Resumo: Este trabalho destaca como as condições particulares dos tubos influenciam a
sua soldagem, diferenciadamente do que ocorre com outros componentes estruturais
unidos por solda. Tubos de aço são componentes usualmente unidos através de operações
de soldagem. Apesar de ser bem nítida a influência da composição química no
desempenho da solda, outras condições menos lembradas, como a posição de soldagem,
tipo de acoplamento, espessura e geometria das peças a serem unidas, podem ocasionar
sérios problemas de desempenho imediato ou futuro da junta soldada. Para realização
deste trabalho, foram consideradas a experiência teórica e prática dos autores para revisar
os principais pontos na execução da soldagem de tubulações novas ou em linhas já
existentes.
Palavras-Chave: Soldagem; Tubos; Propriedades Mecânicas; Estrutura; Aços.
Área de conhecimento: Exatas.

1. Introdução.
   A soldagem é um método de união localizada de materiais, cujo objetivo básico é
   manter a continuidade das características da união com o restante do componente. O
   processo pode envolver ou não a fusão localizada do material, mas sempre ocorre geração
   de calor e muitas vezes deformação plástica.
   O calor utilizado nas operações de soldagem é dissipado por condução, convecção
   e radiação, conforme ilustrado na Figura 1. Apesar do objetivo básico da soldagem, o aporte térmico e a forma em que este é dissipado introduzem alterações nos materiaisunidos pelo processo de soldagem.

Particularmente nos metais, pode ser gerada uma estrutura metalúrgica
sensivelmente diferente na região da solda e distorções dimensionais no seu entorno. As
principais causas destas duas situações são:

• a alta condutividade térmica dos metais ( de 5 a 500W/mK), que leva à
  maioria do calor da soldagem ser extraído, às vezes muito rapidamente, da
  junta soldada para o restante da estrutura (Figura 1);
• a capacidade de dilatação térmica dos metais ( de 5 a 30µm/mK), que é
  normalmente maior do que sua capacidade de deformação reversível (elástica),
  e que associada a constrições dimensionais geram deformações permanentes
  (plásticas), distorções na estrutura e, mais comumente, tensões residuais.

2 Objetivo e metodologia.
O objetivo do presente trabalho é destacar como as condições particulares dos tubos
influenciam a sua soldagem, diferenciadamente do que ocorre com outros componentes
estruturais unidos por solda.

Para isso, foram consideradas a experiência teórica e prática dos autores para
revisar os principais pontos na execução da soldagem de tubulações novas ou em linhas já
existentes.

3. Desenvolvimento.
   Apesar do surgimento de inúmeros processos de solda automáticos e
   semiautomáticos, a maioria das operações de soldagem ainda é manual. Isso implica em
   uma grande dependência da qualidade das juntas soldadas com a habilidade pessoal dos
   soldadores.
   Infelizmente esta habilidade não é igual entre os soldadores, sendo que alguns
   possuem maior vocação para certos processos e condições (posições) de soldagem do
   que outros. Além disso, esta habilidade também não é constante ao longo do tempo.
   Assim, para garantir a obtenção de uma boa união soldada, minimizando as
   limitações manuais dos soldadores, tornam-se fundamentais três condições para executar
   operações de soldagem, especialmente as que exigem maior responsabilidade:

• Especificação do Procedimento de soldagem (EPS) – documento que descreve
  todas as variáveis e condições essenciais para obter uma junta soldada metalúrgica e
  estruturalmente adequada;
• Quantificação de Soldadores – objetiva validar a capacidade (destreza) dos
  soldadores em executar um procedimento de soldagem;
• Inspeção visual de ajuste e de solda – visam confirmar e garantir que as condições
  da EPS foram cumpridas por soldadores qualificados e que a solda obtida tenha a
  qualidade prevista e necessária;
  Todo procedimento de soldagem é validado em função do processo de solda
  empregado, conforme um código de soldagem (AWS, ASME, API, etc.), aplicável às
  condições de uso final e operação da estrutura. Os testes de qualificação de uma EPS
  enfocam confirmar e garantir a compatibilidade entre os materiais e as técnicas envolvidas
  na soldagem de forma a obter uma união harmônica com o restante da estrutura.
  Uma vez existindo uma EPS validada, através de um Registro de Qualificação de
  Procedimento (RQP), torna-se necessário que os soldadores tenham conhecimento e
  habilidade suficientes para executar o procedimento em questão. Para isso são feitos
  treinamentos e qualificações destes profissionais, para verificar se o mesmo consegue
  executar a soldagem, seguindo todas as variáveis definidas na EPS.
  Além disso, o soldador deve obter uma junta soldada adequada e cuja qualidade
  deve ser atestada, por exemplo, através de ensaios de dobramento ou Raios-X. Caso o
  soldador seja aprovado, no final do processo é emitido um Registro de Teste de

Qualificação de Soldador, que é tão importante para o soldador quanto a Carteira Nacional
de Habilitação (CNH) é para um motorista.
Da mesma forma como os motoristas são qualificados em função do tipo de veículo
que podem dirigir (moto, carro, caminhão, ônibus), soldadores são qualificados em função
do processo de soldagem (exemplos: eletrodo revestido, TIG, MIG/MAG…) e da posição de
soldagem, conforme ilustrado na Figura 2.
O código ASME IX descreve as posições de soldagem em chanfros e filetes, dos
quais, seis tipos básicos de posição de soldagem em chanfros estão ilustrados na Figura 2.
Cada uma destas posições apresenta um grau de dificuldade, cuja quantificação
está indicada na Tabela 1, inferida pela observação direta do desempenho de soldadores
em treinamentos práticos.

Inspeções visuais prévias, no momento e após a soldagem, garantem não só que as
variáveis e condições definidas na EPS sejam seguidas, como também que apenas
soldadores qualificados executem a operação de soldagem. Quando um mínimo de
responsabilidade é exigido de uma junta soldada, esta não pode ser executada sem uma
qualificação prévia e uma inspeção adequada.
Apesar de não ser percebida desta forma, a inspeção de ajuste e de soldagem,
realizadas antes e depois da operação de solda, pode levar a um grande ganho de tempo e
custo nas operações de soldagem. Isso ocorre porque estas etapas evitam desvios no
processo, que são as principais causas de retrabalhos e acidentes, e que podem ocorrer
durante ou após a execução da soldagem.
Neste contexto é importante frisar que tanto o procedimento de soldagem quanto a
qualificação dos soldadores poderão ser refeitas. Isso é particularmente verdade caso
alguma das variáveis essenciais, definidas por norma e abordadas na EPS, foram alteradas ou simplesmente quando, a exemplo da Carteira Nacional de Habilitação, a qualificação do
soldador vencer.

imagem cedida pela empresa ARGONSOLDAS

3.1 Particularidades na Soldagem dos Tubos.
A soldagem de tubos apresenta algumas particularidades em relação à soldagem de
chapas ou de estruturas em geral. A principal diferença é a variação contínua da posição
de soldagem ao longo do diâmetro da junta entre dois tubos, quando a tubulação não está
com o seu eixo na vertical ou quando os tubos estão fixos. Neste caso a posição de
execução da soldagem varia da mais simples (0°) a mais complicada (180°) em uma única
junta, conforme ilustrado na Figura 3.

Sendo assim, muitos soldadores qualificados para a soldagem de chapas,
especialmente nas posições mais simples, não podem se qualificar diretamente para
soldagem tubos sem um treinamento prévio. Como referência desta dificuldade, no centro
de soldagem onde atuam os autores, somente uma pequena parcela (de 5 a 10%), dos
alunos iniciantes em soldagem, consegue desenvolver a habilidade necessária para soldar
na posição 5G (juntas biseladas de tubos estáticos com eixo na horizontal), mesmo após
30 horas de treino prático.
Além da questão da variação na posição de soldagem, existem outras
particularidades, conforme observado pelos autores, que dificultam a soldagem de tubos:

• maiores dificuldades no alinhamento das juntas, que depende não apenas das
  espessuras (como nas chapas), mas também dos diâmetros e da ovalização dos
  tubos a serem unidos;
• menor controle da atmosfera de soldagem na parte interna dos tubos, requerendo
  maiores quantidades de gás de proteção (purga) para evitar defeitos de soldagem;
• dificuldade de acesso da parte interna do tubo para a inspeção visual das soldas e,
  eventualmente, para correções de defeitos;
• grande dependência da operação de soldagem com o diâmetro do tubo, que quanto
  menor, mais complexa é a sua execução prática.
  A Figura 4 ilustra três situações que podem ocorrer ao se alinhar juntas tubulares.
  Devido a maior incidência de desvios no alinhamento das juntas tubulares, torna-se muito
  importante que o posicionamento dos tubos seja muito bem executado. Mesmo assim, é
  comum a prática de “adoçamento” das juntas tubulares, como ilustrado na Figura 5.
  Essa técnica visa manter a máxima continuidade do diâmetro interno dos tubos
  através de uma transição suave. O ângulo do “adoçamento” () é sempre pequeno.
  A norma ASME B31.3, por exemplo, explicita um ângulo de adoçamento de 30°. O
  desalinhamento dos diâmetros externos não é fato geralmente relevante, e normalmente
  um depósito de solda bem feito é suficiente para compatibilizá-los.

Outro grande problema na soldagem dos tubos é o acesso restrito à inspeção do seu
interior. Tubos com diâmetros relativamente pequenos só podem ser inspecionados
visualmente com o auxílio de videoscópio ou boroscópio, que é um dispositivo ótico tubular
que ilumina e permite a inspeção de partes internas de tubos ou em regiões de difícil
acesso, conforme exemplificado na Figura 6 (a).
O dispositivo pode ser rígido ou flexível e está disponível em uma grande variedade
de tamanhos e comprimentos.
A pior situação ocorre quando o defeito é detectado apenas nos ensaios de Raios-X,
pois neste caso há uma grande perda de tempo e recursos na sua correção.
No caso da soldagem de chapas de aço, não importando se grossa (espessura
maior ou igual à 5mm) ou fina (espessura menor do que 5mm) conforme a ABNT NBR
6215 (2011), o acesso visual à raiz da chapa faz com que a geometria deste produto
siderúrgico torne as eventuais correções mais simples de serem feitas.
Para linhas de tubulação, com ou sem costura (ABNT NBR 6215, 2011), quando um
defeito de soldagem é detectado, como, por exemplo, uma falta de fusão mostrada na
Figura 6.b, pouco pode ser feito para corrigi-lo, além de cortar e refazer a junta.

Um erro bastante comum na soldagem de tubulações é a não utilização de chanfros
e, pior, o acoplamento a „seco‟ dos tubos antes da soldagem.
No primeiro caso, a ausência de chanfros é permissível para tubos finos, com
espessuras máximas variando aproximadamente em 3 mm (em função do tipo de metal, do
processo de soldagem e da habilidade do soldador).
Para tubos mais finos, o depósito da solda costuma ser suficiente para uma união
completa, com penetração total da solda, evitando falta de fusão e outros defeitos de
continuidade no lado interno da junta.
Porém a união a „seco‟ de tubulações (sem abertura na raiz), especialmente quando
os tubos não são biselados (chanfrados), é uma prática que prejudica em muito o
desempenho da junta soldada.
Apesar de parecer intuitivo que para unir duas partes o melhor é mantê-las as mais
próximas possíveis, em soldagem o uso deste conceito leva a soldas que não penetram
integralmente na junta, gerando falta de fusão na sua raiz, conforme ilustrado na Figura 7.
No caso de chapas esta descontinuidade pode até ser corrigida, porém em tubos de
pequenos diâmetros isso não é possível.
A soldagem de tubos com diâmetros cada vez menores é mais complicada, pois a
velocidade angular de ajuste do eletrodo ao redor da junta tubular é maior à medida em
que o diâmetro da junta diminui. Se o diâmetro for relativamente grande, da ordem de 24”
(610mm), o processo de soldagem torna-se praticamente similar ao das chapas.
Porém, em diâmetros cada vez menores, especialmente abaixo de 4” (102mm), o
grau de ajuste ao longo do processo de soldagem torna-se cada vez mais crítico, exigindo
cada vez mais habilidade do soldador.
Por isso, a maioria dos acidentes industriais relacionados ao vazamento de produtos
em juntas tubulares ocorrem em tubos de pequenos diâmetros.
Na experiência dos autores, 80% destes acidentes ocorrem em juntas soldadas de
tubos que possuem diâmetros abaixo de 2 polegadas (nominalmente 60,3mm).

3.2 Soldagem em Linhas de Tubulações.
A execução de soldas em linhas de tubulação, para condução de fluídos, também
apresenta certas particularidades em relação ao que ocorre na soldagem de componentes
ou estruturas em chapas. De uma forma geral, podem ocorrer:

• fluxo de gases (ar atmosférico, gases de proteção, outros) cujo sopro na região da
  solda desestabiliza mecanicamente a deposição da solda gerando defeitos diversos
  e, quando ar está envolvido, oxidações e porosidades são formadas;
• tubulações usadas podem estar contaminadas internamente devido à difusão de
  elementos químicos ao longo de seu uso, gases se dissociam e podem introduzir
  hidrogênio, carbono e nitrogênio na estrutura cristalina das tubulações de aço,
  alterando as condições químicas e metalúrgicas do material que está sendo soldado;
• distorções produzidas pelas diferenças de dilatação e contração ao longo do ciclo de
  soldagem, que muitas vezes não podem ser reduzidos por uma prática de soldagem
  diferenciada, como ocorre no caso das chapas;

• conflitos entre as diferentes equipes envolvidas nas operações de soldagem, na montagem ou manutenção de linhas de tubulações.

Tubulações que já foram empregadas em linhas de produtos químicos ou
petroquímicos podem estar contaminadas superficialmente e internamente pelos produtos
ou subprodutos que eram transportados. Contaminações superficiais (tanto da face externa
quanto da face interna) podem e devem ser retiradas através de solventes adequados.
Porém também ocorrem contaminações internas na estrutura dos tubos, por
exemplo de aço. Nitrogênio e carbono podem ser adicionados, especialmente quando
tubos de aço estão sendo empregados na fase austenítica, que apresenta maior
solubilidade destes elementos.
Ao longo do tempo, a estrutura interna do metal do tubo adquire uma maior
concentração destes elementos que geram reações químicas adversas durante a operação
de soldagem, levando à formação, principalmente de porosidades.
Uma prática que reduz este problema é o “amanteigamento” da junta, que pode ser
pelo depósito de um cordão de metal prévio ou simplesmente pelo aquecimento localizado
da junta em temperaturas elevadas. Esta prática tende a remover ou estabilizar os
contaminantes pela indução de reações químicas antes da execução da soldagem final.
De uma forma geral, devido à geometria das juntas tubulares, é pouco provável
desenvolver um sequencial de depósito de solda, que reduza o efeito da distorção
provocado pelo calor envolvido na soldagem (vide Figura 1). A maneira mais prática de
evitar estas distorções se dá pelo intertravamento da tubulação em posições adequadas.
Porém este processo leva ao surgimento de tensões localizadas, que devem ser reduzidas
utilizando-se tratamentos térmicos nestes tubos.
O bom andamento dos trabalhos de soldagem de tubulações, especialmente na
manutenção de uma linha já existente, ocorre pela conciliação e compatibilização das
atividades de diferentes grupos de profissionais.
A perfeita soldagem destas linhas depende de um bom alinhamento (garantidos
pelos encanadores), de um depósito de solda adequado (feito pelos soldadores), da correta
fiscalização das atividades (atribuída aos inspetores de solda) e da demanda de uso da
linha (de interesse direto da equipe de produção).
Nesta situação, um bom planejamento e sinergia entre as equipes envolvidas tornase essencial, assim como a conscientização da importância de se executar um trabalho
adequado. A comunidade dos profissionais bem informada poderá ser capaz de agir
prevenindo e minimizando os riscos tanto pessoais, quanto materiais e suas consequências
ambientais.
Neste aspecto, também deve ser trabalhado o valor emocional para as pessoas,
devido ao impacto negativo de ocasionado por uma catástrofe. Segundo Bindé (2006), o

conhecimento do psicólogo em diferentes campos o permite ao mesmo que possa garantir
o suporte às pessoas, neste caso aos profissionais de soldagem e de montagem das
tubulações, ou seja, o fortalecimento desta comunidade de pessoas. Estas práticas evitam
atrasos e problemas futuros no uso da linha de tubulações.

4. Conclusões.
   A soldagem é um processo de união de materiais que ainda depende da habilidade
   e destreza dos soldadores para ser eficientemente executado.
   A soldagem de tubos possui características particulares, sendo mais complexa do
   que a soldagem de outros tipos de estruturas constituídas por chapas, particularmente por
   que:envolve uma composição de diferentes posições de soldagem à medida que o(a)
   soldador(a) vai executando a soldagem em uma tubulação fixa (não rotativa);maior dificuldade no alinhamento geométrico das juntas (especialmente o interno,
   que é mais relevante)
   • maior dificuldade na compatibilização de distorções geométricas (térmicas)
   • menor controle da atmosfera interna da junta (especialmente em tubulações muito
     longas)
   • dificuldade de observação da parte interna da junta (especialmente em tubulações
     muito longas)
   • vínculo do desempenho da soldagem com o diâmetro do tubo
   • possível presença de fluxos de gases que desestabilizam o depósito de solda
   • possível contaminação do metal base que prejudica a soldabilidade do metal da
     tubulação
   • possível conflito entre as equipes de montagem e de soldagem das tubulações, com
     especificidades na execução do trabalho geralmente incompatíveis

Autores do artigo:

Ivair de Oliveira Ferreira
Engenheiro Mecânico, Mestrando em Engenharia Mecânica
UNISANTA
ivairdoliveira@hotmail.com

Valdete de Lima Ank Morais
Psicóloga e Mestre em Linguística
UNISANTOS e INSPEBRAS
valdete@inpebras.com.br

Guilherme Geada Sampaio
Inspetor de Soldagem Nível 2 (ASME B31.1), Discente do curso de Engenharia de Produção
INSPEBRAS – Praia Grande / UNISA – Universidade Santo Amaro
guilherme@inspebras.com.br

Willy Ank de Morais
Professor do curso de Engenharia Civil e do Mestrado em Engenharia Mecânica
UNAERP Campus Guarujá e da UNISANTA
w.morais@unaerp.br

Artigo na integra: https://www.unaerp.br/documentos/2186-tecnicas-e-cuidados-na-soldagem-de-tubos-aspectos-tecnicos-e-humanos/file