Faça um planejamento para realizar a qualificação de desempenho para a seguinte condição de trabalho:
Material: SA-516 GR60
Faixa de Espessura: abaixo de 5 mm
Processo de soldagem: SMAW;
Eletrodos: AWS E-7018
Tipo de Junta: soldas de topo, acesso pelos dois lados, sem cobre-junta; posições de soldagem: todas;
Pré-aquecimento: sem pré-aquecimento
Tratamento térmico: não requerido;
Requisitos de impacto: não requerido.

Passo 1

O objetivo pedido: elaborar um planejamento para realizar a qualificação de desempenho (qualificação de procedimento e registro de ensaios) para as condições abaixo. Lista completa e clara das informações que você deu:
  • Material: \text{SA-516 GR60}.
  • Faixa de espessura: abaixo de \,5\,\text{mm}.
  • Processo de soldagem: \text{SMAW}.
  • Eletrodos: \text{AWS E-7018}.
  • Tipo de junta: soldas de topo (butt), acesso pelos dois lados, sem cobre-junta.
  • Posições de soldagem: todas.
  • Pré-aquecimento: sem pré-aquecimento.
  • Tratamento térmico pós-solda: não requerido.
  • Requisitos de impacto: não requerido.

Passo 2

O que significa “qualificação de desempenho” e quais documentos vamos gerar (aula rápida e prática):
  • Objetivo prático: provar que um procedimento de soldagem (WPS) aplicado nas condições dadas produz soldas aceitáveis, registrando os parâmetros e os ensaios (PQR).
  • Termos que vamos usar:
    • WPS (Welding Procedure Specification): o procedimento escrito com faixas de parâmetros que o soldador deve seguir.
    • PQR (Procedure Qualification Record): registro dos ensaios executados em corpos de prova soldados com o WPS — contém valores reais de corrente, tensão, velocidade, etc., e resultados dos ensaios mecânicos e NDT.
    • WPQ (Welder Performance Qualification): qualificação do soldador (aqui não pediram, mas é consequência).
  • Por que isso importa: em prova/inspeção o auditor vai pedir o WPS apoiado por um PQR; então nosso planejamento deve garantir que façamos os ensaios necessários e documentemos tudo.

Passo 3

Escolha prática dos parâmetros primários e justificativa didática (por que escolhi isso para a prova):
  • Considerações técnicas importantes para placas finas ( t<5\,\text{mm}):
    • risco de queima (burn-through) e distorção alto se calor for grande;
    • poucas passes desejáveis (idealmente 1 ou 2 por lado);
    • eletrodo \text{E-7018} é de baixo hidrogênio: bom para resistência à trinca; porém precisa armazenamento seco.
  • Escolha de eletrodo e diâmetro (decisão prática):
    • usar \text{E-7018} com diâmetro \varnothing 2{,}5\,\text{mm} (escolha equilibrada para chapas finas — permite bom controle do cordão).
    • justificativa: diâmetro menor facilita controle de calor e evita burn-through em chapas finas; se disponível \varnothing 2{,}0\,\text{mm} também é aceitável.
  • Polaridade: \text{DCEP} (polaridade direta, eletrodo positivo) costuma ser recomendada para \text{E-7018} — melhor penetração controlada.

Passo 4

Projeto de junta e preparação do corpo de prova (o que cortar e por que — passo a passo):
  • Tipo de junta para qualificação (recomendação prática para t<5\,\text{mm}):
    • junta de topo com faces praticamente quadradas (square butt) ou bevel muito pequeno.
    • root opening (folga de raiz): \approx 0{,}5 a 1{,}0\,\text{mm}.
    • ângulo de empenho: usar bevel mínimo (p.ex. 0^\circ a 15^\circ por lado) — a ideia é minimizar número de passes e calor.
    • sem backing (conforme informado) — solda por ambos os lados: primeiro passe de raiz por um lado, depois solda do lado oposto e acabamento.
  • Dimensões do corpo de prova:
    • espessura do corpo de prova: igual à espessura a qual se quer qualificar (para cobrir a faixa até t<5\,\text{mm} faça amostras em ao menos duas espessuras representativas, por exemplo \,2\,\text{mm} e \,4{,}5\,\text{mm}, se possível).
    • comprimento: pelo menos \,300\,\text{mm} para permitir corte de todas as peças de ensaio (tensão, dobramento, macro).
    • quantidade de corpos de prova: mínimo recomendado na prática para um PQR completo: \,3 corpos (um para ensaios destrutivos múltiplos e macro/RT, outro para repetir se necessário) — depois dou um checklist com quantidades e cortes.

Passo 5

Parâmetros de soldagem e controle de calor (fórmula, como calcular, exemplo numérico e como usar em prova):
  • Fórmula de heat input (explicada didaticamente):
    • definimos heat input (entrada de calor) por unidade de comprimento como
    \text{HI} = \frac{V\cdot I \cdot 60}{S \cdot 1000}\cdot \etaonde:
    • V = tensão do arco em \text{V},
    • I = corrente em \text{A},
    • S = velocidade de soldagem em \text{mm/min},
    • \eta = eficiência do processo (para \text{SMAW} usar \eta \approx 0{,}8).
  • Faixa prática de heat input para chapas finas (t<5\,\text{mm}):
    • objetivo: manter \text{HI} baixo — por exemplo entre \,0{,}5 e \,1{,}5\,\text{kJ/mm}.
  • Exemplo numérico (como fazer na prova):
    • suponha V=22\,\text{V}, I=80\,\text{A}, \eta=0{,}8. Para calcular S que dá \text{HI}=1{,}0\,\text{kJ/mm}:
    S = \frac{V\cdot I \cdot 60 \cdot \eta}{1000 \cdot \text{HI}}.Substituindo: S = \frac{22\cdot 80\cdot 60\cdot 0{,}8}{1000\cdot 1{,}0}=84{,}48\,\text{mm/min}.
    • interpretação: essa velocidade é \approx 84{,}5\,\text{mm/min} (pouco mais de 1{,}4\,\text{mm/s}); se você viajar muito devagar aumenta o calor e risco de burn-through.
  • Faixa de corrente típica para \varnothing 2{,}5\,\text{mm} com \text{E-7018}: \,70 a \,90\,\text{A}. Voltagem típica conforme arco: \,20 a \,24\,\text{V}. Registre sempre os valores reais no PQR.
  • Observação prática: em chapas muito finas reduza o diâmetro do eletrodo ou diminua a corrente; prefira passes curtos (stringer beads) e evite oscilações amplas (weaving amplo aumenta calor).

Passo 6

Técnica de soldagem, sequência e cuidado prático em solda dois lados sem backing:
  • Sequência recomendada:
    1. Fazer passe de raiz por um lado — cordão stringer, arco controlado, corrente mais baixa dentro da faixa.
    2. Limpar totalmente escória do E-7018.
    3. Fazer passe do outro lado para completar penetração e aporte de metal de enchimento.
    4. Se necessário, repassar faces para acabamento (mas mantenha calor controlado).
  • Técnicas para minimizar falta de fusão:
    • arco curto, ângulo de trabalho adequado ( \sim 15^\circ a \sim 20^\circ),
    • manter root gap adequado ( 0{,}5 1{,}0\,\text{mm}),
    • não usar pré-aquecimento (conforme seu requisito), mas controlar a energia pelo lado do operador.
  • Controle de interpass: mesmo sem pré-aquecimento, registre temperatura entre passes; se sobe muito, deixe esfriar. Não ultrapassar temperaturas que gerem problemas — para chapas finas costuma-se manter abaixo de \,150^\circ\text{C}, mas como você declarou “sem pré-aquecimento”, anote no PQR que não houve pré-aquecimento.

Passo 7

Manuseio dos eletrodos e preparação (muito importante para E-7018 — aula prática):
  • Armazenamento: mantenha \text{E-7018} em forno de armazenamento a \approx 100 \;150^\circ\text{C} (ver ficha do fabricante). Anote a temperatura e tempo no PQR.
  • Se eletrodos ficarem expostos à umidade, rebake antes do uso (por exemplo \,120^\circ\text{C} por \,1 hora — seguir recomendação do fabricante).
  • Na prova: registre lotes dos eletrodos, condições de armazenamento e se houve recura.

Passo 8

Ensaios a executar para qualificação (o que, por que e como cortar os corpos de prova) — passo a passo didático:
  • Ensaios não-destrutivos (NDT):
    • Inspeção visual completa.
    • Radiografia (RT) ou Ultrassom (UT) do cordão: uma chapa para RT para comprovar continuidade e ausência de descontinuidades internas. Escolha RT se quiser mostrar claramente poros e falta de fusão; UT também aceitável dependendo do procedimento de qualificação.
    • Macro etch (ataque químico) em um corpo de prova para verificar penetração total e formação da raiz.
  • Ensaios mecânicos destrutivos:
    • Ensaio de dobramento (bend test): face bend e root bend (número de espécimes conforme norma aplicável; na prática prepare pelo menos \,2 bend transverse e \,2 bend longitudinal para segurança).
    • Ensaio de tração (tensile): extrair corpo de prova com junta no centro para verificar resistência (registro do tipo de fratura).
    • Dureza (opcional): medir dureza na região de cordão e HAZ, útil se o material ou cliente exigir.
  • Quantidade e cortes (exemplo prático de corte para um corpo de prova):
    • Corpo de prova A (soldado): cortar para RT/macro.
    • Corpo de prova B: cortes para dois ensaios de dobramento (face e root).
    • Corpo de prova C: peça para tração.
    • Portanto, recomendo soldar ao menos \,3 corpos de prova por espessura a qualificar (mais se quiser redundância).
  • Como documentar: cada peça deve ter identificação, posição de soldagem anotada (flat, horizontal, vertical, overhead), parâmetros registrados, e resultados numéricos dos ensaios.

Passo 9

Critérios de aceitação práticos (o que o inspetor vai olhar na prova — expliquei com linguagem simples):
  • Inspeção visual: sem trincas, sem falta de fusão visível, contornos aceitáveis, porosidade localizada dentro do aceitável conforme norma aplicável.
  • Macro: penetração adequada em toda raiz; sem zonas frias notórias; fissão e fusão completas.
  • RT/UT: sem descontinuidades que excedam critérios da norma (ex.: poros longitudinais contínuos, falta de fusão). No planejamento escreva qual classe de aceitação (por exemplo Classe B/C dependendo da aplicação) — se não houver norma específica, combinar com o cliente ou usar AWS/ASME critérios.
  • Bend tests: espécime deve dobrar sem abertura ou trinca significativa na superfície externa (visual e/ou após ataque químico).
  • Tração: o corpo de prova deve atingir resistência mínima requerida pela especificação do material; se fratura ocorrer na região do metal de solda, registrar e analisar — geralmente é aceitável que falhe no metal base desde que resistência mínima seja atingida.
  • Observação prática: como não há requisito de impacto, não é preciso Charpy; mesmo assim registre que “impacto não requerido”.

Passo 10

Elaboração do WPS e do PQR (o que colocar, passo a passo para a prova)
  • O que deve conter no WPS (resumo que você pode reproduzir na prova):
    • identificação do processo: \text{SMAW},
    • eletrodo: \text{AWS E-7018, }\varnothing 2{,}5\,\text{mm},
    • base metal: \text{SA-516 GR60}, espessuras qualificadas: ex.: \le 5\,\text{mm},
    • junta: butt, square, root gap \,0{,}5 1{,}0\,\text{mm},
    • posição: todas (listar: \text{1G/2G/3G/4G/...} ou conforme norma),
    • pré-aquecimento: nenhum,
    • PWHT: não requerido,
    • parâmetros: faixas de corrente \,70 \,90\,\text{A}, tensão \,20 \,24\,\text{V}, velocidade calculada para manter \text{HI} entre \,0{,}5 \,1{,}5\,\text{kJ/mm},
    • posições qualificadas e quaisquer restrições (ex.: apenas diâmetro de eletrodo \varnothing 2{,}5\,\text{mm}).
  • O que registrar no PQR (durante e após ensaios):
    • valores reais de V, I, S, \text{HI}, eletrodos lote, temperatura ambiente, se houve re-bake de eletrodos, sequência de passes, medidas dos corpos de prova, resultados dos ensaios (numéricos e observações).
    • anexar relatórios de RT/UT, fotos, resultados de tração, bend, macro etch.

Passo 11

Cronograma prático e checklist operativo (quanto tempo e responsáveis — plano executável)
  • Dia 0: preparar corpos de prova (cortar e chanfer se necessário) e organizar eletrodos (verificar forno).
  • Dia 1: soldagem do corpo de prova para posição de soldagem mais severa (por exemplo posição vertical ou overhead) e soldagem dos outros posicionamentos. Registrar parâmetros em formulário.
  • Dia 2: ensaios NDT (RT/UT) e macro (depois de soldas solidificadas e limpas).
  • Dia 3: corte de corpos para ensaios mecânicos e execução de bend/tensile/dureza.
  • Dia 4: análise dos resultados, elaboração do PQR e emissão do WPS final.
  • Observação: calendário pode variar; reservar laboratório de ensaios com antecedência.
  • Checklist rápido antes de iniciar:
    • corpos de prova identificados,
    • eletrodos na temperatura correta,
    • equipamento calibrado (amperímetro, voltímetro, medidor de velocidade),
    • formulários para registro de parâmetros,
    • responsável por RT/UT agendado,
    • câmera para fotos de cada etapa.

Passo 12

Riscos comuns e como mitigar (dicas práticas para provar que você pensou neles)
  • Burn-through (queima): usar diâmetro menor do eletrodo, reduzir corrente, aumentar velocidade, usar root gap controlado.
  • Falta de fusão na raiz: garantir root opening adequado, arco controlado e passe de raiz com boa técnica.
  • Hidrogênio/ trinca: usar E-7018 armazenado seco; se houver suspeita de contaminação, re-bake.
  • Registro insuficiente: registre tudo no PQR (cada passe, cada parâmetro).
  • Não conformidade em RT: se RT mostrar defeito, desbastar e retrabalhar, repetir ensaio e registrar variação para justificar novo PQR se necessário.

Passo 13

O que escrever de forma direta no relatório final (modelo curto para prova/inspeção)
  • Identificação do WPS com faixas e restrições (processo, eletrodo, espessura, posições).
  • Registro do PQR: corpos de prova, parâmetros reais ( V, I, S, \text{HI}), resultados dos ensaios (RT/UT, macro, bend, tração).
  • Conclusão clara: “Procedimento qualificado para \text{SA-516 GR60} para espessuras até \,5\,\text{mm}, processo \text{SMAW} com \text{E-7018}, sem pré-aquecimento, sem PWHT, em todas as posições, conforme ensaios A, B, C (anexar relatórios).”

Resposta

Plano de qualificação resumido e executável:
  • Preparar corpos de prova em pelo menos \,2 espessuras representativas até \,5\,\text{mm} (p.ex. \,2\,\text{mm} e \,4{,}5\,\text{mm}), comprimento \approx 300\,\text{mm}, junta butt square, root gap \,0{,}5 1{,}0\,\text{mm}.
  • WPS: \text{SMAW}, \text{E-7018}\,\varnothing 2{,}5\,\text{mm}, polaridade \text{DCEP}, posição: todas, pré-aquecimento: nenhum, PWHT: não requerido.
  • Parâmetros: corrente \,70 \;90\,\text{A}, tensão \,20 \,24\,\text{V}, objetivo \text{HI} \approx 0{,}5 1{,}5\,\text{kJ/mm} (usar fórmula \text{HI}=\dfrac{V\cdot I \cdot 60}{S\cdot 1000}\cdot \eta com \eta=0{,}8 para ajustar velocidade S).
  • Técnica: passe de raiz stringer por um lado, limpar, completar pelo outro lado; controlar velocidade e evitar weaving amplo.
  • Manuseio eletrodos: armazenamento em forno \approx 100 150^\circ\text{C}; rebake se necessário; registrar lotes.
  • Ensaios a executar: inspeção visual, RT/UT, macro etch, bend tests (face e root), tensile; dureza se requerido. Preparar cortes conforme plano (pelo menos \,3 corpos de prova por espessura).
  • Critérios de aceitação: penetração total no macro, sem descontinuidades críticas em RT/UT, bend sem trincas externas significativas, tração atendendo resistência mínima da especificação do material.
  • Documentação: preencher WPS com faixas e restrições, registrar todos os parâmetros reais no PQR (V, I, S, \text{HI}, sequência de passes, condições de eletrodo) e anexar relatórios de ensaios e fotos.
  • Cronograma indicativo: \,1 dia preparação, \,1 \,2 dias soldagem, \,1 dia NDT, \,1 dia ensaios mecânicos, \,1 dia elaboração de PQR/WPS.

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