SOLDAGEM SUBAQUÁTICA - UWWProf. Alexandre Queiroz Bracarense, PhD Universidade Federal de Minas Gerais Grupo de Robótica, Soldagem e Simulação 1 INTRODUÇÃO A soldagem e o corte subaquáticos são processos únicos, por serem realizados em ambiente submerso. Recentemente, tem havido um interesse crescente nos processos de soldagem subaquática, devido aos requerimentos de construção e reparo associados com a exploração, perfuração e recuperação de óleo e gás natural. Os procedimentos de soldagem e corte subaquáticos existem para praticamente qualquer tarefa requerida. Enquanto algumas técnicas atualmente utilizadas são complexas e custosas de serem implementadas, a capacidade de se obter juntas soldadas com as propriedades mecânicas apropriadas e a realização de operações de corte submerso, no local de trabalho, oferece aos engenheiros oceânicos uma ferramenta de extrema importância. As restrições passadas associadas ao corte e a soldagem subaquática, relacionadas principalmente com a baixa qualidade das juntas soldadas e a repetibilidade questionável, tem sido superadas devido ao grande interesse existente em trabalhos no mar por parte da indústria do petróleo. Atualmente, a capacidade de se obter juntas soldadas com as características desejadas bem como a disponibilidade de métodos e técnicas de inspeção apropriadas, tornam as operações de união e soldagem subaquática opções v iáveis. Exemplos de trabalhos de recuperação em estruturas offshore podem ser vistos na Figura 1 (a) e (b). (a) (b) Figura 1 – Soldagem subaquática úmida para reparos em componentes de estruturas offshore. Estrutura danificada (a) e estrutura após o reparo (b). 1 2 CLASSES DE SOLDAGEM SUBAQUÁTICA Ao mesmo tempo em que novas aplicações para a soldagem subaquática são descobertas, novos processos são desenvolvidos e os processos existentes são adaptados, de forma a atender a necessidades específicas. Não é possível fornecer uma descrição exaustiva de todos os processos em uso. Entretanto, os processos de soldagem subaquática podem ser divididos nas seguintes classes genéricas: 2.1 Soldagem Úmida Neste processo, tanto a peça de trabalho como o soldador estão localizados na água, não sendo realizada nenhuma preparação para separar os materiais a serem soldados da água. O soldador/mergulhador utiliza eletrodos com recobrimentos a prova d’água e porta eletrodos, pistolas e tochas especialmente projetadas ou modificadas para serem utilizados na soldagem subaquática. Para a obtenção de juntas soldadas de alta qualidade, pode ser necessária a utilização de compartimentos cheios de gás para proteger os eletrodos ou fluxo quanto a absorção de água antes de sua utilização. 2.2 Soldagem Seca Localizada O volume contendo o arco e a região a ser soldada, no todo ou em parte, é separado da água por meio de um pequeno envoltório cheio de gás, a pressão ambiente, com aberturas para permitir o acesso. Esta câmara proporciona uma região protegida entre a peça de trabalho e o ambiente úmido e possui espaço suficiente para o eletrodo ou a tocha de soldagem. 2.3 Soldagem em Caixa Seca A soldagem é realizada em uma câmara preenchida com um gás, grande o bastante para acomodar a área de trabalho e a cabeça e aparte superior do corpo do soldador/mergulhador, vestido em um traje de mergulho completo. Esta montagem remove a água de uma região bem maior que no caso anterior. 2.4 Câmara de Soldagem A soldagem é realizada em uma câmara, a pressão de 1 atm, que é montada ao redor do local onde devem der realizados os trabalhos. Nestas condições a soldagem praticamente não é afetada pelas propriedades da água ou pelos efeitos da profundidade. 2.5 Soldagem em Habitat A água é deslocada de uma grande câmara, por meio da injeção de um gás em seu interior. A área de solda é completamente isolada da água, mas se encontra na pressão do local correspondente a altura da coluna de água. Os soldadores 2 Virtualmente todos os processos de soldagem tem sido experimentados submersos em laboratório ou em condições naturais. 3 SOLDAGEM HIPERBÁRICA A SECO A soldagem subaquática em ambiente seco é possível pelo envolvimento da área a ser soldada com uma barreira física. a tecnologia de soldagem submersa tem sido beneficiada com a desenvolvimento de técnicas. A seleção de eletrodos apropriados para o metal base e a proteção dos eletrodos com relação a absorção de água antes e durante a soldagem são elementos fundamentais para o sucesso da solda. usualmente é feita utilizando-se os processos GMAW. desde a completa imersão durante a soldagem úmida até o total isolamento do ambiente durante os processos de câmara. 3 . GTAW e PAW. A soldagem submersa em ambiente seco.não utilizam trajes de mergulho nesta câmara e existe espaço suficiente para a realização dos preparativos para a soldagem e posicionamento de equipamentos. conforme mostrado na Figura 2 (a) e (b). denominada câmara de soldagem. Embora estas classificações representem as maiores aproximações de soldagem subaquática. elas podem ilustrar a capacidade presente em se variar a interação do soldador/mergulhador e a solda. Entretanto.. a maior parte das aplicações de soldagem submersa são feitas com procedimentos convencionais que são otimizados pela cuidadosa escolha do eletrodo e tem como objetivo reduzir os efeitos adversos do ambiente. Consequentemente. A câmara de soldagem é projetada para ser montada junto aos elementos estruturais que se deseja soldar. A soldagem úmida é normalmente realizada com o processo de eletrodo revestido (SMAW). Todas as posições e soldagem multipasses podem ser feitas com todos estes processos se adaptações apropriadas forem realizadas para trabalhos submersos. Os processos GMAW e FCAW são os mais comumente utilizados para a soldagem em caixa seca ou localizada seca. que possibilita a retirada da água do seu interior. tal como o proporcionado por um “habitat’ ou uma câmara de soldagem. A maior parte destes desenvolvimentos consistem de modificações nos procedimentos familiares que auxiliam a isolar o processo de soldagem da água circundante. elas não são definitivas. Entretanto. As variáveis essenciais que são inerentes a soldagem subaquática hiperbárica a seco resultam do ambiente. dependendo da profundidade da água e da pressão no local de trabalho. A câmara é normalmente construída em aço mas qualquer outro material adequado pode ser utilizado. A água é deslocada do interior da câmara pela injeção de ar ou de uma mistura de gases adequada. bem como pelo número de soldadores que devem trabalhar ao mesmo tempo.(a) (b) Figura 2 – Câmara de soldagem para reparos estruturais em membros estruturais que se interceptam (a) e para reparos em tubulações (b). As condições de ambiente e profundidade afetam adversamente a logística a as comunicações e aumentam os riscos com a segurança. A flutuação da câmara é compensada com a utilização de lastros. Além disto. profundidade e pressão. O ambiente de trabalho dentro da câmara de soldagem restringe os movimentos do soldador e algumas vezes mantém o soldador na melhor posição para visualizar a junta soldada e realizar a soldagem. conexões mecânicas na estrutura ou ambos. o soldador está sempre próximo da fonte de calor e do equipamento para tratamento térmico. O tamanho e a configuração da câmara é determinado pelas dimensões e pela geometria da área que deve ser envolvida para a soldagem. Uma câmara típica pode ser observada na Figura 3. 4 . Figura 3 – Câmara Hiperbárica Seca Os problemas ambientais dos mergulhadores podem ser minimizados com a utilização de bons equipamentos. As variações são mostradas na Figura 4. 5 . o silício e o manganês depositados no metal de solda são substancialmente reduzidos. Para o mesmo metal de solda. A constrição do arco elétrico e o conseqüente aumento na densidade de energia promovem mudanças substanciais no comportamento do anodo e catodo. o conteúdo de manganês decresce em cerca de 30% e o teor de carbono praticamente triplica. planejamento adequado e suporte para mergulho. Para soldas realizadas a 76 m. A pressão hiperbárica é a variável essencial predominante e afeta adversamente a soldagem subaquática de duas formas: afetando a estabilidade do arco e a transferência de metal e afetando a composição do metal de solda depositado. Com o aumento na pressão. naquelas profundidades. o teor de silício decresce cerca de 10% comparando-se com soldas realizadas na superfície. o teor de oxigênio aumenta de 300 ppm para 750 ppm. o aumento na condutividade térmica dos gases provoca uma constrição no arco e uma elevação da queda de potencial através da coluna do arco. Comparações entre soldas realizadas em profundidades de 305 m e com soldas realizadas na superfície mostram que. Sob condições hiperbáricas. que acentua a instabilidade do arco. Figura 5 – Redução na tenacidade em função da profundidade. determinada a partir de ensaios Charpy realizados a 10° C. Outro fato observado em soldas hiperbáricas secas realizadas desde a superfície até uma profundidade de 300 m. 6 . além das mudanças na composição química do metal de solda. conforme mostra a Figura 5. é uma redução na tenacidade. As variações de carbono e manganês podem causar mudanças significativas na temperabilidade do metal de solda. A diminuição na tenacidade tem sido relacionada ao aumento do teor de oxigênio no metal de solda.Figura 4 – Resultados da análise química da solda em função da profundidade da coluna d’água para um eletrodo de baixo hidrogênio. Eletrodos com formulação especial tem sido utilizados para maiores profundidades. Por esta razão.1 Processo de Soldagem com Eletrodo Revestido O processo de soldagem com eletrodo revestido é o mais utilizado para reparos estruturais e é geralmente usado para o enchimento e o passe de cobertura de soldas em dutos. o processo GTAW é geralmente utilizado para o passe de raiz e o processo SMAW para o enchimento e passe de cobertura. 3.2. As desvantagens deste processo incluem as precauções necessárias para manter os eletrodos secos durante o percurso para a câmara de soldagem e o fato de que a câmara deve ser equipada com um forno para eletrodos. Os requisitos de equipamento são pouco maiores do que para o processo de eletrodo revestido. O processo GMAW é normalmente utilizado para os passes de raiz. com a composição e as taxas de fluxo do gás de proteção exercendo um importante papel na estabilidade do arco. Adicionalmente. a maior parte dos soldadores são experientes na utilização deste processo. 3. Este processo oferece como vantagens: a necessidade de um equipamento relativamente simples. o processo GTAW é o menos sensível as condições de pressão e profundidade.1 Tratamento térmico Devido aos níveis extremamente altos de umidade nas câmaras de soldagem subaquática. Os outros processos são normalmente utilizados para o enchimento de soldas com chanfro ou para soldas de filete. A estabilidade do arco e a fluidez do metal de solda são afetados adversamente pelo aumento da pressão e uma fluidez excessiva torna difícil a deposição em passes de raiz.2. a energia do arco (heat input) e o potencial de hidrogênio do processo de soldagem. em juntas de raiz aberta. o controle independente sobre a fonte de calor e a taxa de alimentação do arame de adição torna o processo ideal para o enchimento de aberturas de tamanhos variáveis na raiz. SMAW e FCAW. devido as altas taxas de deposição.3. As faixas de temperaturas são determinadas pela composição e espessura do metal base. devido a estabilidade do arco sob condições hiperbáricas e a facilidade de manuseio.2 Processos de soldagem a seco Os processos de soldagem mais comumente utilizados para a soldagem subaquática a seco são: GTAW. Os eletrodos comercialmente disponíveis são comumente utilizados até profundidades de cerca de 90 m. 3.2 Processo GTAW Comparado aos processos de eletrodo revestido e arame tubular. são essencialmente os mesmos que os utilizados para a soldagem na superfície. após a utilização do processo GTAW para o passe na raiz. utilizados para a soldagem subaquática seca. o isolamento e a instrumentação. Fontes de energia para tratamento térmico. O processo GTAW é especialmente 7 . todos os procedimentos de soldagem devem incluir um préaquecimento e a manutenção de temperaturas entre passes apropriadas. O soldador utiliza um traje de mergulho adequado com fornecimento de ar autônomo ou fornecimento da superfície. em profundidades de até de 61 m. Uma das vantagens do processo. Arames comercialmente disponíveis tem sido utilizados com bons resultados em reparos estruturais. é a alta taxa de deposição e o alto aporte térmico.2.adequado para a realização remota de solda por pontos sem a utilização de metal de adição. O arco e o metal de solda são isolados do ambiente aquático por um envoltório gasoso ou por bolhas compostas de gases produzidos pela decomposição do revestimento do eletrodo ou pelo fluxo do eletrodo tubular. principalmente para o reparo estrutural em aços de alta resistência espessos. mais o oxigênio e o hidrogênio dissociados da água. O arame é armazenado em uma unidade de alimentação com compensação de pressão para evitar o efeito da umidade do ambiente da câmara de soldagem e a soldagem é contínua. 3. Arames com formulação especial tem estendido a utilização deste processo para profundidades de até 305 m. conforme pode ser observado na Figura 6. 4 SOLDAGEM ÚMIDA A soldagem subaquática úmida é realizada por um soldador/mergulhador não existindo nenhuma barreira entre a água e a região de solda. Figura 6 – Reparo em estruturas offshore utilizando a soldagem subaquática úmida. O traje pode ainda incluir dispositivos de 8 .3 Processo de Soldagem por Arame Tubular O processo FCAW requer consideravelmente mais equipamentos do que os processos por eletrodo revestido e GTAW. d) A dissociação da água promove a absorção de hidrogênio pelo metal de solda. Desta forma. está relacionada com a bolha gasosa que desloca a água da região do arco e da solda. b) A possibilidade do sopro magnético é aumentada. O volume da bolha de proteção e a densidade dos gases variam substancialmente com a profundidade e pressão. afeta adversamente o processo de soldagem. Os fatores que afetam adversamente a soldagem subaquática úmida incluem: a) A pressão hiperbárica acentua a instabilidade do arco pela constrição do arco e aumento na densidade de energia. especialmente na soldagem sobrecabeça. Em pequenas profundidades o volume de gases gerado pela decomposição do revestimento do eletrodo Com os eletrodos normalmente utilizados na soldagem úmida. a quantidade excessiva de gases acelera a flutuação no tamanho da bolha. Outra variável existente na soldagem subaquática úmida. o volume de vapor d’água na bolha aumenta. ou seja. Além disto. enquanto que a 10 metros de profundidade é de 121º C. O capacete utilizado incorpora lentes para soldagem e o soldador /mergulhador utiliza luvas de borracha para evitar o choque elétrico. o grande volume de água ao redor da região de solda promove uma elevada taxa de resfriamento no material. Do mesmo modo.aquecimento ou refrigeração. a flutuação no volume da bolha torna-se muito rápida em águas rasas. Dois fenômenos contribuem para as mudanças no volume dos gases gerados pelo processo de soldagem em diferentes profundidades. e) O ambiente. bolhas com quantidades excessivas de gases criam turbulência na região de solda. Como exemplo.1 Variáveis Essenciais As variáveis da soldagem subaquática úmida devem ser consideradas em adição às variáveis essenciais associadas com a soldagem com eletrodo revestido e eletrodo tubular acima da água. A solução para a soldagem a baixas profundidades envolve a reformulação dos revestimentos para a soldagem subaquática e alterações no projeto das juntas e 9 . em profundidades menores do que 3 metros e. Estes fatores associados tornam difícil a realização da soldagem úmida na posição sobrecabeça a profundidades menores do que 3 metros. c) O aumento na pressão provoca perda de manganês e silício e um aumento nas quantidades de carbono e oxigênio no metal de solda. o volume de gases gerado pela decomposição do revestimento do eletrodo dobra de acordo com a lei de Boyle. porque a temperatura de ebulição da água próximo a superfície é de 100º C. da profundidade de 10 metros para a superfície. 4. em função das condições de temperatura existentes no local de trabalho. para que não ocorra a sensitização na ZAC. Soldas de componentes de aço inoxidável austenítico realizadas utilizando-se eletrodos de aço inoxidável austenítico apresentam características similares às realizadas ao ar. diminuindo a capacidade de proteção do arco e da região de solda. Por um lado o aumento na pressão hidrostática exerce efeitos adversos na soldagem subaquática úmida. 10 . A restrição durante a soldagem também parece ser um fator determinante para a formação de trincas induzidas pelo hidrogênio. Um problema apresentado na utilização destes materiais é que o níquel apresenta uma alta sensibilidade à profundidade. estão sujeitos a trincas induzidas pelo hidrogênio na ZAC. ela pode ser utilizada para ajudar a manter a temperatura entre passes. o aumento na pressão provoca uma diminuição no tamanho da bolha. Soldas úmidas feitas com eletrodos de baixo carbono em materiais com carbono equivalente (CE) maior do que 0. devido a não formação de martensita.Ponto de ebulição da água para diferentes profundidades – água do mar. A solução ideal para resolver este problema pode ser a utilização de eletrodos com revestimentos formulados para serem utilizados em diferentes faixas de profundidade.40. Entretanto deve-se tomar cuidado com o resfriamento. Bons resultados também são conseguidos utilizando-se eletrodos contendo níquel na soldagem úmida de aços inoxidáveis austeníticos a pequenas profundidades. A temperatura de ebulição da água aumenta com o aumento da pressão e. tenham sido qualificados para profundidades de somente até 10 m. Para maiores profundidades. O ponto de ebulição da água para diferentes profundidades é apresentado na tabela I. por outro lado existe um outro efeito. se esta água superaquecida é fisicamente confinada na região de soldagem. o fator predominante é a rápida taxa de resfriamento. fazendo com que procedimentos de soldagem para soldas úmidas classe A. em chanfro ou filete. em todas as posições.696 não apresentaram trincas na ZAC e apresentaram a dutilidade e a resistência ao impacto melhores do que soldas úmidas executadas em aço carbono com metal de enchimento ferrítico ou de aço inoxidável. Profundidade Temperatura de Ebulição ft m ºF ºC 0 0 212 100 33 10 250 121 165 50 320 160 330 100 370 188 1000 305 460 238 Das várias variáveis essenciais associadas com a soldagem úmida de aços carbono e de baixa liga. que é o principal fator para a ocorrência de trincas intergranulares de corrosão sob tensão em componentes de centrais nucleares. Soldas úmidas realizadas com metais de enchimento com alto teor de níquel em materiais com carbono equivalente até 0.seções. Tabela I . para enchimento ou para cobertura. com revestimento de pó de ferro e titânio tem uma alta taxa de deposição.4. onde eletrodos de aço inoxidável foram utilizados para o reparo de componentes do circuito primário. uma significativa quantidade de trabalhos tem sido realizada em aço inoxidável. como o mar do norte. A soldagem subaquática com eletrodos revestidos é realizada em maior escala do que fora d’água. o sucesso na qualificação de soldadores e de procedimentos de soldagem com este processo. Propriamente processados e transportados. Independentemente do eletrodo utilizado em soldagem subaquática. preferível em relação aos outros processos utilizados na soldagem subaquática úmida. Adicionalmente. Entretanto a polaridade reversa produz melhores resultados (menos porosidade) em determinadas situações. Os eletrodos utilizados incluem E308. 11 . na maioria das vezes. os eletrodos utilizados para qualificar procedimentos de soldagem úmida a profundidades de até 100 m permanecem livres de umidade por mais de 24 horas. No local de trabalho.6-93 Classe O/ASME Seção IX. ele deve ser feito a prova d’água. A amperagem. E309 e E316. A maior parte das empresas que realizam serviços de soldagem subaquática utiliza eletrodos de soldagem comercialmente disponíveis. critério chave na seleção do processo. algumas destas empresas utilizam eletrodos com formulação própria. Os eletrodos E 7014. Os eletrodos E6013 possuem um revestimento com alto teor de titânio e potássio e tendem a apresentar melhor soldabilidade e uma melhor aparência do cordão. em centrais nucleares.2. Os eletrodos utilizados mais freqüentemente para a soldagem subaquática são classificados pela AWS como E6013 e E7014. Normalmente é utilizada corrente contínua com polaridade direta (eletrodo negativo). E308L.. Em adição a grande quantidade de eletrodos ferríticos consumidos durante a soldagem úmida de estruturas submersas. se o cordão de solda está sendo depositado na raiz. A simplicidade do processo torna possível ao soldador se deslocar rapidamente para o local de trabalho para um reparo de emergência levando apenas os eletrodos de soldagem.2 Processos de Soldagem Subaquática 4. como em alguns locais específicos. entretanto.1 Eletrodo Revestido A versatilidade e a eficiência do processo de soldagem por eletrodo revestido torna este processo. Desde 1970. As soldas úmidas realizadas com eletrodos de aço inoxidável em aço inoxidável tem sido qualificadas de acordo com os requerimentos de ANSI/AWS D3. velocidade de soldagem e ângulo do eletrodo dependem da posição de soldagem. porta eletrodos e o conjunto/suporte de lentes para soldagem. o soldador/mergulhador pode utilizar um traje de mergulho convencional e qualquer fonte de força de soldagem DC. A maneira como os eletrodos são transportados da superfície da água ao local de trabalho e o tempo que eles permanecem no local sem serem utilizados são variáveis essenciais dos procedimentos de soldagem subaquática. onde o uso da polaridade reversa (eletrodo positivo) apresenta resultados significativamente melhores do que com a utilização de polaridade direta. Existem regiões. tem contribuído para a qualidade das juntas soldadas obtidas. não necessitando de uma grande habilidade do operador que. O contato elétrico é realizado através de um porta eletrodo fixado a uma das extremidades do eletrodo. praticamente. para iniciar o arco e retirada da escória. Alguns exemplos de soldas obtidas por este processo se encontram na Figura 8. revestido com um material isolante e mantido na posição por meio de um material pesado com a forma adequada. o consumível é posicionado ao longo do chanfro ou filete. Neste processo. atua no posicionamento do eletrodo. O arco elétrico é iniciado por um curto circuito na extremidade oposta e desloca-se automaticamente até que o eletrodo seja completamente consumido. 12 . Figura 7 – Processo de soldagem por contato com eletrodo revestido. O processo é apresentado na Figura 7.Uma variação do processo convencional de soldagem por eletrodo revestido é a soldagem subaquática molhada por contato com eletrodo revestido (SSMCER). onde a soldagem por eletrodo revestido convencional não possa ser utilizada. A soldagem por contato pode ser utilizada em locais de difícil acesso. 2 Soldagem com Eletrodo Tubular A soldagem com arame tubular e outros processos automáticos de soldagem tem sido investigados nos Estados Unidos e regiões do Mar do Norte como processos com potencial para a soldagem subaquática molhada. manter temperatura entre passes e pós-aquecer. Entretanto. geometria e tamanho dos membros estruturais adjacentes a área de trabalho. 5. FCAW ou GTAW. deficiência para atingir os padrões de aceitação visuais e problemas com os dispositivos de alimentação de arame.2 Desvantagens do Processo a Seco a) Duas situações impedem a instalação de uma câmara ou habitação para soldagem a seco: § § O número. promovendo o aparecimento de trincas originárias de processos de corrosão. exceto quando o He02 é utilizado como gás de enchimento da câmara de soldagem. Desenvolvimentos recentes em materiais de fluxo contendo níquel tem proporcionado uma melhoria na soldabilidade úmida e fluxos com formulação livre de halogêneos. 4.1 COMPARAÇÃO ENTRE OS PROCESSOS SECO E ÚMIDO Vantagens do Processo a Seco a) Com procedimentos e soldadores qualificados. este processo não compete com o processo por eletrodo revestido. d) O soldador/mergulhador e o gás de proteção da solda não são afetados pela presença de correntes marítimas e ondas. c) A água é excluída da área de solda de forma que a taxa de resfriamento não é maior do que para as soldas realizadas na superfície. Ocasiões em que a instalação de uma câmara de soldagem seca pode comprometer a integridade da estrutura. 13 . b) Equipamentos e processos de tratamento térmico podem ser usados para pré-aquecer. A presença de halogêneos afeta de maneira adversa a resistência à corrosão de aços inoxidáveis.Figura 8 – Exemplos de soldas obtidas pelo processo SSMCER. GMAW. devido a excessiva porosidade. especificamente preparados para soldagem úmida. 5 5.2. a soldagem hiperbárica a seco pode ser utilizada para unir materiais através dos processos SMAW. equipamento. porosidade acentuada. dificulta a realização dos trabalhos.b) O tempo e o custo para realizar um reparo utilizando-se uma câmara seca é significativamente maior do que utilizando-se o processo úmido. 5. c) Não há a necessidade da utilização de equipamentos maiores ou mais pesados do que uma fonte de força. d) A falta de visibilidade.3 Vantagens do Processo Úmido a) A soldagem úmida pode ser feita em locais onde seria fisicamente impossível evacuar a água da área a ser soldada. b) Para situações de emergência pessoal. instalação. 6 6.4 Desvantagens do Processo Úmido a) Algumas das propriedades das soldas úmidas são inferiores às das soldas realizadas em ambiente seco. maior dureza na ZAC. principalmente em rios. menor dutilidade. c) Segurança dos soldadores quando trabalhando em condições hiperbáricas. transporte.1 § § § § § § § EQUIPAMENTO BÁSICO Soldagem Seca Câmara de Soldagem Seca/Habitat Equipamentos e ferramentas para a instalação da câmara na estrutura Sistema de transferência de eletrodos de soldagem Compartimento seco para armazenamento de eletrodos Forno para armazenamento de eletrodos de soldagem Eletrodos de soldagem Isolantes térmicos 14 . remoção. b) Aços com alto carbono equivalente são sujeitos a trincas induzidas pelo hidrogênio e a um endurecimento da ZAC. d) Projetos utilizando soldagem úmida são completados em um tempo menor e a um custo menor do que se fossem realizados a seco. causados pela alta taxa de resfriamento induzida pelo meio aquoso existente ao redor da região soldada. 5. ferramentas e consumíveis estão sempre em estoque e podem ser mobilizados sem atraso. Fabricação. c) Correntes existentes nos mares tornam difícil o trabalho dos soldadores/mergulhadores e tem efeitos adversos nas bolhas gasosas que protegem a região do arco e a solda. dificuldades de acesso à câmara e a logística envolvida. mais os cuidados adicionais em função dos perigos associados ao mergulho. cabos. etc.2 § § § § Soldagem Úmida Porta eletrodo Sistema de transferência de eletrodos de soldagem Suporte com as lentes de soldagem Eletrodos de soldagem a prova d’água 6.§ § § § § § § Cabos flexíveis para suporte de vida e comunicações Roupas e luvas protetoras a prova de fogo Máscara de soldagem ou suporte com as lentes de soldagem Analisadores de gás Equipamento de pré-aquecimento com termopares Iluminação para o soldador/mergulhador Câmera de televisão 6. 7 7. As precauções na realização da soldagem subaquática seca compreendem todas aquelas referentes a soldagem acima da superfície. 15 . alta pressão.1 SEGURANÇA Soldagem Hiperbárica Seca A soldagem hiperbárica seca é realizada em uma câmara que limita os movimentos do soldador e o mantém muito próximo do local de solda e dos equipamentos para tratamento térmico. realizada em locais úmidos e com espaço restrito.3 § § § § § § Soldagem Seca e Úmida Fonte de energia para a soldagem – 300 a 600 A CC Chave de faca unipolar – 400 A Medidores de tensão e corrente Cabos de soldagem. 2/0 a 4/0 com grampo de terra Ferramentas para trabalhos submersos Ferramentas e componentes para manutenção e reparo de equipamentos. Quando o ar é o gás utilizado no interior da câmara. Deve haver uma comunicação sem problemas entre o soldador/mergulhador e o pessoal de superfície responsável por acionar a corrente elétrica para a soldagem. • • Por outro lado. Normalmente são utilizadas misturas de hélio e oxigênio (HeO2 ) com a monitoração da pressão parcial de O2. Os principais cuidados a serem tomados nos trabalhos em câmara seca são: § § § Monitorar e controlar os níveis de oxigênio no interior da câmara.2 Soldagem Úmida Durante a utilização de fontes CC na soldagem subaquática. As luvas devem ser de borracha e não devem apresentar furos ou rachaduras. para ignição. centelhas podem ser cond uzidas para regiões com acúmulo desta mistura e provocar acidentes. podem se tornar explosivas. as seguintes precauções e procedimentos devem ser seguidos para minimizar a possibilidade de ocorrência de choque elétrico e facilitar o trabalho do soldador: • traje de mergulho deve estar em boas condições. Utilização de trajes apropriados para evitar choques e o calor excessivo originário da soldagem. O combustível (hidrogênio) e o oxigênio estão presentes e. solventes). Sob condições de pressão suficientes. Em instalações nucleares a roupa deve ser completamente estanque. Os seguintes cuidados devem ser tomados: 16 . O ar pode ser utilizado até uma profundidade de 27 m. esta deve ser continuamente ventilada para evitar o acúmulo de gases e fumos oriundos da soldagem. • § 7. ao mesmo tempo.A pressão parcial do oxigênio no gás utilizado para expulsar e manter a água fora do espaço da câmara é de extrema importância para o soldador. Abaixo disto o gás deve ser adequado ao suporte de vida (respiração) e não deve ser capaz de possibilitar a combustão rápida de materiais inflamáveis. a mistura gasosa de oxigênio e hidrogênio produzida durante o processo de soldagem é inflamável. de forma a prevenir contaminação com materiais radioativos. bolhas destas misturas quando acumuladas em quantidades maiores. traje deve ser equipado com um suporte para as lentes de soldagem. Materiais que possam desprender fumos tóxicos ou irritantes não podem ser introduzidos na câmara (tintas. proteger convenientemente os olhos durante a soldagem. de forma a proporcionar uma visão clara da região de trabalho e. uso de equipamentos alimentados por fontes CA devem ser mantidos no mínimo necessário. os processos elétricos de corte e de soldagem produzem misturas explosivas de oxigênio e hidrogênio. algumas formas de soldagem e corte submerso podem ser utilizados com sucesso em todas as profundidades atualmente atingidas por mergulhadores. 17 . antes que a solidificação esteja completa. O material base foi o aço ASTM A 36 com um carbono equivalente de 0. as bolhas de gás devem ser constantemente eliminadas. 8 LIMITAÇÃES DE PROFUNDIDADE A profundidade em que os processos de corte e soldagem subaquática podem ser utilizados é uma preocupação constante. Os processos a arco são limitados pela energia requerida para produzir arcos de comprimento substancial. Quando a soldagem úmida estiver sendo feita em uma instalação hiperbárica.6-93 para soldas classe B é de 100 m. Entretanto. que possibilita as operações de soldagem e de corte subaquáticos em virtualmente qualquer profundidade que mergulhadores possam atingir. Destes.347. um largo número é disponível. Muitos processos tem sido testados em laboratório e em aplicações de campo com sucesso variável.Caso a soldagem esteja sendo feita em um espaço confinado. soldas subaquáticas expostas possuem propriedades similares a materiais temperados e fundidos. Os procedimentos de soldagem e corte subaquático que envolvem gases são limitados pela liquefação e pela decomposição causada pela alta pressão e baixas temperaturas. A máxima profundidade em que procedimentos de soldagem úmida foram qualificados de acordo com os requerimentos da especificação AWS D3. 9 EFEITOS AMBIENTAIS EM SOLDAS SUBAQUÁTICAS Um dos mais importantes efeitos encontrados durante a realização de soldagem subaquática é o aumento na taxa de resfriamento experimentada quando a peça de trabalho é exposta ao ambiente aquoso. Estas descontinuidades resultam do limitado tempo disponível para as bolhas de gás e partículas de escória atingirem a superfície da solda. O resfriamento rápido às vezes leva a formação de porosidade e de inclusões de escória. quando na consideração de suas propriedades. de fo rma a impedir o seu acúmulo. deve-se utilizar alguma forma/dispositivo para evitar o acúmulo de gás. ou em componentes estruturais com formato que facilite o confinamento das bolhas. com eletrodos de soldagem E6013 recobertos. Durante a soldagem. especialmente para profundidades maiores do que 20 m. Embora seja uma prática comum considerar soldas realizadas ao ar como estruturas fundidas. martensita altamente tensionada pode ser formada devido ao contato direto com a água. Toda a soldagem subaquática é realizada usando arcos. Entretanto. Entretanto. esta é a menor conseqüência da soldagem em água do mar e nenhum processo de soldagem é afetado drasticamente pela diferença na operação em água do mar ou água fresca. condições de resfriamento rápido ou concentrações de hidrogênio potencialmente altas devem ser evitadas. ou dos efeitos da umidade em todos os outros processos. um aumento 18 . Isto é atribuído à influência estabilizadora dos íons dos sais na água do mar. composição química da água.O hidrogênio está geralmente presente na soldagem subaquática como um produto da dissociação da água no arco elétrico. A quantidade de hidrogênio absorvida necessária para causar danos sérios ao material é difícil de ser determinada. Há um acordo na literatura de que não existe uma correlação simples. as propriedades físicas e mecânicas das soldas subaquáticas são afetadas pela capacidade de resfriamento do meio. A água pode vir de exposição direta. Processos que envolvem a utilização de câmaras de proteção parcial ou total também requerem considerações especiais com relação às condições de processo. tais como a eliminação de gases gerados pelo revestimento ou outros. efeitos da pressão e o potencial para absorção de gases a partir do gás de proteção. embora regiões martensíticas em aços de baixo carbono soldados por este processo também possam ser afetadas adversamente. Aços de média e alta dureza são mais suscetíveis à fragilização por hidrogênio. Em segundo lugar. a profundidade ou a pressão tem um efeito significativo nos processos de soldagem subaquática. propriedades físicas e das condições de soldagem existentes. que são constritos pela pressão hidrostática e pela tremenda capacidade de resfriamento de grandes volumes de água. Estes portadores de carga extras. Portanto. proporcionam uma estabilidade no arco maior do que quando os mesmos arcos são operados em água fresca. A fragilização por hidrogênio é função do tipo de aço. umidade e mudanças no processo de solidificação devido aos efeitos hiperbáricos. como na soldagem aberta ou úmida. 10 EFEITOS DO SUBAQUÁTICA AMBIENTE NOS PROCESSOS DE SODLAGME Os processos de soldagem subaquáticos são afetados pelo ambiente aquoso de duas maneiras significantes. Trincas retardadas também podem ocorrer. Primeiro. que são produzidos pela dissociação da água no arco. A combinação de martensita altamente tensionada e hidrogênio pode levar a formação de trincas no cordão de solda. Isto resulta em temperaturas do arco maiores do que as alcançadas na superfície. Se os cuidados adequados são tomados. ao se selecionar um procedimento para soldagem aberta. a soldagem aberta ou qualquer outro tipo de soldagem subaquática podem ser usados para produzir soldas de qualidade. Outra imperfeições relacionadas ao hidrogênio incluem o aparecimento de pequenas fissuras (flakes) na superfície de fratura que são paralelas à direção da tensão máxima. tratamento térmico. os processos a arco tendem a apresentar arcos mais suaves na água do mar do que em água fresca. 6 – Specification for Underwater Welding A especificação ANSI/AWS D3. com as devidas adaptações para serem utilizados em inspeções subaquáticas.na penetração e uma transferência de metal mais rápida. ondas. O efeito da pressão também pode levar à decomposição de alguns gases e a liquefação de outros. originários da própria estrutura. Isto também resulta em um aumento nos requerimentos da corrente para trabalhos subaquáticos. Soldas subaquáticas do tipo C .para aplicações estruturais. 11 ESPECIFICAÇÕES PARA SOLDAGME SUBAQUÁTICA ANSI/AWS D3. são basicamente: § § § Radiografia Partículas Magnéticas Ultra-Som 19 . define quatro tipos de soldas: § § § Soldas subaquáticas do tipo A . 12. torção e flexão. feitas de acordo com um procedimento de soldagem qualificado.6 – Specification for Underwater Welding. com as adaptações necessárias. Soldas subaquáticas do tipo O § 12 INSPEÇÕES SUBAQUÁTICAS As estruturas e componentes subaquáticos estão sujeitos a influência de esforços como tração.para aplicações estruturais limitadas. Soldas subaquáticas do tipo B . Devem ser livres de trincas e feitas de acordo com um procedimento de soldagem qualificado.para aplicações em serviços onde a qualidade estrutural não é crítica. marés e tempestades e aos fenômenos de corrosão associados ao ambiente marinho. Entretanto há um desacordo na literatura no valor do incremento em tensão ou corrente requeridos para sustentar um dado processo de soldagem.1 Métodos de Inspeção Os métodos e técnicas de ensaios não destrutivos utilizados. realizadas com um procedimento de soldagem qualificado. Os métodos e técnicas de ensaios não destrutivos utilizados para inspeção subaquática são derivados dos métodos convencionais de END. compressão. Inspeções em Serviço: os componentes são inspecionados periodicamente. As alterações necessárias são exclusivamente para permitir o manuseio/posicionamento dos sensores/transdutores utilizados nos ensaios pelos dispositivos robotizados. II e III para qualificação de pessoal de acordo com o escopo das atividades. as inspeções por meio de END devem ser realizadas por pessoal qualificado. Os métodos de END utilizados permanecem basicamente os mesmos utilizados em inspeções manuais. de acordo com as recomendações/ requerimentos da ASNT (American Society for Nondestructive Testing). de forma a possibilitar a detecção e o dimensionamento de descontinuidades que possam comprometer a sua integridade.§ § § § § Líquido Penetrante Correntes Parasitas Fuga Emissão Acústica Visual As inspeções subaquáticas são normalmente divididas em: § Inspeções de Fabricação: os componentes são normalmente fabricados em terra e as inspeções são realizadas utilizando-se os métodos convencionais de END. 12. sendo definidos os níveis I. como as tensões de trabalho e o ambiente quimicamente agressivo.2 Qualificação de Pessoal Da mesma maneira que para as inspeções realizadas na superfície. sem a necessidade de adaptações. as inspeções são realizadas com as devidas adaptações. os resultados dos END devem ser interpretados e avaliados por um inspetor de END qualificado e certificado. necessárias para a realização dos ensaios. 20 . originárias das condições de serviço destas estruturas/componentes. § 12.3 Inspeção subaquática Remota São as inspeções realizadas com o auxílio de dispositivos robotizados. Após a montagem no local de trabalho. Embora a inspeção seja realizada remotamente. 1 Reparo de Estruturas Offshore Reparo de danos provocados pela corrosão e fadiga. Welding. 21 .487-489.. Soldagem e Inspeção.M. 13. Brazing and Soldering – Underwater Welding and Cutting.5 Usinas Hidroelétricas Reparos e substituição de componentes em comportas. Ano 5. Welding Handbook – Applications.4 Usinas Nucleares Reparos em componentes do circuito primário do reator. substituição de componentes estruturais danificados durante a instalação ou por acidentes como a colisão de barcos. substituição de componentes estruturais. 1996.3 Reparos em Instalações Portuárias Reparo de danos originários de corrosão. Part 1. V.Specification for Underwater Welding – 1989. G.6-89 . nº 5. 1996. colisão. G. IVAN.2 Tubulações Submersas Reparo e/ou substituição de seções de tubulações submersas. p. 1999. p. Eighth Edition.. 6. 13.921-924. p10-16. V. 13. 3. RICARDO. 13.M. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AMERICAN WELDING SOCIETY – ANSI/AWS D3. Soldagem Subaquática Molhada por Contato com Eletrodo Revestido. Materials and AMERICAN SOCIETY FOR METALS.13 APLICAÇÕES 13. AMERICAN WELDING SOCIETY.