Geral

A exploração de petróleo e gás em regiões marítimas cobertas, criando um novo ramo industrial de tecnologia a offshore.

Este termo abrange todas as atividades de pesquisa, exploração e transporte de recursos minerais. As áreas clássicas de offshore são o golfo do México, Lago de Maracaíbo, Mar Negro, Mar Vermelho, Golfo Pérsico e a costa da Califórnia. Recentemente o Mar Egeu, Mar do Norte na costa da Austrália, Alaska, Brasil, Nigéria, área da Indonésia, Malásia e da área do mar de Bombaim tornaram- se regiões de offshore (Figura 1).

A primeira perfuração offshore, na acepção que usamos hoje, foi bem sucedida em 14 de novembro de 1947 no campo de navio cardume em frente à costa da Louisiana. A perfuração foi executada a partir de uma plataforma de aço feita no mar com uma coluna de água de 10 m. Hoje em dia, as plataformas de perfuração estão situadas em áreas coluna de água superior a 400 m.

Projeto

Embora nos últimos anos grandes plataformas foram construídas de concreto (por exemplo Statfjord C, Brent B) a construção offshore feita de aço é o projeto mais usual. 

Como já foi mencionado anteriormente geralmente o termo “Offshore ” não tem definição exata.

Teoricamente é possível nomear cada construção que não é para utilização nas margens, as sobre o mar, construção offshore. 

Isto é, por exemplo, um navio, um oleoduto, ou qualquer outra estrutura usada sobre o mar.

A seguir, vamos discutir em primeiro lugar as plataformas offshore, porque eles têm alguns itens especiais que são muito interessantes para a soldagem.

As estruturas offshore fixas são construções que consistem geralmente em tubos. Os nós são os elementos de tubos de ligação entre as colunas principais e as cintas transversais.

A Construção de Estruturas semiflutuantes é similar a construção de navios (placas ortotrópicas) e estruturas tubulares, a estrutura fixa (no fundo do mar) é, em geral construído de um tubo puro.

Devido à constante Influencia das forças das ondas e das direções alternadas dos ventos a construção das estruturas são fabricadas considerando o aspecto

Considerações Gerais antes da Fabricação.

Para a Fabricação de estruturas Offshore de um cliente o escritório de engenharia deve submeter a uma especificação técnica. Esta especificação Técnica descreve os requisitos para a fabricação e, portanto, para o contrato (revisão de contrato) e da proposta.

Devido aos aspectos de segurança e exigências do cliente (empresas petrolíferas) e garantia das empresas, as especificações técnicas referem-se a normas nacionais e internacionais e, em alguns casos se exigem muito mais.

Algumas normas para estruturas Offshore são mencionadas a seguir:

[1] – Vorschriften und Richtlinien des Germanischen Lloyd, Bd. III Meerestechnik, Teil 2   Offshore-Bauwerke Bd. II Werkstoff- und Schweißtechnik.

[2] – American Bureau of Shipping, Rules for Building and Classing Offshore Installations, pt. I, “Structures,”New York, 1983.

[3] – American Petroleum Institute API RP2A, Planning, Designing, and Constructing Fixed Offshore Structures, 15th ed., Dallas, 1984.

[4] – British Standards Institute, BS 6235, Code of Practice for Fixed Offshore Structures, London, 1982.

[5] – Bureau Veritas, Rules and Regulations for the Construction and Classification of Offshore Platforms, Paris, 1975 (with amendments and additions no.1, August 1982).

[6] – Det Norske Veritas, Rules for the Design, Construction, and Inspection of Offshore Structures, Oslo,1977 (rpt. 1981).

[7] – Norwegian Petroleum Directorate, Regulations for the Structural Design of Fixed Structures on theNorwegian Continental Shelf, Stavanger, Norway, 1977. (under revision, 1986).

Já durante a fase de construção e os requisitos de soldagem, que são fixados na especificação técnica devem ser cuidadosamente verificados.

Os seguintes pontos devem ser considerados em particular:

 – Que tipo de material tem que ser usado?

 – Que tipo de Certificados de material da EN 10204 é necessário e que tipo de testes no material é necessário?

 – Como é organizado a rastreabilidade do material? (Quem é o responsável pela transmissão e marcação?)

 – Que processos de Soldagem são autorizados?

 – Que tipo de qualificação de soldadores é necessário? (Qual o padrão a ser aplicado?).

 – Qual a necessidade da especificação e procedimento de Soldagem (EPS) e quantas aprovações e registros no procedimento (RQPS) é preciso para qualificá-los?

 – Quem é autorizado a realizar os ensaios de END. (Que tipo de qualificação especial é necessário para END?).

 – É necessário procedimento de reparo em caso de detecção de falhas?

 – Quais são os requisitos para a realização da documentação?

 – Particularmente para afirmar a condição do RQPS é necessário verificar cuidadosamente a especificação sobre a faixa de aprovação e conseguir um único pedaço para o teste.

A grande mudança dos regulamentos e normas para a aprovação de procedimentos de soldagem como, por exemplo, EN 288-3 lhe faz obedecer a algumas regras adicionais.

Por exemplo.

 Se o teor de carbono (C) no material de base for superior a 0,02% ou o valor do Carbono Equivalente (Ce) for maior que 0.03% será necessário um novo WPAR.

– Os Ângulos para a preparação do cordão de solda estão limitados de 10 a 20% em relação aos valores de teste.

 A abertura de raiz no caso de um único passe de solda é limitada de 0 a 3mm.

 A abertura de raiz no caso de soldagem pelos dois lados é limitada de até 2 a 4 mm.

 No caso de soldagem de tubos com diâmetro da corda (membro principal) e do diâmetro do limite de variação do reforço aprovado é: do/d₁ (produto) e do/d₁ (peça de teste).

Material Base:

Para a fabricação de estruturas offshore em princípio todos os aços soldáveis com uma resistência de 235 N/mm² e valores de impacto de 27 J min. e 0° C eram usados

O tipo de aço necessário depende do tipo de construção, do peso por área de operação e problema de proteção contra corrosão.

A escolha é feita com referência de padrões nacionais e internacionais como API, BS, EN, etc. no passado um aço com boa soldabilidade como S 355, J2G3 ou aços para construção naval de acordo com as normas GL, LR, or DNV (Det Norske Veritas) muitos deles eram usados em estrutura Offshore, hoje em dia os aços com grãos finos e normalizados termicamente torna- se cada vez mais populares

No caso dos aços com grãos finos tratado termicamente tem a vantagem dos baixos valores de CE combinado com elevada resistência e boa ductilidade sendo a razão da sua popularidade.

Para a tubulação em toda a área marítima (por exemplo, oleodutos ou gasodutos de campo) mais e mais os aços Duplex, por exemplo, (e.g. 1.4462) são usados. Esse tipo de aço tem uma resistência à corrosão muito boa combinada com elevada resistência e é, portanto, apropriado para o uso no mar.

Exemplo para classificação e designação de aço de alta resistência para a construção naval com regras da Germanischer Lloyd

Desde dezembro de 1994 um projeto de norma para aços no mar foi publicado. Este padrão é

De acordo com as normas DNV (Det Norske Veritas) os aços para offshore estão classificados em três grupos

I: Aços para requisites especiais

Este aço é usado para as partes da estrutura onde é necessária uma boa ductilidade. Por exemplo, nós de tubos, junções de vigas e armações e conexões entre plataforma e revestimento.

Existem áreas importantes para a estabilidade da construção.

O carbono equivalente (Ce) desses materiais é limitado a 0,45

Para aços especiais há a necessidade de realizar ensaio de ultra- som (UT) para evitar descontinuidades de laminação.

II: Aço 1. Ordem

Esses aços podem ser usados para peças de estrutura de suporte, por exemplo: Vigas, molduras, colunas, tubos das pernas jaqueta (exceto da área do nó).

Para este aço é necessário um Ce máximo de 0.47 % e também ensaio por Ultras- som.

III: Aço 2. Ordem

Este material é permitido para todas as outras partes da estrutura offshore. O Ce é limitado a 0.50 %.

As normas DNV dividem os materiais de acordo com a força. Os dois grupos são:

– Aços com resistência normal     

– Aços de alta resistência

O limite de escoamento e resistência para um aço normal é de 300 N/mm².

Ruptura Lamelar

Se o material tem de apresentar forças (tensões residuais também) na direção da sua espessura o risco de tensões lamelar tem de ser observada. A ductilidade na direção da espessura pode ser resistente ao ordenar material com número suficiente de acordo com EN 10164 ou pela aplicação de outras soluções mencionados na DASt- guideline 014.

Fabricação

EPS (Especificação de procedimento de Soldagem)

Para os diferentes tipos de soldagem devem estar preparadas. As EPS têm que ser baseadas conforme os procedimentos de soldagem aprovados. Se a aprovação de terceiros for exigida pelo cliente tem que existir a verificação e para evitar quaisquer problemas durante o processo de fabricação, recomenda-se envolver o terceiro (empresa de inspeção) já quando a EPS estiver preparada.

Para soldagem a ponto as EPS também são necessárias. As EPS devem conter requisitos para o comprimento mínimo de soldas ponto. Para reparos de soldagem os procedimentos e especificações especiais são necessários.

Tratamento Térmico

O tratamento térmico geralmente é realizado antes do pré-aquecimento e após a soldagem conforme procedimentos. Por exemplo, para reduzir as tensões residuais o tratamento térmico depende da composição química do material (análise) e espessura da chapa.

A temperatura de pré-aquecimento pode ser calculada por métodos descritos na DVS-guideline 1703, SEW 088 ou outras normas nacionais ou programas de computador. Se o material possui uma análise muito especial, ou na condição de entrega do mesmo, recomendam-se discutir o tratamento térmico com o fornecedor DVS-guidelines 0916 (Gás ativo para soldagem de metais de alta liga) e 0918 (Soldagem a arco Submerso de metais de alta liga) podem se utilizar alguns conselhos uteis na norma. Não é geralmente necessário aplicar um processo de alivio de tensões (processo de recozimento). Isso depende da espessura e do estado do componente e deve ser mencionado na especificação ou contrato

Consumíveis

Os consumíveis de soldagem devem ser aprovados para aplicação em estruturas offshore e o tipo de aprovação é dada pelo cliente onde é necessária uma aprovação DNV (Det-Norske-Veritas) ou similar. De acordo com as normas da DNV, para soldagem, é necessário utilizar eletrodos ou fluxos com um baixo teor de hidrogênio (max. 5 ml/h)

Em cada 100 g de metal de solda depositado em um aço de alta resistência é aplicado um carbono equivalente máximo de 0.41%.

Esses, em sua maioria são consumíveis puros, tipos básicos e tem de ser armazenados e ressecados observando as normas do fornecedor.

Preparação de soldagem por Costura.

Antes de soldar, a preparação da solda tem que ser adequada e a preparação das juntas de solda têm que ser verificados. Depois as chapas ou tubos devem ser preparados para o teste de partículas magnéticas (PM) em suas superfícies soldadas. Se forem detectadas descontinuidade deve ser realizado um ensaio de Ultra- som (US) para se obter informação sobre a extensão de laminação

De acordo com a norma DNV o desalinhamento está limitado a 10% da espessura da chapa ou em geral no máximo 3 mm

Se a diferença na espessura das chapas for maior do que 3 mm o material mais grosso tem de ser cortado com uma inclinação de 1: 4

Em particular a preparação de soldagem por costura dos tubos deve ser feita com muito cuidado. As soldas nos nós têm que se encontrar em um maior nível de qualidade. Em alguns casos é necessário cortar a soldagem e reduzir o entalhe ao mínimo para se obter uma boa qualidade. Particularmente retenções não são permitidas.

Muitas vezes os nós são fabricados como subgrupos separadamente e o resto da soldagem da estrutura é realizada no local. Esta forma de fabricação tem a vantagem de lidar com as partes mais importantes da montagem na fábrica, sob condições otimizadas e para que um alivio de tensão seja realizado em um forno se for necessário.

No local é necessário apenas pontear as peças restantes. Todas as soldas estruturais têm que ser penetração total. Se possível devem ser soldadas por ambos os lados. Soldagem com tiras de apoio (aço, cobre ou cerâmica) devem ser autorizados pelo cliente e mencionado no desenho ou outros documentos relevantes.

Se possível tubos devem ser projetados colocando o tubo menor através da espessura maior.

A Designação dos processos de soldagem de acordo com as abreviaturas americanas é:

SMAW pág.111

GMAW pág. 135

FCAW pág. 136

D1: Conexões tubulares T, Y, K para estruturas de aço: Conjunto de soldas de penetração total.

Ensaios não-destrutivos de juntas de soldadas

A extensão de END das juntas soldadas de estruturas offshore é dada na especificação do projeto. A informação necessária é dada por meio de instruções escritas, em tabelas ou nos desenhos. Em alguns casos especiais as informações necessárias são fornecidas nos desenhos END.

Um END que se faz a mais é:

– Ensaio Visual (100%)

– Teste Radiográfico (RX)

A partir de 10% a 20% por exemplo um filme em cada extremidade de uma costura longitudinal de tubos.
Solda de costura 10%.
Soldas de partes principais da estrutura tem de ser testada 100% por RT ou UT.

– Teste de Ultra- som (US):

dependendo da parte da estrutura a partir de 20% a 100%.
Não é necessário fazer RX e US das soldas idênticas, mas US pode compensar uma RT em alguns casos.

– Teste por partícula magnética:

Todos os cordões de solda da estrutura sujeitos a carga 100%

Todos os procedimentos de END têm que seguir as especificações do procedimento aprovado.
É necessário fixar o momento do teste, por exemplo 48 horas depois de término da última solda.

Estudo de Caso

Tarefa: Para a estrutura de carga de uma plataforma de perfuração (jaqueta) existem os seguintes problemas a serem discutidos.
A parte real da estrutura deve ser o tubo mostrado na figura 9, 10 e 11.

– A escolha correta do material de base
– Escolha dos processos de soldagem
– Preparação correta da solda 
– Ensaios não-destrutivos antes da soldagem
– Procedimentos de soldagem e WPS
– Tratamento Térmico
– Ensaios não-destrutivos das soldas

Extrações Originais de uma especificação de projeto são apresentados para cada tema.

Layout Geral da Plataforma

Rendimento min força. 300 N / mm ²
(aço de alta resistência conf. com as regras da DNV, aço para requisitos especiais > Ce max.% = 0,45)
Aço grau I
– Especificação de projeto para este assunto:

Título do Documento: Fabricação de aço estrutural

Tabela 5.3 Temperatura Impacto ° C

Escolha de processos de soldagem

Para todos os três cordões de solda, é possível utilizar processos de soldagem diferentes. Deve ser discutido qual é a solução mais adequada e mais eficiente.

Os seguintes pontos devem ser considerados.

– Quais os processos são permitidos acc. com a especificação do projeto.
– Quais os processos que sejam possíveis dadas as condições de fabricação, por exemplo, condições climáticas, local ou oficina de fabricação, utilização de manipuladores de plataformas giratórias a.s.o,
– Acessibilidade da face de raiz (incluído ângulo da preparação de solda).
– Limitar o número necessário de Qualificações de procedimento e testes de aprovação do soldador.
– Aspectos econômicos.

Processo de Soldagem permitido conforme a especificação do projeto:

Processos de Soldagem
Trabalhos de soldagem devem ser realizado utilizando:

Shielded Metal Arc welding (Eletrodo Revestido)          (SMAW)

Gás Tungstênio Arc Welding (TIG)                                (GTAW)

Gás Metal Inert/Active Arc Weld (MIG/MAG)                 (GMAW)

Submerged Arc Welding (Arco Submerso)                    (SAW)

Flux Cored Arc Welding (Arame Tubular)                      (FCAW)

Outros processos estão sujeitos à aprovação especial.

Consumíveis de Soldagem

A contratada deverá estabelecer um procedimento para manter o controle adequado de todos os consumíveis de soldagem de acordo com requisitos apresentados nesta seção.

Detalhes da preparação da solda

Ensaios não destrutivos antes da soldagem

A especificação do projeto fornece os seguintes requisitos:

6.7 Preparação e ajuste dos chanfros de solda

6.7.5 Preparação de chanfro para solda de aço Grau I e II deve ser examinada quanto a trincas ou laminações usando inspeção por partículas magnéticas. No caso das indicações, os materiais devem ser examinados por ultrassom, laminações para uma distância de 75 mm a partir de todas as arestas de corte que serão incorporadas nas soldagens de acordo com a secção 9.3.2 da presente especificação. Altura do Eco não deve exceder 50% da curva de referência.

6.7.6 Aços Grau I e II, onde são utilizadas soldas de penetração total, e que serão postos à prova em sua direção, espessura de laminação deve ser examinado por ultrassom para locais de laminações de acordo com a seção 9.3.2 desta especificação. A área de solda + 75 mm da região dedo de solda deve ser verificada. Altura do Eco não deve exceder 50% da curva de referência.

Tratamento térmico
Pergunta: Quais as juntas têm de ser tratadas termicamente e como o tratamento térmico deve ser feito?
A especificação do projeto fornece os seguintes detalhes:

Tratamento térmico pós-soldagem

Requisitos Gerais

Tratamento térmico pós-soldagem é necessário quando é especificado nos desenhos aprovados e normalmente, para juntas soldadas com espessura de parede nominal superior a 50 mm, (para espessura de referência ver fig. 6,2), a menos que a resistência à fratura seja suficiente pode ser documentado na condição como soldado.

Qualificação de Procedimento e teste

Quais as qualificações de procedimento têm que ser feitas?

Para a escolha dos procedimentos apropriados algumas coisas devem ser consideradas:

– Processo de soldagem (incluindo o metal de adição).
– Material base
– Posição de soldagem
– Preparação da junta soldada
– Espessura da chapa

Ensaios não-destrutivos de cordões de solda
Que ensaios não destrutivos têm de ser realizado nas juntas 1 a 3?
A especificação do projeto requer o seguinte (Inspeção categoria A)

Notas:

Geral: Spot: teste de aproximadamente 5%

a) Um filme em cada extremidade para soldas longitudinais tubulares (incluindo tubulações de nós e topos)
b) Para as soldas circulares teste radiográfico 100%
c) Testes de ultrassom e radiografia não deve se sobrepor. No entanto, as imperfeições em soldas de topo detectados por testes de ultrassom deve também ser examinada por exames radiográficos.
d) Aplica-se em todas as soldas de penetração total e soldas de penetração parcial, com espessura de garganta superior a 12 mm.
e) Teste de ultrassom para baixo e incluindo espessura da chapa 10 mm.
f) Extremidade soldadas significa soldagem de seções principais e os membros onshore e offshore devido às sequências de fabricação e condições de trabalho.
g) Juntas – T = Soldas de penetração total do sulco.

Esse texto foi traduzido por alunos da fatec-sp
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