que usar os mesmos EPI´s e cuidados dos eletrodos convencionais.


9– HomologaçõesO H4R é certificado ABS , BV e FBTS sendo o único eletrodo classificado na categoria H4R nacional.


10 – A ECONOMIA PARA O CLIENTE:As vantagens para o cliente:

Aqui também fica evidente a vantagem para o cliente, sendo as principais:

-Eliminação do investimento em estufas,

-Eliminação de perdas,

- Redução de custos ( energia ) e tempo ( controles ).


10 – A ECONOMIA PARA O CLIENTE:Economia de energia para secagem e manutenção

Eletrodos ConvencionaisSecagem: 293 KwH/ano*Manutenção: 96.768 KwH/ano**

Eletrodos BR-H4RSecagem e Manutenção: 0 KwH/ano

Economia R$ 42.700,00 /AnoNão considerado custos de mão de obra, controles, investimentos em estufas etc.

* Secagem : 5.6 Kw carregado com 500 Kg Durante 2 horas** Manutenção: 5,6 Kw carregado com 500 Kg durante 24 horas 30 diasConsiderando consumo de 1.000 Kg/ mes


10 – A ECONOMIA PARA O CLIENTE:Economia de energia na soldagem

Considerando o E7018, 3,25 mm com uma taxa de deposição de 1.09Kg/h (de acordo com a FBTS)Eletrodos ConvencionaisTensão: 24Volts e Corrente: 130AConsumo(12.000 Kg/Ano): 34.350 KwH/anoEletrodos BR-H4RTensão: 24Volts e Corrente: 110AConsumo(12.000 Kg/Ano): 29.060 KwH/ano

Diferença = economia 5.290 Kw /Ano

R$ 2.325,74 / AnoConsumo = 12,000 Kg/1.09 Kg/h x Amps x 24Volts x 0,44 R$/KwH


10 – A ECONOMIA PARA O CLIENTE:


11 – Clientes / ObrasA carteira de obras e clientes do H4R Abrange todos os segmentos, metal mecânico, óleo e gás, hidroelétricas, etc.


11 – Clientes / Obras

O Eletrodo H4R está presente na maioria das grandes obras em todo o Brasil


Muito obrigado!!!!

Ivan de Vargas Fichel [email protected].: (31) 9 8791-1113Amauri Guimarã[email protected].: (22) 9 9896-3799

www.elbras.com.br

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