Os Trabalhos de Inspeção, na soldagem
Aqui serão discutidos os aspectos concernentes às atividades de inspeção e seu enquadramento nos sistemas de produção, os tipos de ensaios e inspeções, os preparativos para a inspeção, os ensaios destrutivos e o exame visual de juntas soldadas.
Com relações aos ensaios não–destrutivos, é dada ênfase especial aos ensaios radiográficos, sendo ainda efetuada uma incursão a outros métodos de ensaio não-destrutivos, incluindo um estudo comparativo entre a eficiência de cada um.
1. Introdução
1.1 O papel e as Finalidades da Inspeção
Os ensaios e inspeções nas indústrias podem, a grosso modo, serem divididos nos que concernem aos fabricantes e nos que são relativos aos usuários. Embora os métodos de inspeção sejam praticamente os mesmos, eles diferem em sua essência, dependendo do papel de cada um.
Sendo assim, os resultados dos ensaios, frequentemente, são interpretados de modos distintos, por pessoas distintas, dependendo de suas funções específicas.
Outro aspecto importante refere-se à segurança de certos produtos, que afeta não somente os fabricantes e usuários, mas também terceiros, ou então a sociedade como um todo. Por essa razão, muitas vezes, os métodos de ensaio e inspeção, bem como os padrões de aprovação, são especificados por órgãos governamentais, sociedades acadêmicas, associações industriais e outras instituições pertinentes.
Do ponto de vista dos fabricantes, os ensaios e inspeções têm as seguintes finalidades:
a) melhorar a confiabilidade, a qualidade e a garantia da qualidade do produto;
b) melhorar a engenharia do produto;
c) reduzir os custos de fabricação.
Deve-se notar, entretanto, que estas características não podem ser alcançadas simplesmente através dos ensaios e inspeções, pois estas são condições implícitas ao processo de manufatura, não sendo suficientes, porém, para atingir aqueles objetivos.
Já do ponto de vista dos usuários e compradores, os ensaios e inspeção significam:
a) confirmação da qualidade estabelecida no instante da compra;
b) confirmação e manutenção da qualidade durante o tempo de utilização;
c) um meio para selecionar fabricantes ou comparar os produtos.
Finalmente, o significado dos ensaios e inspeções, do ponto de vista das terceiras partes mencionadas anteriormente, inclui:
a) avaliação objetiva da qualidade dos produtos;
b) um meio de garantir a segurança social.
Tabela 1 - Ensaios e Inspeções nos Diferentes Estágios de Produção
Ensaios e inspeção para investigação
Ensaios e inspeções para pesquisa e desenvolvimento
Ensaios e inspeções para seleção de materiais Projeto Ensaios e inspeções para seleção de fornecedores
(no caso do projeto e da fabricação serem executados por terceiros) Ensaios e inspeções para determinação dos critérios de projeto Material Inspeção de recebimento
Ensaios e inspeções para determinação dos processos de soldagem Ensaios e inspeções para seleção dos procedimentos de soldagem Fabricação Ensaios e inspeção para Tratamento antes da soldagem
controle de qualidade Testemunho durante a soldagem Inspeção após a soldagem Ensaios e inspeção para a fabricação
Inspeção de recebimento Uso Inspeção de manutenção
Na verdade, para assegurar a qualidade e a confiabilidade das estruturas soldadas, é necessário tomar uma série de medidas consistentes, que abrangem desde as atividades da fase do projeto, até as inspeções em serviço. Estes estágios são apresentados em sequência na Tab. 1.
Um sistema para assegurar a qualidade de um produto não pode prescindir de ensaios e inspeções. No caso particular das juntas soldadas, as qualidades normalmente requeridas para elas são apresentadas na Tab. 2.
Tabela 2. Qualidades Requeridas pelas Juntas soldadas Cargas estáticas
Fadiga
Resistência a Temperaturas elevadas Baixas temperaturas Fluência
Dutilidade
Tenacidade em presença de entalhe Resistência à corrosão
Aparência Estanqueidade Continuidade
Outros (textura, pintura)
A qualidade mais importante de uma estrutura é sua resistência, mas, dependendo da sua aplicação intrínseca, outras características passam também a ser de capital importância. Para apresentar um exemplo bem simples, pode-se citar o caso da soldagem de uma calha, onde a estanqueidade seria a característica mais importante; já no caso de uma piscina, além da vedação, as juntas soldadas não deverão apresentar saliências contundentes, que possam ferir as pessoas que utilizam a piscina. Estas características são medidas e julgadas através de ensaios e inspeções.
1.2. Tipos de Ensaios e Inspeções
Os ensaios de materiais metálicos podem ser classificados em ensaios destrutivos e não- destrutivos, conforme é apresentada na Tab. 3. Já a classificação dos ensaios, do ponto de vista da Engenharia de Soldagem, é mostrada na Tab. 4.
Tabela 3. Ensaios e Inspeções de Materiais Metálicos
Ensaios de tração Ensaios mecânicos Ensaios de dobramento
Ensaios de dureza Ensaios de impacto Análise química
Exame metalográfico Macrografia
ENSAIOS Micrografia
DESTRUTIVOS
Ensaio de fagulha
Exame visual
Método de feixe reto Método de feixe em ângulo
Ensaio ultra-sônico Método das ondas de chapa (plate waves ou ondas de Lamb) Método de imersão
Método das ondas superficiais
ENSAIOS Radiografia direta
NÃO-DESTRUTIVOS Ensaio radiográfico Minirradiografia Fluoroscopia
Magnetizador em forquilha Magnetizador de eletrodo Método do fluxo axial
Ensaio por Método do fluxo na direção normal
partículas Método de magnetização por condutor central Magnéticas Método do solenóide de magnetização
Método de fluxo induzido
Ensaio por Líquido fluorescente Auto-emulsificável líquido Líquido visível Pós-emulsificável Penetrante Removível por solvente Emissão acústica
Extensometria
Durante a fabricação, as inspeções em juntas soldadas, geralmente, são executadas objetivando o controle da qualidade, ou, melhor dizendo, a segurança da qualidade. Considerando este enfoque, as Tabs 5, 6 e 7 apresentam os itens que devem ser verificados, respectivamente, antes, durante e após a execução de um trabalho de soldagem.
À guisa de informação, a Tab. 8 apresenta quais os ensaios e os métodos de inspeção que devem ser seguidos, em função das propriedades que se deseja julgar em uma junta soldada.
Tabela 4. Ensaios e Inspeção de Soldagem
Zona de Solda Determinação da máxima dureza Ensaios de tração e de fadiga Metal depositado Ensaios mecânicos (*)
Medida da quantidade de hidrogênio Juntas de topo Ensaios mecânicos (*)
Ensaio de impacto Solda de filete Ensaios mecânicos (*)
Ensaio de fratura Ensaios mecânicos
Solda por resistência Exame de seção transversal Exame visual
Ensaios mecânicos (*) Junta brazada Exame de recobrimento
Ensaios de corrosão
Ensaio de fratura com fenda-padrão Ensaio de fratura com barras circulares Ensaio de fratura para juntas em T Ensaio de fratura de juntas superpostas
Ensaio de fratura Ensaio de fratura com restrição, utilizando suporte em C Ensaio de fratura com chanfro em U
Ensaio de fratura com com chanfro em Y Ensaio de expansão angular em soldas de filete Ensaio de carga
Ensaio de estanqueidade
Cordão de solda Ensaio de dobramento
Ensaio de dobramento em presença de entalhe
Material de consumo Ensaios mecânicos em presença de entalhe
Ensaio de qualificação Ensaios não-destrutivos (*) Referir-se à Tab. 3.
Tabela 5 Itens a Serem Verificados Antes da Soldagem
Classificação dos Itens Itens a Verificar
Ambiente Ambiente de trabalho
Ambiente de soldagem
Itens relativos à segurança e à higiene Materiais e equipamentos Capacidade energética instalada e sua
estabilidade
Tipos de materiais de consumo e combinações Estado dos materiais de consumo
Qualidade dos equipamentos disponíveis Estudo dos equipamentos disponíveis
Fabricação e montagem Formato de chanfro
Dimensões do chanfro Abertura da raiz Deslocamento Folgas
Colocação de cobre-juntas Ponteamento
Colocação de orelhas de extremidade
Outros Limpeza da superfície de soldagem
Pré-aquecimento
Tabela 6. Itens a Serem Verificados e Medidos Durante a Soldagem Itens a Serem Verificados e Medidos Sequência de soldagem
Corrente de soldagem Tensão de soldagem Velocidade de soldagem Manipulação de eletrodo Deposição das camadas Posição do arco
Condições superficiais das camadas intermediária Remoção das camadas de escória
Goivagem da raiz
Temperatura entre passes
Seleção do eletrodo ou do diâmetro do arame
Tabela 7. Itens a Serem inspecionados ou Verificados Após a Soldagem
Classificação dos Itens Itens a Serem Inspecionados ou Verificados Aparência e defeitos superficiais Uniformidade da superfície do cordão
Crateras Superposições Saliências
Formato do pé do cordão Mordeduras
Superfície da cratera
Dimensões Reforço da solda
Comprimento da solda
Comprimento da perna do filete de solda Desigualdades nas pernas dos filetes de solda
Defeitos internos Trincas
Falta de fusão
Penetração insuficiente Inclusão de escória Porosidade
Poros vermiculares Bolhas (cavidades)
Tratamento Tratamento das orelhas de extremidade
Respingos Escarvamentos
Os ensaios de tração, a medida da ductilidade, a análise química etc. são os mesmos utilizados para a avaliação do material-base. Já o ensaio de soldabilidade propriamente dito serve para julgar o comportamento do material-base e do metal de enchimento, na execução da junta. Os itens referentes à soldabilidade são os seguintes:
(a) zona termicamente afetada do metal-base;
(b) defeitos de soldagem, particularmente as trincas da zona de solda;
(c) tenacidade em presença de trinca do metal-base e da zona de solda como um todo;
(d) ductilidade do metal-base e da zona de solda.
Tabela 8. Relações entre as Propriedades da Junta e os Métodos de Ensino
Métodos de Ensaio
Propriedades Ensaio de tração do metal-base
Metal Depositado
Junta de topo Junta de Filete
Ensaio de dureza Ensaio de fodiga Análise química Ensaio de corrosão
Ensaio de tração Ensaio de impacto Ensaio de tração Ensaio de dobramento Ensaio de impacto Ensaio de tração Ensaio de dobramento
Resistência à tração Limite de escoamento Ductilidade
Dureza
Tenacidade em presença do entalhe
Resistência à fadiga Composição química Resistência à corrosão
O O O
O O O
O O
∆
∆ O
O O
O O
∆
∆
O
∆
O O O O - Bastante relacionado ∆ - Relacionado, dependendo das condições
Tabela 9. Exemplos de Ensaios para Determinação da Soldabilidade
Ensaio COD
Ensaio de impacto Charpy (JIS Z 2202-1968) Avaliação da Tenacidade em NRL drop weight test
presença de entalhe Ensaio com entalhe profundo Double tension test
Outros
Ensaio de dobramento em cordão depositado Avaliação da ductilidade (JIS Z 3161-1977) (Ensaio Kommerel)
Ensaio de dobramento com entalhe em cordão depositado (JIS Z 3162-1977) (Ensaio Kinzel ou Ensaio Lehight) Avaliação da sensibilidade Ensaio de fratura com chanfro em Y (JIS Z 3158-1978) a trincas Para outros ensaios, consultar Tab. 4.
Ensaios de determinação da dureza máxima
Os principais ensaios para julgar a soldabilidade dos metais são apresentados na Tab. 9.
As juntas soldadas de equipamentos que trabalham sob pressão, como caldeiras, vasos de pressão, tubulações etc., são também submetidas a ensaios de pressão e de estanqueidade. Estes ensaios são efetuados com água a alta pressão, de cerca de 1,25 a 1,5 vezes a pressão nominal de trabalho. Como estes tipos de ensaio envolvem risco de sérios acidentes, devem-se tomar as devidas precauções durante sua realização.
1.3. Preparativos para os Ensaios
A qualidade dos ensaios e inspeção depende fundamentalmente dos cuidados que são tomados em sua preparação. Dessa maneira, recomenda-se considerar os seguintes itens, por ocasião da realização de ensaios em geral e particularmente de juntas soldadas.
1.3.1. Confirmação dos padrões empregados
Em um contrato, os padrões a serem seguidos, normalmente, são designados nas especificações. Existem muitos tipos de padrões para inspeção e os requisitos desses padrões podem definir significamente, de modo que um dos primeiros passos importantes é a decisão quanto ao padrão a ser empregado na execução de determinada obra estrutural. Outros padrões não especificam critérios ou os especificam muito vagamente, de modo que a confirmação dos mesmos é necessária, antes de se iniciar os trabalhos. Outro cuidado a ser verificado é a concordância no
tocante ao número e ao ano de emissão da especificação, pois as especificações podem conter variações, à medida que forem sendo publicadas.
1.3.2. Confirmação da extensão da inspeção
Obviamente, o que deve ser inspecionado e onde a inspeção será realizada são itens que deverão constar claramente no contrato. Além disso, informações a respeito da extensão da inspeção também deverão estar definidas, ou seja, se a inspeção será total ou por amostragem e, neste último caso, qual o critério para a escolha das amostras. Outro ponto a ser confirmado refere- se aos itens reprovados e que terão de sofrer novas inspeções para a aprovação final do trabalho.
1.3.3. Confirmação do cronograma de inspeção
Em uma atividade de produção, a data de entrega é de fundamental importância e, como a inspeção é um instrumento auxiliar da produção, deve-se evitar por todos os meios que o cronograma de produção seja prejudicado pelos trabalhos de controle de qualidade. Dessa maneira, o programa de produção de estruturas soldadas deve ser cuidadosamente examinado, para que sejam determinadas as melhores datas para a realização das inspeções. Outro ponto a considerar refere-se aos reparos que terão de ser executados, após a constatação de uma falha ou defeito, uma vez que o tempo despendido neste processo pode afetar significativamente o cronograma de produção. No caso de uma junta soldada, os trabalhos de ressoldagem poderão deteriorar a sua precisão ou mesmo o seu desempenho , exigindo um tempo muito maior que o programado para sua recuperação. Estes detalhes deverão, na medida do possível, ser previstos na programação da produção.
1.3.4. Confirmação do ambiente de inspeção
Em uma obra, as condições de trabalho nem sempre são favoráveis. Inspetores habilitados na oficina podem não ser capazes de trabalhar em andaimes estreitos a, por exemplo, 200 metros de altura. Uma vez que o ambiente de trabalho afeta não só os preparativos para os serviços de inspeções, mas também a seleção dos inspetores, devem-se levar em conta os fatores ambientais, para que a inspeção seja realizada de maneira eficiente e segura, para garantir a qualidade da obra executada.
1.3.5. Seleção dos inspetores
Os resultados dos trabalhos de inspeção dependem muito da capacidade técnica e do desempenho dos inspetores, de modo que se deve proceder a uma seleção rigorosa dos mesmos. Por outro lado, existem padrões e normas que exigem a qualificação dos inspetores para desempenharem suas funções.
1.3.6. Exame preliminar das estruturas soldadas
Nos trabalhos de inspeção, o exame preliminar da estrutura a ser ensaiada é então importante quanto a realização da inspeção em si, pois ele permite determinar qual o procedimento mais adequado a ser seguido. Recomenda-se, neste exame, coletar o maior número de informações a respeito não somente dos materiais, formato e dimensões dos itens a inspecionar, mas também sobre observações passadas, tipos e localizações de possíveis defeitos e algum obstáculo existente à
realização dos ensaios. Neste caso, o próprio inspetor deve se encarregar dos exames, bem como verificar todos os desenhos e especificações pertinentes.
1.3.7. Seleção do equipamento de inspeção
Os equipamentos de inspeção, como instrumentos de medida, blocos padrão para os ensaios de ultra-som etc., devem ser selecionados e colocados à disposição dos inspetores, efetuando-se antes a necessária calibragem para o seu bom desempenho. Estes cuidados também devem fazer parte das especificações do procedimento.
1.3.8. Preparação das juntas soldadas para ensaios
É da máxima importância para a qualidade da inspeção preparar adequadamente as juntas a serem ensaiadas, a fim de favorecer os exames efetuados. Por exemplo, se os cordões estiverem parcialmente cobertos com escória, não será possível conduzir um exame visual adequado.
No caso de ensaio por ultra-som, a superfície sobre a qual o cabeçote irá trabalhar deverá estar isenta de tinta ou graxa, pois estas impedirão a penetração das ondas sonoras, dificultando o ensaio a ser realizado.
Por essas razões e outras similares, os itens a serem inspecionados deverão estar previamente preparados, em função de cada método de inspeção a ser aplicado.
1.3.9. Entendimento com os grupos envolvidos
Um entendimento preliminar com o cliente, ou seu agente, e com o pessoal encarregado da produção é muito importante para discutir os pontos de eventual divergência e conseguir a cooperação de todos nos trabalhos de inspeção.
1.3.10. Outros itens importantes
Formulários de relatórios, sequências de procedimento e programação da inspeção podem constituir também fontes de divergência entre as partes envolvidas, de modo que estes assuntos deverão ser tratados com a devida antecedência. Dentro deste mesmo espírito, encontram-se a terminologia utilizada, os códigos e especificações, que podem diferir, de acordo com os tipos de atividade. Estes pontos reforçam a necessidade do entendimento prévio que deverá existir entre os inspetores os setores produtores do cliente.
2. ENSAIOS DESTRUTIVOS DE JUNTAS SOLDADAS
O melhor método para medir a resistência efetiva de uma estrutura soldada é aplicar-lhe as cargas reais de projeto e aquelas impostas pelo meio ambiente. Na impossibilidade deste procedimento, apela-se para os ensaios em modelo reduzido. Entretanto, estes ensaios sofrem a influência dos efeitos de escala e são válidos somente dentro da faixa em que existe a linearidade entre tensões e deformações.
Para simplificar o problema, os ensaios de resistência para avaliar as juntas soldadas são, na maioria das vezes, conduzidos por meio de corpos de prova apropriados, de acordo com as
especificações pertinentes. A correlação entre os resultados dos ensaios e a segurança das estruturas reais é, ainda hoje, objeto de muitas controvérsias. Como exemplo, pode-se sempre questionar a validade da hipótese adotada de que a zona de solda dos corpos de prova seja perfeitamente idêntica à existente em uma junta soldada real.
Este tipo de dúvida deverá ser ainda objeto de muitas conjecturas e estudos futuros, até se chegar a um consenso sobre a validade das hipóteses e ensaios realizados.
3. INSPEÇÃO VISUAL 3.1. Itens da Inspeção Visual
Na inspeção visual de juntas soldadas, devem-se considerar a aparência do cordão, as condições da superfície, os aspectos dimensionais e o tratamento da junta, conforme os itens da Tab. 18.
Tabela 18. Exame Visual Após a Soldagem
Aparência Regularidade da superfície do cordão Formato do pé da solda
Superposições Saliências Defeitos superficiais Mordeduras
Crateras Trincas
Reforço da Solda Dimensões Comprimento da Solda
Comprimento da perna do filete
Tratamento das orelhas de extremidade Tratamento Remoção de respingos
Escavamentos
Remoção de respingos Remoção de escória 3.2. Aparência do Cordão
A presença de irregularidades no tamanho e no formato do cordão não afeta somente o aspecto estético da junta soldada, mas pode esconder defeitos mais graves de soldagem. Em juntas de penetração total, executadas através de um só lado, a aparência final do cordão de raiz é de capital importância para a boa qualidade da união soldada. Já na soldagem vertical e na soldagem com proteção gasosa, a presença de algumas irregularidades superficiais torna-se inevitável.
Outro exemplo consiste no perfeito acabamento que deve existir nos pés dos filetes de solda, em juntas que devem resistir à fadiga.
A aparência da junta é examinada visualmente, de modo que, muitas vezes, fatores subjetivos podem interferir no julgamento da inspeção. Neste caso, é conveniente preparar corpos de prova para servirem como padrão de aceitação.
3.3. Defeitos Superficiais
Os defeitos superficiais são inspecionadas visualmente e através dos ensaios por partículas magnéticas e líquido penetrante. Para medir as profundidades das mordeduras, é conveniente utilizar gabaritos.
3.4. Verificação Dimensional
A verificação dimensional dos reforços de solda e da altura do filete, em juntas de canto, pode ser igualmente efetuada por meio dos gabaritos.
3.5. Tratamento Após a Soldagem
A verificação dos tratamentos após a soldagem, como a remoção da escória e dos respingos, também deve ser efetuada visualmente.
