Faça um planejamento para realizar a qualificação da seguinte condição de trabalho:
Material: SA-516 GR60
Faixa de espessura: 12 mm a 30 mm
Processo de Soldagem: SMAW
Eletrodos: AWS E-7018
Tipo de junta: soldas de topo, juntas em X 1/3 e 2/3, acesso pelos dois lados; posições de soldagem: plana, vertical e horizontal.
Pré-aquecimento: sem pré-aquecimento
Tratamento térmico: não requerido;
Requisitos de impacto: não requerido.

Passo 1

O enunciado pede um planejamento para qualificar a condição de trabalho descrita. Informações fornecidas (relevantes e explícitas):
  • Material: \text{SA-516 GR60}.
  • Faixa de espessura: \,12\\ \text{mm} a \,30\\ \text{mm}.
  • Processo de soldagem: \text{SMAW} (soldagem eletrodo revestido).
  • Eletrodos: \text{AWS E-7018}.
  • Tipo de junta: soldas de topo; juntas em X (double‑bevel) 1/3 e 2/3; acesso pelos dois lados.
  • Posições de soldagem: plana, vertical e horizontal.
  • Pré‑aquecimento: sem pré‑aquecimento.
  • Tratamento térmico pós‑soldagem (PWHT): não requerido.
  • Requisitos de impacto: não requerido.
Pergunta implícita que vamos responder: montar um plano detalhado, passo a passo, para qualificar o procedimento de soldagem (WPS/PQR) e a execução (incluindo matriz de ensaios, parâmetros, controles de processo e documentação) para essa condição de trabalho.

Passo 2

Escolha do método de qualificação e justificativa (decisão prática):
  • Vou usar como referência o processo de qualificação de procedimentos com base em práticas de códigos comuns (ex.: ASME IX / práticas equivalentes do mercado). Motivo: são códigos amplamente usados, dão regras claras sobre PQR/WPS, tipos de ensaio e limites; ainda que você possa ter outro código no projeto, a metodologia prática (preparar WPS, executar PQR, ensaios mecânicos e NDT, registrar PQR) é a mesma e é a que você aplicará em prova/obra.
  • Explicarei os princípios necessários (o que justificar) sem citar artigo específico do código, para que você aprenda a raciocinar e aplicar ao seu código quando for preciso.

Passo 3

Objetivos da qualificação (o que o PQR/WPS deve demonstrar)
  • Demonstrar que, com o processo \text{SMAW} e eletrodo \text{E-7018}, é possível obter juntas de topo e X, para espessuras \,12 a \,30\\ \text{mm}, nas posições plana, vertical e horizontal, com qualidade mecânica e metalúrgica aceitável.
  • Registrar parâmetros reais de soldagem (corrente, tensão, velocidade, eletrodo, número de passes, sequência) no PQR.
  • Executar ensaios mecânicos e NDT que comprovem integridade (tração, dobra/guided bend, macrografia/metalografia, radiografia/UT conforme aplicável).
  • Produzir o WPS (com faixas) baseado no PQR e documentação completa (PQR, certificados de eletrodo, relatórios de ensaio).

Passo 4

Decisão das variáveis de soldagem que o WPS/PQR deve controlar e justificar pedagogicamente
  • Variáveis essenciais (devem ser registradas e controladas):
    • Diâmetro do eletrodo: escolha prática \,3{,}2\\ \text{mm} e \,4{,}0\\ \text{mm} (cobrem a faixa de espessuras).
    • Corrente (A): faixa típica para E‑7018: \approx 90 a \;160\\ \text{A} dependendo do diâmetro; registrar valores exatos no PQR.
    • Tensão arco (V): faixa típica \approx 20 a \;30\\ \text{V}; registrar.
    • Velocidade de avanço (S) em mm/min: controlar e registrar (ex.: 200 400\\ \text{mm/min} como exemplo).
    • Número de passes, sequência (raiz, enchimento, capa), técnica (stringer vs. weave) — anotar exatamente.
    • Temperatura máxima entre passes (interpass): limitar (ver justificativa abaixo).
    • Tipo de preparo (ângulo, folga, root face), backing (se houver) — anotar.
  • Por que controlar essas variáveis? Porque afetam fusão, penetração, distribuição de calor (heat input), propriedades mecânicas e risco de trincas.

Passo 5

Conceito e cálculo de heat input (importante para controlar propriedades térmicas)
  • Fórmula prática e amplamente usada para calor de soldagem (heat input) em \text{kJ/mm}:
\text{HI} = \frac{V \cdot I \cdot 60}{S \cdot 1000}
onde V = tensão (V), I = corrente (A), S = velocidade de soldagem (mm/min).
  • Exemplo didático: se usar V=25\\ \text{V}, I=140\\ \text{A}, S=300\\ \text{mm/min},
\text{HI} = \frac{25 \cdot 140 \cdot 60}{300 \cdot 1000} = \frac{210000}{300000} = 0{,}7\\ \text{kJ/mm}.
  • Intervalo sugerido para SMAW com E‑7018 em aço carbono-médio (prática de oficina): \,0{,}5 a \,1{,}5\\ \text{kJ/mm}. Recomendo qualificar com heat input entre \,0{,}6 e \,1{,}2\\ \text{kJ/mm} (região prática e segura para SA‑516 Gr60), registrando valores reais no PQR.
  • Observação: quanto maior o heat input, maior a zona afetada pelo calor e risco de amolecimento; menor o heat input, maior a velocidade de resfriamento e risco de trinca por hidrogênio. Balancear com E‑7018 (baixo hidrogênio).

Passo 6

Controle de eletrodos E‑7018 (porque é crucial)
  • E‑7018 é eletrodo de baixo hidrogênio (revestimento rutílico/ferrosilício com agentes desidratantes). Boas práticas:
    • Armazenar em forno a \,100 \,150^\circ\text{C} (ou conforme fabricante) antes do uso.
    • Se retirado do forno, tempo máximo “exposto” fora do forno antes do re‑bake: tipicamente 4 horas (ver fabricante); se exposto muito tempo, re‑assar.
    • Se necessário, re-assar a \approx 100 \,150^\circ\text{C} por 1 hora.
  • Por que? Para evitar absorção de umidade no revestimento que aumenta o hidrogênio disponível e o risco de trincas.

Passo 7

Definição do preparo das peças e geometria das juntas (prática para as espessuras dadas)
  • Junta topo (butt): usar bisel único (V) ou double V conforme espessura; para placas até \,30\\ \text{mm} normalmente:
    • Se acesso por um lado: single V com backing/raiz preenchida; se acesso por ambos os lados: double V (X) é eficiente.
    • Folga raiz e ângulo: exemplo prático para 12–30 mm: ângulo entre faces \,60^\circ a \,70^\circ total (30–35° por face) e folga raiz \,2 \,4\\ \text{mm} (ajustar por projeto).
  • Juntas em X 1/3 e 2/3: interpretação prática (para qualificação) — executar testes com acesso pelos dois lados: preparar double‑V com profundidade de raiz alternativa para simular 1/3 e 2/3 da espessura (no ensaio de qualificação, cobrir ambas as configurações). Se houver desenho específico no projeto, use esse desenho; aqui cobriremos os dois arranjos na matriz de teste.
  • Limpeza: remover óxidos e contaminantes nas áreas de raiz e entre passes.

Passo 8

Matriz de ensaios proposta (PQR) — cobrir faixa de espessura, tipos de junta e posições
  • Princípio: qualificar a faixa com ensaios representativos. Para ser conservador e prático eu proponho a seguinte matriz mínima (cada item é um corpo de prova soldado conforme WPS a qualificar):
    • Grupo A — solda topo (butt), acesso pelos dois lados (double V quando aplicável):
      1. Corpo‑prova 1: espessura \,12\\ \text{mm}, posição plana (1G).
      2. Corpo‑prova 2: espessura \,30\\ \text{mm}, posição vertical (3G) — cobre posição vertical e representa espessura máxima.
      3. Corpo‑prova 3: espessura \,30\\ \text{mm}, posição horizontal (2G).
    • Grupo B — juntas em X (double‑bevel) 1/3 e 2/3, acesso pelos dois lados:
      4. Corpo‑prova 4: \,30\\ \text{mm}, X 1/3, soldada dos dois lados (posições conforme projeto; execute em posição que reproduza acesso real).
      5. Corpo‑prova 5: \,30\\ \text{mm}, X 2/3, soldada dos dois lados.
  • Racional: testar espessura mínima e máxima e posições solicitadas. Testes em espessura máxima cobrem problemas de penetração e acúmulo de calor; testes em mínima verificam comportamento com menos metal depositado.
  • Ensaios em cada corpo‑prova:
    • Inspeção visual (100%).
    • NDT volumétrico: radiografia (RT) ou ultrassom (UT) para cordões de raiz e enchimento (plena penetração). Escolher RT ou UT conforme especificação de controle de qualidade do projeto.
    • Ensaio de tração (axial) — 1 corpo‑prova por configuração (submeter à tração; critério: não falhar nas regiões não aceitas e atender resistência mínima do material).
    • Ensaios de dobra (guided bend) — face e raiz: mínimo 2 ensaios de dobra por face e 2 por raiz (ou conforme código aplicável); eu recomendo 3 face + 3 raiz para maior segurança, mas adote 2/2 se o código permitir.
    • Ensaio macro/metalográfico: corte transversal e ataque químico para avaliar penetração, falta de fusão, zona de HAZ e dimensões do cordão. Fotografar e registrar.
    • Dureza (opcional, para controle térmico): medir na ZAT (zona afetada pelo calor) e sulco soldado; registrar valores máximos e médias se exigido.
  • Observação pedagógica: os números exatos de peças de ensaio podem variar por código; a matriz acima é conservadora e prática para provas/qualificação.

Passo 9

Procedimento de soldagem (sequência técnica) — passo a passo prático para executar os corpos‑prova
  1. Preparar placas com o bisel/folga conforme desenho acordado; limpar óxidos e óleos.
  2. Pré‑aquecimento: não aplicar (conforme enunciado), porém controlar interpass:
    • Limitar temperatura entre passes: \le 150^\circ\text{C} (valor conservador para SA‑516 GR60 sem pré‑aquecimento); medir com termopar ou pirometro.
    • Motivo: controlar velocidade de resfriamento e evitar acúmulo de hidrogênio.
  3. Armazenar eletrodos em forno a \,100 \,150^\circ\text{C} até o uso.
  4. Fazer passe de raiz (raiz fina/ajustada) com técnica que garanta fusão completa das faces; evitar enchimento exagerado na raiz.
  5. Limpar escórias entre passes, controlar quebras de cordão, respeitar seqüência de passes para minimizar distorção e assegurar boa fusão.
  6. Registrar, a cada passe, corrente ( I), tensão ( V), velocidade aproximada ( S), eletrodo (diâmetro e lote), tempo fora do forno do eletrodo e temperatura interpass.
  7. Após soldagem, resfriar ao ar controlado, realizar inspeção visual e NDT conforme matriz.

Passo 10

Critérios de aceitação (prática e ligação ao material SA‑516 GR60)
  • Inspeção visual: sem trincas, falta de fusão evidente ou porosidade excessiva; dimensões dentro da especificação do desenho.
  • RT/UT: sem descontinuidades maiores do que o critério de aceitação do projeto; se não houver critério no enunciado usar critérios do código de construção aplicável (por exemplo, nenhum defeito que comprometa a resistência).
  • Tração: a resistência mínima do corpo‑prova deve atender a resistência mínima especificada para \text{SA-516 GR60} (usar a especificação do material como referência). Em termos práticos: a ruptura não deve ocorrer na região do cordão soldado de forma a indicar fragilidade do depósito; se ocorrer, investigar.
  • Dobras: sem trincas visíveis após dobra (ou acordo com o espaçamento de trincas permitido pelo código). Critério usual: nenhuma trinca visível a olho nu ou por inspeção com lupa.
  • Macro/metalografia: fusão completa, sem falta de fusão significativa, penetração conforme esperada e HAZ sem evidência de fragilização excessiva.
  • Dureza: se houver requisito, máximo aceitável (definir conforme código/projeto); se não requerido, registrar para referência.

Passo 11

Documentação que deve ser gerada (entregáveis da qualificação)
  • WPS preliminar (com faixas propostas).
  • PQR(s) com todos os parâmetros reais anotados (corrente, tensão, velocidade, eletrodo, diâmetro, Nº de passes, sequência, interpass, heat input calculado).
  • Relatórios de ensaios mecânicos (tração, dobra) com identificação das peças.
  • Relatórios de NDT (RT/UT) e laudos de inspeção visual.
  • Relatórios de macro/metalografia e fotos.
  • Certificados de lote dos eletrodos e registro de armazenamento/baking.
  • Ata/relatório final de qualificação contendo conclusão: WPS aprovado/recusa e eventuais restrições (faixas de espessura, posições cobertas, limites de heat input e interpass).

Passo 12

Cronograma e responsabilidades (exemplo prático)
  • Dia 0–2: preparação das placas e corte/biselamento.
  • Dia 3: armazenamento/bake de eletrodos; preparação WPS prévia.
  • Dia 4–6: soldagem dos corpos‑prova (um dia por corpo‑prova, dependendo da equipe).
  • Dia 7: inspeção visual e NDT inicial.
  • Dia 8–10: execução de ensaios mecânicos (tração, dobra) e cortes para macro.
  • Dia 11–12: análise de resultados, emissão de PQR e WPS final.
  • Responsáveis: soldador qualificado (execução), inspetor NDT, laboratório de ensaio mecânico, engenheiro de soldagem (coordenação e emissão do WPS/PQR).

Passo 13

Planos de contingência (se algum ensaio falhar)
  • Se falhar tração/bend: investigar causa (hipóteses: entrada de hidrogênio, falta de fusão, desenho inadequado, parâmetros fora da faixa). Ações:
    • Verificar registros do PQR (I, V, S, interpass, lote eletrodo).
    • Rever armazenamento do eletrodo; reassar eletrodos e repetir corpo‑prova com parâmetros ajustados (ex.: menor corrente ou diferente velocidade para melhorar penetração).
    • Ajustar root gap/bisel se falha por falta de penetração.
    • Repetir ensaios após correções; documentar mudanças e gerar novo PQR se variáveis essenciais foram alteradas.
  • Se falhar radiografia: reparar junta (se permitido) e re‑inspecionar; para PQR normalmente um resultado não aceitável implica repetir soldagem com correções.

Passo 14

Dicas práticas e “truques” de prova (didática e motivação)
  • Anote tudo! No PQR, qualquer pequeno detalhe vale: hora, temperatura ambiente, tempo desde saída do forno do eletrodo, velocidade estimada — no exame/obra isso salva a qualificação.
  • Use eletrodos do mesmo lote durante um PQR.
  • Para soldagens verticais com E‑7018, prefira técnica de stringer e faça passes curtos para controlar escória.
  • Mantenha orgulho: documentar e fotografar cada etapa facilita defesa do PQR.
  • Você consegue — siga o passo a passo e registre tudo com calma.

Resposta

WPS/PQR planejado cobrindo \text{SA-516 GR60}, espessura \,12 \,30\\ \text{mm}, SMAW com \text{E-7018}:
  • Parâmetros: eletrodos \,3{,}2 e \,4{,}0\\ \text{mm}; I\approx 90 160\\ \text{A}; V\approx 20 30\\ \text{V}; velocidade prática 200 400\\ \text{mm/min}; heat input qualificado entre \,0{,}6 e \,1{,}2\\ \text{kJ/mm}; interpass \le 150^\circ\text{C}; sem pré‑aquecimento; PWHT não requerido.
  • Controle eletrodos: armazenar/re‑assar \,100 \,150^\circ\text{C}; registrar tempo fora do forno.
  • Geometria/juntas: preparar single V/double V conforme necessidade; folga raiz \,2 \,4\\ \text{mm}; ângulo total \approx 60^\circ 70^\circ (ajustar por desenho).
  • Matriz mínima de PQR (corpos‑prova): \,12\\ \text{mm} plana; \,30\\ \text{mm} vertical; \,30\\ \text{mm} horizontal; \,30\\ \text{mm} X 1/3; \,30\\ \text{mm} X 2/3 — cada um com: inspeção visual, RT/UT, tração, dobra (face/raiz, mínimo 2 cada), macro/metalografia, dureza se requerido.
  • Critérios de aceitação: atender especificação do material \text{SA-516 GR60} para tração; dobragem sem trincas visíveis; NDT sem descontinuidades críticas; macro com fusão adequada.
  • Documentos finais: WPS (faixas), PQR com parâmetros reais, laudos NDT, relatórios de ensaios mecânicos, certificados de eletrodos, fotos e conclusão de qualificação.
  • Cronograma estimado: ~12 dias (preparo, soldagem, ensaios, emissão PQR/WPS); plano de contingência: investigar causas de falha, corrigir parâmetros/armazenamento e repetir PQR se necessário.

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