Soldagem tig orbital: otimização de equipamentos e prospecções tecnológicas para procedimentos de passe de raiz

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015.As obras de construção de tubulações e dutovias para o transporte de matéria, principalmente na indústria do petróleo e gás, apresentam na atualidade constante crescimento, causando relevantes impactos econômicos e produtivos para o desenvolvimento do país. Neste tipo de obra, as etapas de soldagem são um fator determinante para melhores produtividades, em relevância, o passe de raiz. Atualmente, a soldagem manual com Eletrodo Revestido e TIG ainda são predominantes, porém este cenário vem mudando à medida que equipamentos e procedimentos automatizados são desenvolvidos. Dentre as tecnologias presentes, a soldagem TIG orbital mecanizada tem se apresentado como uma boa solução para os passes de raiz e preenchimento, principalmente na soldagem de ligas especiais. Contudo, o Brasil ainda não detém a tecnologia de fabricação de equipamentos desta natureza e tampouco existem metodologias e banco de informações referentes a procedimentos de soldagem para estas aplicações. A fim de contribuir para o desenvolvimento científico-tecnológico, o presente trabalho abrange as duas carências citadas. Primeiramente, buscou-se a otimização do sistema orbital (cabeçote e fonte de soldagem) a partir de melhorias no sistema AVC (Arc Voltage Control), programa da fonte de soldagem, dispositivos mecânicos do cabeçote, etc., capacitando o equipamento protótipo às operações orbitais. A segunda parte do trabalho concerne aos ensaios de bancada. Estes foram realizados sobre juntas chanfradas de tubulações de aço baixa liga com 406,4 mm (16") de diâmetro e parede de 12,7 mm (1/2"). O estudo abrange desde as etapas de fabricação dos corpos de prova à levantamento de procedimento em 360°. Foram analisadas questões quanto à geometria do cordão nas diferentes posições de soldagem, técnica de alimentação de arame, descontinuidades, geometria do bisel, entre outras. Para isto, alguns equipamentos foram utilizados tais como câmera filmadora, sistema de aquisição de dados e software para edição de imagens e modelagem 3D. Os resultados obtidos mostraram competência do equipamento, bem como o levantamento e compreensão da problemática e de fatores determinantes e influentes na soldagem TIG orbital.Abstract: The construction of pipelines for matter transportation, mainly in the Oil & Gas industry, has shown constant growth, causing significant economics and productive impacts on the country's development. In this kind of building, the determining factors for best yields are welding stages, in relevance, the root pass. Currently, manual welding with Stick Welding or TIG are still prevalent, but this scene is changing as automated equipment and procedures are developed. Among these technologies, mechanized orbital TIG welding has emerged as a good solution for the root pass and filling passes, especially for the welding of special alloys. However, Brazil still does not have the manufacturing technology of these equipments, nor are methodologies and knowhow for welding procedures for these applications. In order to contribute to the scientific and technological development, this paper covers the two aforementioned shortcomings. First, the optimization of orbital system (head and welding source) from improvements in AVC (Arc Voltage Control), power source program, mechanical devices, weldhead, etc., enabling the prototype equipment for orbital operations. The second part concerns the welding tests. These were carried out on beveled joints of low alloy steel pipes with 406.4 mm (16 ") in diameter and 12.7 mm wall (1/2"). The study covers from the manufacturing stages of the specimens to the specification of a 360° root pass procedure. Questions regarding the bead geometry in the different welding positions, wire feeding technique, discontinuities, bevel geometry, among other factors were analyzed. For this purpose, some devices have been used such as camcorder, data acquisition system and software for image editing and 3D modeling. The results showed the reliability of the equipment, technical and operational knowhow of orbital TIG welding