Um processo para cada necessidade

Todo equipamento tem o seu dia de parada para uma intervenção corretiva. Pode ser em função de uma trinca em algum elemento estrutural ou da necessária recuperação de sua caçamba desgastada. Não importa. Quando esse dia chega, entra em ação a solda de manutenção, processo que permite a recuperação da peça avariada de forma a se restabelecer suas características dimensionais e de resistência especificadas pelo fabricante.

“Com a evolução tecnológica, passamos a contar com centenas de processos de soldagem, mas a seleção do método mais adequado sempre se dá em função das necessidades no campo ou devido a características da estrutura a ser recuperada”, diz José Carlos de Souza, diretor da ABC Welding, empresa especialista nesse tipo de serviço. Exemplo disso é a soldagem no campo, na qual dificilmente o especialista vai optar por um processo combinado com gás de proteção, em função da presença de grandes correntes de ar. “Exceto, é claro, se houver uma forma de construir uma área protegida”, explica Souza.

Segundo o especialista, a escolha dos eletrodos segue a mesma filosofia. “Eles devem corroborar a exigência de cada projeto, mas deve-se combinar alguns valores.” Entre os parâmetros, o engenheiro cita a composição química do metal a ser soldado, sua dureza e condições de serviço. O fato de o material ter sido ou não beneficiado com algum tratamento térmico ou termoquímico também é importante, assim como sua resiliência, fadigas mecânica e térmica, resistência à fluência e fenômenos metalúrgicos. Além disso, ele recomenda atenção à influência causada pelo tipo da substância que passa pelo metal.

Atenção às sobreposições
Um caso real exemplifica as ponderações do especialista: materiais com aço ASTM A 516, com resistência mecânica de 500 MPA, seriam soldados com um eletrodo E 7018, o qual consegue se enquadrar nos parâmetros de resistência mecânica das peças a serem consertadas. “Esse aço é aplicado em projetos onde ocorre a transição dúctil frágil, portanto uma granulometria fina”, explica Souza. “Para fechar o processo de escolha do eletrodo, precisamos de mais uma propriedade, que é a resistência dúctil frágil. Essas informações levarão à seleção do eletrodo AWS E 7018-1”, ele conclui.

Apesar da variedade de metodologias e eletrodos, o especialista em soldagem Cleverson Perdono, da Lincoln Electric, avalia que é possível falar em aplicações recorrentes em setores específicos. A manutenção de equipamentos de mineração é um exemplo disso. Sob severas condições de operação, os componentes dos caminhões fora-de-estrada, assim como as peças dos britadores, sofrem muito desgaste, o que enseja um processo de manutenção focado nesse tipo de problema.

Em aplicações desse tipo, os especialistas recomendam a soldagem com uso de carboneto de cromo – no formato de arame ou eletrodo – indicado para materiais com dureza de 60 a 65 Rockwell. Um pouco diferente, em termos de abordagem, é a recuperação de eixos, cuja matéria-prima geralmente envolve uma base inoxidável do tipo cromo-níquel.

Além da escolha do método e eletrodo mais adequados, o processo de soldagem deve ser o mais rigoroso possível para se evitar problemas como a sobreposição de soldas. “O segredo da metalurgia de soldagem é questionar como foi feito o último reparo, com quais critérios, se a especificação do procedimento de soldagem (EPS) foi qualificada ou ainda se o processo seguiu alguma norma técnica, como a ASME, API, AWS ou da Petrobras”, detalha Souza.

Investigando a peça
De acordo com o especialista, o risco de uma base comprometedora depende da aplicação destinada à peça reparada, ou seja, se ela vibra, se está sujeita a alguma força de compressão, de torção e outras. O fato de armazenar algum tipo de produto que pode contaminar a base do metal com óleo, gases e outros materiais também influi.

A ação mais adequada, quando não houver um histórico da peça a ser consertada ou uma indicação dos produtos usados no reparo anterior, é remover todo o material que possa comprometer o novo conserto. Os especialistas também recomendam a realização de ensaios destrutivos, não-destrutivos ou ensaios metalográficos, com o objetivo de dimensionar a estrutura metalúrgica e suas diferenças. Com isso, torna-se possível identificar o metal original da peça e o material depositado em processos de soldagem.

Um caso específico, que ajuda a entender tais orientações, é a contaminação em tubos de gases na indústria petroquímica, normalmente fabricados em aço inoxidável da série Hastelloy HK 40 ou em ligas HP. Devido à alta temperatura de trabalho a que esses tubos ficam expostos, em torno de 1.150 ºC, os gases de hidrocarboneto migram para dentro do material e geram o fenômeno conhecido como “sensitização”, facilitando seu processo de corrosão. Segundo Souza, a aplicação de solda nessas condições exige que, antes do reparo, o tubo seja cortado até se atingir a área isenta desse fenômeno.

A recuperação de engrenagens e eixos, sempre sujeitos a contaminação por óleo, representa um caso à parte e exige ações específicas. A primeira etapa consite em limpar a peça com a remoção do óleo, pois sua temperatura de ebulição é menor do que a temperatura de fusão do metal de base. Caso contrário, a evaporação de gases durante a soldagem pode contribuir para a formação de poros na estrutura do material, resultando até mesmo em trincas no final do reparo.

Presença de contaminantes
De acordo com Souza, a dificuldade na eliminação do material contaminante pode exigir um processo conhecido como “amanteigamento” na base do bisel contaminado, seguido da remoção da primeira soldagem. “Trata-se de uma alternativa para as soldas de manutenção, de forma a garantir as propriedades da base de um bisel contaminado quando não se consegue eliminar, de outra maneira, o contaminante difundido.” A técnica é utilizada não só diante da contaminação de líquidos e gases como também na presença de materiais sólidos e em juntas que foram goivadas com eletrodos de carvão.

Além da eliminação de contaminantes e da escolha do método de soldagem e do eletrodo mais adequado, o controle de temperatura (heat input) também é fundamental para a qualidade do serviço. Souza evita especificar a temperatura mais adequada de forma generalizada, pois cada caso deve ser analisado individualmente. Nesse caso, a especificação deve considerar as condições em que a peça recuperada irá operar, seja ela aplicada em um projeto industrial, naval, petroquímico, de mineração ou off-shore, entre outros.

Apesar das diferenças, ele destaca o processo de soldagem usado em manutenções industriais. No caso de aços carbonos com teores de até 0,2% C, não há necessidade de pré-aquecimento, exigindo-se apenas que os passes sejam realizados de forma controlada a 250°C, quando a soldagem tem um controle de qualidade rígido no quesito transição dúctil frágil. A exceção ocorre nos aços com teores de 0,1% de carbono, cujos critérios são abertos por não serem aceitos em alguns tipo de projetos industriais, além dos aços estruturais utilizados na área de petróleo.

A soldagem de aços com teores acima de 0,2% de carbono, por sua vez, exige um rigoroso controle térmico do processo, com consultas ao “Diagrama de Transformação com Resfriamento Contínuo (CCT)”, o que poucos usuários sabem fazer, segundo a avaliação de Souza. Uma das orientações, nesse caso, é ter como parâmetro a resistência mecânica do material e consultar as normas para uso dos consumíveis (eletrôdos, arames etc.). O processo também deve ser controlado em termos de temperatura do pré-aquecimento, dos passes realizados e do pós-aquecimento.

Um terceiro grupo de avaliação de temperatura deve ser adotado na soldagem de aços de baixa, média e alta liga. A consulta da soldabilidade pode ser facilmente feita com a leitura da norma “ASME II – Parte C – Consumíveis”. O gradiente de temperatura vai variar em cada caso, de acordo com a análise do material a ser soldado. Na avaliação do especialista, a consulta à norma técnica requer um sólido conhecimento do idioma inglês por parte do profissional. “Isso dá uma garantia, porque não podemos confiar em normas desatualizadas disponíveis no mercado e fazer uma aproximação de certos conceitos pela sensibilidade.”

Avaliação da temperatura
Ainda em relação à temperatura, recomenda-se uma análise detalhada da quantidade de passes necessária em cada soldagem. O controle de gradiente térmico que precisa ser aplicado à peça é a alma do projeto. Depois de definido esse item, por meio de investigação por um corpo de prova, o próximo passo consiste na escolha dos consumíveis (como eletrodos e arames) que serão usados para a deposição de solda, desde o primeiro passo do processo até o acabamento final.

Para Perdono, da Lincoln, a questão da temperatura deve ser analisada dentro de um conceito mais amplo, que vislumbre a energia despendida na soldagem. “O sucesso do processo está diretamente ligado ao melhor controle desse aporte de energia.” Fatores como a dimensão e massa da peça devem ser considerados. Como a maioria dos componentes recuperados com solda de manutenção são feitos de aço carbono, ele ressalta que, nesse caso, o serviço não fica sujeito a grandes complicações. Já a soldagem de peças confeccionadas em manganês ou baixas ligas requer um controle mais rigoroso.

Nos reparos em peças de aço manganês, o usuário deve conhecer a composição do material a ser restaurado para determinar as temperaturas de pré-aquecimento, pós-aquecimento e dos passes aplicados. Normalmente não se deve ultrapassar os 200 ºC, pois o manganês “memoriza” esses processos e sua estrutura pode não voltar à condição original uma vez superada a faixa de 500 ºC. Dessa forma, é necessário o uso de recursos como pirômetros ou lápis térmicos para ser manter a temperatura dentro de uma faixa aceitável. Outra alternativa é lançar mão de técnicas como a imersão da peça em água, deixando exposta apenas a área a ser soldada.

Quantidade de passes
Tomando como exemplo uma roda guia usada em materiais rodantes, o especialista da Lincoln explica que a adoção de dois a três passes de solda contribui para que a superfície restaurada atinja uma dureza adequada à especificação da peça. A correta especificação da temperatura e da quantidade de passes também evita a geração de tensões na estrutura da peça após a soldagem. Souza, da ABC Welding, destaca que os erros acontecem justamente pelos descuidos na preparação da junta. Para evitar parte dessas tensões, o especialista recomenda a utilização de gabaritos de soldagem.

Ele destaca que as propriedades mecânicas e metalúrgicas de uma soldagem são diretamente proporcionais ao seu gradiente térmico, considerando-se a temperatura de pré-aquecimento, a temperatura dos passes e, quando necessário em casos especiais, também a temperatura de pós-aquecimento. Especificamente nos casos de materiais fabricados em ferro fundido, as tensões residuais podem ser evitadas com o uso de técnicas de soldagem adequadas.

Vale ressaltar que o processo de soldagem em ferro fundido direre do adotado no caso do aço (veja quadro ao lado). “O domínio da metalurgia de soldagem do ferro fundido é que vai determinar a metodologia e, normalmente, os consumíveis de depósitos austeníticos à base de níquel são adotados em alguns casos especiais”, completa Souza.

Carbono na superfície
Ele cita uma experiência vivida pela ABC Welding com a recuperação de uma roda dentada de 4.200 mm de diâmetro, cujo reparo atingiu 200 mm de espessura. A peça tinha uma trinca de 3.200 mm e o processo de soldagem consumiu mais de 700 kg. Quando o processo foi encerrado, a roda dentada não apresentava nenhum tipo de desvio dimensional, tanto no sentido axial como no angular.

Nessa mesma peça foi realizado uma análise de fratura, sendo que a zona termicamente afetada (ZTA) era de 1,2 mm, medida entre a área com o metal original e a área com o depósito de solda. A tensão de soldagem não ultrapassou 2%, comparando-se um corpo de prova com a peça real. O mesmo processo de soldagem foi posteriormente utilizado na recuperação de um vaso de pressão da Petrobras com espessura de 150 mm.

Outro problema recorrente nas soldagens se relaciona ao teor de carbono na superfície de uma estrutura reparada. Isso depende de como o projeto de soldagem está sendo executado, mas existe uma tendência – em função da composição química do consumível – de se manter a última camada de solda com dureza maior, devido ao grau de resfriamento diferenciado em relação aos demais cordões usados durante a soldagem.