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ESTUDO TÉCNICO DA
SOLDAGEM DOS TUBOS DE
UMA CALDEIRA PARA
GERAÇÃO DE VAPOR QUE
UTILIZA CICLO RANKINE
Engenharia Mecânica
Universidade Federal do Pará (UFPA)
55 pag.
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ 
INSTITUTO DE TECNOLOGIA 
FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
 
MARCELO LIMA CARDOSO / 08188002001 
 
 
 
 
ESTUDO TÉCNICO DA SOLDAGEM DOS TUBOS DE UMA CALDEIRA PARA 
GERAÇÃO DE VAPOR QUE UTILIZA CICLO RANKINE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BELÉM 
2013 
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MARCELO LIMA CARDOSO / 08188002001 
 
 
 
 
 
 
ESTUDO TÉCNICO DA SOLDAGEM DOS TUBOS DE UMA CALDEIRA PARA 
GERAÇÃO DE VAPOR QUE UTILIZA CICLO RANKINE 
 
 
 
 
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao 
Colegiado da Faculdade de Engenharia Mecânica do 
Instituto de Tecnologia da Universidade Federal do 
Pará para obtenção do grau de Engenheiro Mecânico. 
 
 
 
Orientador: Prof. Dr. Eng. Alexandre Saldanha do 
Nascimento. 
 
Coorientador: Eng. Henrique Fernando Pinheiro 
Espirito Santo. 
 
 
 
BELÉM 
2013 
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MARCELO LIMA CARDOSO / 08188002001 
 
 
ESTUDO TÉCNICO DA SOLDAGEM DOS TUBOS DE UMA CALDEIRA PARA 
GERAÇÃO DE VAPOR QUE UTILIZA CICLO RANKINE 
 
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado 
para obtenção do grau de Engenheiro Mecânico 
pela Universidade Federal do Pará . 
Submetido à banca examinadora constituída por: 
 
__________________________________________ 
Prof. Dr. Eng. Alexandre Saldanha do 
Nascimento 
UFPA – Orientador/ Presidente 
__________________________________________ 
Prof. Me. Douglas Neves Garcia 
UFPA – Membro 
__________________________________________ 
Prof. Dr. Carlos Alberto Mendes da Mota 
UFPA – Membro 
__________________________________________ 
Eng. Henrique Fernando Pinheiro Espirito Santo 
UFPA – Coorientador. 
 
Julgado em ____ de _______________de 201___ 
 
Conceito:__________________________________ 
 
BELÉM 
2013 
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Dedico este trabalho aos meus pais, Marcelo e 
Ineti, e em especial aos meus avós, José Maria e 
Maria de Nazaré, onde estes, juntamente com 
meus pais sempre estiveram ao meu lado e me 
incentivaram no decorrer da vida a ser um 
vencedor, me proporcionando a oportunidade de 
vencer mais uma batalha na vida. 
 
 
Marcelo Lima Cardoso 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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AGRADECIMENTOS 
 
Meu primeiro agradecimento é para Deus, por me presentear com todas as oportunidades que 
tive na vida que resultaram nesta chegada ao final do curso de graduação em Engenheiro 
Mecânico. 
A minha família que tem cem por cento de influencia na minha formação, pois me apoiou 
em todos os momentos, acreditando que eu conseguiria quando nem eu mesmo acreditava. 
Ao meu pai, Raimundo Marcelo, que sempre acreditou e me apoiou em minhas decisões, 
acarretando em suporte e força para alcançar meus objetivos, sendo o de Engenheiro 
Mecânico um grande orgulho para meu pai. 
Um agradecimento especial para minha mãe, Ineti, que sempre esteve disposta a me ajudar de 
todas as formas para alcançar os melhores resultados na minha vida. 
Ao professor Alexandre Saldanha, que concordou em me orientar e me apoiou na realização 
do referido trabalho me mostrando os caminhos corretos para a finalização deste trabalho. 
Ao Engenheiro mecânico Henrique, meu coorientador, que me ajudou de forma fundamental 
no termino deste trabalho. 
Por último e mais importante um agradecimento ao meu avô José Maria que sempre me 
aconselhou a seguir os caminhos corretos e a minha avó Maria de Nazaré que por muito 
tempo acordou cedo e me incentivou diariamente a estudar para chegar a este momento que 
culminou na minha formação 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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RESUMO 
 
A soldagem de manutenção é um dos métodos de união mais utilizados na recuperação dos 
componentes mecânicos, pois é um método muito eficiente e com um tempo de trabalho 
relativamente curto relacionado a outros métodos de união. Na soldagem de tubulações 
garante maior estanqueidade do que, por exemplo, união por roscamento. Na caldeiraria o 
emprego da soldagem também se faz presente na união dos dutos que fazem parte de sua 
estrutura, no entanto, as soldagens destes equipamentos por serem de altíssima 
responsabilidade necessitam de cuidados especiais na hora de soldar como a escolha adequada 
dos parâmetros de soldagem e procedimentos de soldagem para a realização do serviço, além 
dos ensaios posteriores para verificar a qualidade da união. Uma vez que estes equipamentos 
por serem geradores de vapor e se utilizarem uma grande quantidade de calor muito grande 
em seu interior. Normalmente utilizam-se quatro tipos de processos mais comuns para a 
soldagem de caldeiras, ou seja, a soldagem por Eletrodo Revestido, Arame Tubular, MIG e 
TIG. Este trabalho consiste no desenvolvimento de um estudo dos aspectos práticos da 
soldagem de manutenção em tubulações de uma caldeira a vapor. Sendo que a mesma usa 
como combustível, resíduos sólidos (madeira), gerando vapor para posterior geração de 
energia elétrica, foi realizado um levantamento de alguns parâmetros de soldagem, 
observando e pontuando os acertos e as posteriores falhas ocorridas nesta soldagem mediante 
as normas técnicas adotadas. 
 
 
Palavras-chave: Soldagem. Caldeiras. Soldagem de tubulações. Tubulação. 
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ABSTRACT 
 
The welding maintenance is one of the joining methods commonly used in the recovery of 
mechanical components, it is a very efficient method and with a relatively short working time 
related to other joining methods. In welding of pipes ensures greater tightness than, for 
example, by tapping union. In the boiler the use of welding is also present in the union of the 
ducts that are part of its structure, however, these welding equipment to be of the highest 
responsibility requiring special care when welding as a suitable choice of welding parameters 
and welding procedures for performing the service, plus the subsequent tests to check the 
quality of marriage. Since these devices because they generate steam and use a large amount 
of heat very large inside. They usually have four types of the most common processes for 
welding boiler, the welding electrode Coated, Tubular Wire, MIG and TIG. This work is to 
develop a study of the practical aspects of maintenance welding on pipes of a steam boiler. 
Being that it uses as fuel, solid waste (wood), generating steam for electricity generation later, 
a survey of some welding parameters, observing and pointing out the successes and failures 
later this welding technical standards adoptedby . 
 
 
Keywords: Welding. Boilers. Welding of pipes. Pipe. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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LISTA DE ABREVIATURA 
 
API 
ARBL 
ASME 
ASTM 
AWS 
BLAR 
BS 
BVD 
CA 
CC - 
CC+ 
CC- 
DIN 
ER 
ESAB 
EWI 
GTAW 
MIG 
NR 
PMTA 
TIG 
TM 
TTAT 
ZTA 
 
 
 
 
 
American Petroleum Institute 
Alta Resistência e Baixa Liga 
American Society of Mechanical Engineers 
American Society for Testing Materials 
American Welding Society 
Baixa Liga e Alta Resistência 
British Standars Institution 
Basic Vertical Down 
Corrente alternada 
Corrente contínua 
Corrente contínua polaridade positiva 
Corrente contínua polaridade negativa 
Deutsches Institut für Normung 
Eletrodo Revestido 
Elektriska Svetsnings Aktie Bolaget 
Edison Welding institute 
Gas Tungsten Arc Welding 
Metal inert Gas 
Norma Regulamentadora 
Pressão Máxima de Trabalho Admissível 
Tungstên Inerte Gás 
Conformação Termomecânica 
Tratamento Térmico de Alivio de Tensões 
Zona Termicamente Afetada 
 
 
 
 
 
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LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
Figura 2.1 - Classificação de eletrodos revestidos para aços carbonos pela especificação da 
AWS 5.1 ................................................................................................................................... 18 
Quadro 2.1 - Classificação dos eletrodos para aços carbono ................................................... 19 
Quadro 2.2 - Requisitos químicos para eletrodos revestidos para aços carbono ...................... 19 
Quadro 2.3 - Propriedades mecânicas dos eletrodos revestidos para aços carbono ................. 20 
Figura 2.2 - Valores típicos de tenacidade dos metais de solda após soldagem de tubulações 
de BLAR ................................................................................................................................... 24 
Quadro 2.4 - Seleção de eletrodos revestidos para soldagem de tubulações ............................ 26 
Figura 2.3 - Esquema do processo TIG .................................................................................... 27 
Figura 2.4 - Tocha TIG ............................................................................................................. 29 
Figura 2.5 - Especificação das Varetas TIG ............................................................................. 31 
Figura 2.6 - Soldagem automática onde os tubos rodam .......................................................... 33 
Figura 2.7 - Soldagem automática de tubos fixos .................................................................... 34 
Quadro 3.1 - Propriedades mecânicas dos aços mais utilizados para fabricação de tubos ...... 36 
Quadro 3.2 - A resistência destes aços mediante adição de pequenas quantidades de elementos 
de liga ....................................................................................................................................... 37 
Quadro 3.3 - Características técnicas da fornalha .................................................................... 38 
Quadro 3.4 - Características técnicas dos tubos coletores da fornalha ..................................... 39 
Quadro 3.5 - Características técnicas dos tubos das paredes da fornalha................................. 39 
Quadro 3.6 - Dimensões do corpo da fornalha ......................................................................... 39 
Quadro 3.7 - Características técnicas da grelha refrigerada ..................................................... 40 
Figura 3.1 - Grelha refrigerada ................................................................................................. 40 
Quadro 3.8 - Mostra a composição química e propriedades mecânicas dos tubos utilizados .. 41 
Figura 3.2 - Lixamento e preparação ........................................................................................ 42 
Figura 3.3 - Entrada para tubulões lixadas e preparadas para ponteamento ............................. 42 
Figura 3.4 - Alinhamento dos tubos ......................................................................................... 43 
Figura 3.5 - Ponteamento dos tubos ......................................................................................... 43 
Figura 3.6 - Junta soldada com TIG ......................................................................................... 44 
Figura 3.7 - Fonte Origo Arc 286i ............................................................................................ 45 
Quadro 3.9 - Caracteristicas técnicas da fomte origoArc 286i ................................................. 45 
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Quadro 3.10 - Propriedades químicas e mecânicas da vareta AWS ER 80S-G ....................... 46 
Quadro 3.11 - Eletrodo E 7018 utilizado na soldagem............................................................ 47 
Figura 3.8 - Fonte de soldagem ER .......................................................................................... 47 
Quadro 3.12- Características técnicas da fonte ........................................................................ 48 
Figura 4.1 - Penetração excessiva na junta soldada.................................................................. 50 
Figura 4.2 - Cordão de solda após a realização do enchimento ............................................... 51 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 13 
1.1 Considerações gerais ........................................................................................................ 13 
1.2 Importância do trabalho .................................................................................................. 15 
1.3 Objetivos do trabalho ....................................................................................................... 15 
1.3.1 Objetivos gerais ............................................................................................................... 15 
1.3.2 Objetivos específicos ....................................................................................................... 15 
1.4 Limitações do trabalho ..................................................................................................... 15 
1.5 Estrutura do trabalho ...................................................................................................... 16 
2 REVISÃO BIBLOGRÁFICA ............................................................................................. 17 
2.1 Soldagem com eletrodos revestidos ................................................................................. 17 
2.1.2 Propriedades mecânicas ................................................................................................... 20 
2.1.3 Funções dos revestimentos dos eletrodos ........................................................................ 20 
2.1.4 Eletrodos com revestimento celulósico ........................................................................... 23 
2.1.5 Eletrodos com revestimento básicos ...............................................................................24 
2.2 Soldagem Tungstênio inerte gás (TIG) ........................................................................... 26 
2.2.1 Princípios de operação ..................................................................................................... 27 
2.2.2 Variáveis do processo ...................................................................................................... 27 
2.2.3 Equipamentos: ................................................................................................................. 29 
2.2.3.1 Tochas ........................................................................................................................... 29 
2.2.3.2 Bocais ........................................................................................................................... 30 
2.2.3.3 Eletrodos ....................................................................................................................... 30 
2.2.3.4 Fontes de potência ........................................................................................................ 30 
2.2.4 Consumíveis .................................................................................................................... 30 
2.2.5 Gases de proteção ............................................................................................................ 31 
2.2.5.1 Tipos de gases ............................................................................................................... 31 
2.3 Novos métodos automatizados para a soldagem de tubulações ................................... 32 
2.3.1 Soldagem automática TIG quando tubos rodam durante o trabalho ............................... 32 
2.3.2 Orbital automático de soldagem TIG com o tubo ficando fixo e a cabeça gira soldagem 
durante a soldagem ................................................................................................................... 33 
2.4 A produtividade das juntas soldadas .............................................................................. 34 
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3 METODOLOGIA ................................................................................................................ 36 
3.1 Metais utilizados ............................................................................................................... 36 
3.1.1 Composição ..................................................................................................................... 37 
3.2 Características técnicas da Caldeira .............................................................................. 38 
3.2.1 Corpo da fornalha ............................................................................................................ 38 
3.2.2 Grelha refrigerada ............................................................................................................ 39 
3.3 Processo de preparo para a soldagem de tubulações .................................................... 41 
3.4 Processos de soldagem utilizados .................................................................................... 44 
3.4.1 Soldagem de raiz ............................................................................................................. 44 
3.4.2 Enchimento ...................................................................................................................... 46 
4 RESULTADOS .................................................................................................................... 49 
4.1 Inspeção das juntas soldadas ........................................................................................... 49 
4.2 Analise visual das juntas soldadas .................................................................................. 49 
4.3 Parâmetros da soldagem .................................................................................................. 50 
4.4 A avaliação da produtividade das juntas soldadas ........................................................ 52 
5 CONCLUSÃO ...................................................................................................................... 53 
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 54 
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13 
1 INTRODUÇÃO 
1.1 Considerações gerais 
Ao longo da história tem-se usado a soldagem como o processo de junção mais 
empregado na construção e montagem de dutos. O emprego deste tipo de soldagem tem 
crescido pela alta da demanda mundial de alguns insumos importantes, tais como o óleo, gás e 
etc. Que tem motivado a expansão e construção de muitos dutos soldados, procurando-se 
novas formas de reduzir os custos dos projetos, bem como novos processos de soldagem com 
alta velocidade e maior produtividade são altamente empregados. 
A transmissão e distribuição de importantes insumos para a sobrevivência e 
crescimento de um país são normalmente realizadas através de sistemas integrados, 
compostos por tubulações. 
Por estes sistemas, a água, os óleos combustíveis, o gás natural, o gás liquefeito de 
petróleo, os minérios e muitas outras substâncias são transportadas das regiões de nascente 
ou extração até as indústrias de transformação ou usuários finais. Tecnicamente, essas 
tubulações podem receber diferentes nomes, tais como, aguodutos, gasodutos, oleodutos, 
minero dutos, etc. A designação é dependente da substância que está sendo escoada em seu 
interior. 
Como exemplo da importância da soldagem, observa-se que a maior parte das 
tubulações instaladas atualmente nos Estados Unidos foi construída por sistemas integrados 
(FEDELE, 2002.). 
Entretanto, mesmo considerando toda a experiência já adquirida, a tecnologia de 
soldagem de tubulações encontra-se em constante desenvolvimento, atualizando-se para 
atender os requisitos de soldabilidade de novos materiais e às crescentes necessidades de 
aumento da produtividade. 
Para isso, o estudo das características dos novos aços e o conhecimento da metalurgia 
da soldagem tornam-se fatores essenciais, permitindo o desenvolvimento de metais de adição 
compatíveis e a elaboração de procedimentos de soldagem adequado de forma a assegurar a 
qualidade do metal depositado e evitar acidentes que em geral são catastróficos. A experiência 
de campo também é fundamental para a compreensão de importantes condições de contorno e 
deve ser sempre levada em consideração. 
Apesar das grandes inovações em soldagem de tubulações, o principal processo de 
soldagem ainda utilizado na instalação de tubulações é a soldagem manual com eletrodo 
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14 
revestido, graças a sua versatilidade. Entretanto para reduzir custos e aumentar a 
produtividade, particularmente em longos percursos, várias empreiteiras adotaram processos 
de soldagem semiautomáticos ou totalmente automatizados com arames tubulares com 
alma metálica ou não metálica e arames sólidos. 
Alguns códigos reconhecidos, tais como códigos ASME ou códigos BS devem ser 
seguidos sempre que aplicáveis para a realização dos procedimentos soldagem de tubulações 
e as soldas devem ser realizadas sob a supervisão direta de um encarregado experiente e com 
um inspetor habilitado. O material deve cumprir as especificações originais, estas 
especificações podem ser obtidas a partir dos esquemas da caldeira.Deve-se realizar uma supervisão muito cuidadosa deve ser dada em todas as fases do 
trabalho de reparação. Eletrodo de baixo hidrogênio deve ser utilizado para ter propriedades 
mecânicas semelhantes ao do metal original e prevenir trincas induzidas por hidrogênio. 
Para localizar trincas em solda, realiza-se os chamados testes não destrutivos como, 
líquido penetrante, inspeção por partículas magnéticas, ultrassom e raio-x primeiro a localizar 
as rachaduras ou descontinuidades superficiais e os posteriores localizam trincas 
imperceptíveis através da superfície da junta soldada. Se houver áreas defeituosas precisam 
ser cortadas por um corte com maçarico. 
Em função da energia térmica imposta pelo processo de soldagem alterações podem 
ocorrer na estrutura metalúrgica do metal de base adjacente à solda (zona termicamente 
afetada ou ZTA). Estas mudanças podem fragilizar ou degradar as propriedades do material. 
Portanto, após a soldagem em alguns casos é recomendado realizar um tratamento térmico de 
alivio de tensões (TTAT) para restaurar a ductilidade do material e, assim, evitar tensões 
residuais e fissurações. Além desses cuidados é recomendado que a caldeira seja submetida a 
um teste hidrostático de 1,5 vezes a pressão máxima de trabalho admitida (PMTA) durante 
pelo menos 15 minutos, para minimizar os riscos de explosões e identificar possíveis falhas 
(FEDELE, HUPPES, 2002, 2009). 
No entanto foi dedicado um amplo espaço para a soldagem manual, com referência 
especial às práticas operacionais e à avaliação da qualidade, devido ao seu uso frequente na 
soldagem de tubos da Caldeira de geração de vapor, como observado na empresa em que foi 
realizado o serviço, porém sem desprezar os métodos mais modernos e produtivos que estão 
sendo e serão cada vez mais utilizados no brasil. 
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15 
1.2 Importância do trabalho 
Com o crescente aumento da soldagem de tubulações buscou-se neste trabalho, 
mostrar os métodos mais utilizados na soldagem da tubulação de uma caldeira de geração de 
vapor, assim como mencionar outros métodos para a soldagem e também mostrar os métodos 
utilizados para testes de falhas nas juntas soldadas, mostrando também os métodos de 
inspeção que poderiam ser utilizados para verificar a confiabilidade e a melhoria da qualidade 
do serviço. 
1.3 Objetivos do trabalho 
1.3.1 Objetivos gerais 
O objetivo deste trabalho consiste no desenvolvimento de um estudo dos aspectos 
práticos da soldagem dos tubos de uma caldeira de geração de vapor que realiza a queima de 
resíduo sólido, neste caso é usado como combustível a madeira. Observado os procedimentos 
utilizados para a soldagem da mesma, procurou-se pontuar os acertos e as falhas ocorridas 
nesta soldagem mediante as normas técnicas adotadas, indicando os métodos de inspeção 
utilizados e que poderiam ser utilizados procurando melhor qualidade da solda. 
1.3.2 Objetivos específicos 
a) Estudar na prática soldagem de manutenção em tubulações bem como sua 
importância para o processo industrial. 
b) Realizar um apanhado de como é vista a produtividade da solda na soldagem 
de tubulações. 
c) Demonstrar os erros e acertos normalmente cometidos nestes processos de 
soldagem. 
1.4 Limitações do trabalho 
Este trabalho se limita a expor e discutir resultados referentes somente a soldagem de 
manutenção em caldeira realizada em uma empresa madeireira, com as falhas e informações 
da realização da soldagem com dois tipos de processos: TIG e Eletrodo revestido. Também 
realizando uma analise dos meios de detecção de falhas da soldagem. 
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16 
1.5 Estrutura do trabalho 
Após observar as considerações do trabalho e os objetivos na seção 1, temos 
posteriormente seção 2 apresenta uma breve revisão sobre os processos de soldagem 
utilizados na realização do trabalho, apresentando as normas, os consumíveis e a utilização 
dos equipamentos, bem como novas tecnologias que estão sendo desenvolvidas. 
 A seção 3 apresenta a metodologia em que se realizou o trabalho, como o trabalho foi 
desenvolvido e faz um reconhecimento das características técnicas. 
 A seção 4 expõe os resultados obtidos durante o período de realização do trabalho, e 
faz uma analise destes resultados buscando mencionar os erros e como poderiam ter sido 
evitados. 
 Por fim, a seção 5 apresenta as conclusões retiradas do trabalho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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17 
2 REVISÃO BIBLOGRÁFICA 
2.1 Soldagem com eletrodos revestidos 
Segundo Machado (1996), este processo de soldagem ocorre entre o Eletrodo 
Revestido e a peça, sendo assim estabelecida a poça de fusão onde será realizada a união entre 
as peças. 
A soldagem com eletrodo revestido é o processo de soldagem mais utilizado no Brasil 
caracterizando por apresentar fusão a arco elétrico um eletrodo consumível, onde o calor 
necessário para a soldagem, provem da energia liberada pelo arco formado entre a peça a ser 
soldada e o eletrodo. 
A proteção da poça de fusão é obtida por meio dos gases gerados pela decomposição 
do revestimento do eletrodo, estes revestimentos são compostos de matérias orgânicas e ou 
minerais de dosagem bem definida, os principais revestimentos são oxidante, básico, ácido, 
rutílico, celulósico, sendo que o material de adição que provem do metal que compõe a alma 
do eletrodo, a soldagem a ER apresenta um custo inicial relativamente mais baixo que as 
outras formas de soldagem, no entanto, apresenta menor produtividade. 
Os vários materiais que compõe estes tipos de revestimento entram na forma de pó, 
com exceção do aglomerante que é geralmente silicato de sódio ou potássio. O revestimento é 
composto por elementos de liga e desoxidantes, estabilizadores de arco formadores de escória, 
materiais fundentes e materiais que formam uma atmosfera protetora. 
A princípio, as funções básicas do revestimento são: 
• Proteger o arco contra o oxigênio e nitrogênio do ar, através dos gases gerados 
pela decomposição do revestimento em alta temperatura. 
• Reduzir a velocidade de solidificação, proteger contra a ação da atmosfera e 
permitir a desgazeificação do metal de solda através da escória. 
• Facilitar a abertura e estabilizar o arco. 
• Introduzir elementos de liga no material depositado e desoxidar o metal de 
solda. 
• Facilitar a soldagem nas diversas posições de trabalho. 
• Servir de guia às gotas em fusão em direção ao banho. 
• Constituir-se em isolante elétrico na soldagem em chanfros estreitos ou de 
difícil acesso. 
A classificação dos ER estão em conformidade com a especificação AWS 5.1 que são 
determinadas pelo fabricante de eletrodos de acordo com os resultados dos testes mecânicos. 
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18 
A American Welding Society não aprova nem reprova eletrodos. A American Society of 
Mechanical Engineers (ASME) utiliza na íntegra as especificações de eletrodos da AWS 5.1 ( 
Figura 2.1 ). Tanto a classificação (Quadro 2.1) quanto os requisitos (Quadro 2.2 ) são os 
mesmos. 
 
Figura 2.1 - Classificação de eletrodos revestidos para aços carbonos pela especificação da 
AWS 5.1 
 
Fonte: Adaptado de Machado, 1996 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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19 
Quadro 2.1 - Classificação dos eletrodos para aços carbono 
 
Fonte: ESAB,2005 
 
Quadro 2.2 - Requisitos químicos para eletrodos revestidos para aços carbono 
 
Fonte: ESAB, 2005 
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20 
2.1.2 Propriedades mecânicas 
As propriedades mecânicas dos eletrodos revestidos são muito importantes, pois nos 
dão um conhecimento mais profundo sobre cada tipo de eletrodo, onde, os ensaios para a 
obtenção das propriedades mecânicas (Quadro 2.3) do metal depositado são realizados em 
todos os corpos de prova na condição como soldado. Isso significa que a solda ou o metal de 
solda não ficam sujeitos a qualquer tipo de tratamento térmico. Corpos de prova de tração 
para todas as classificações de eletrodos exceto os de baixo hidrogênio são aquecidos na faixa 
de 95°C a 105°C por 48 horas antes do ensaio de tração. Este método realizado antes do teste 
não é considerado um tratamento térmico, porque ele não muda a estrutura cristalina do 
material somente acelera a difusão do hidrogênio do metal de solda nos eletrodos do tipo 
celulósico ou rutílico. 
 
Quadro 2.3 - Propriedades mecânicas dos eletrodos revestidos para aços carbono 
Fonte: ESAB, 2005 
2.1.3 Funções dos revestimentos dos eletrodos 
Os ingredientes que são usualmente empregados nos revestimentos dos eletrodos 
podem ser classificados fisicamente a grosso modo, como líquidos e sólidos. Os líquidos são 
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21 
geralmente o silicato de sódio e o silicato de potássio. Os sólidos são pós ou materiais 
granulados que podem ser encontrados livres na natureza, e necessitam apenas de 
concentração e redução de tamanho até o tamanho de partícula adequado. Outros materiais 
sólidos empregados são produzidos como resultado de reações químicas, tais como ligas ou 
outros compostos sintéticos complexos. 
A estrutura física dos ingredientes do revestimento pode ser classificada como 
cristalina, fibrosa ou amorfa (não-cristalina). Materiais cristalinos como rutilo, quartzo e mica 
são comumente utilizados. O rutilo é a originado natural do mineral dióxido de titânio (TiO2), 
e é largamente empregado no revestimento dos eletrodos. Materiais fibrosos como celulose, e 
materiais amorfos como sílica e outros compostos orgânicos são também ingredientes comuns 
dos revestimentos. 
A função mais importante do revestimento é proteger o metal de solda do oxigênio e 
do nitrogênio do ar, uma vez que o metal de adição está sendo transferido no estado líquido. A 
proteção é necessária para garantir que o metal de solda seja íntegro, livre de bolhas de gás, e 
tenha a resistência e a ductilidade adequadas. Nas altas temperaturas do arco voltaico, o 
nitrogênio e o oxigênio no metal de solda liquido se combinam com o ferro e formam nitretos 
de ferro e óxidos de ferro respectivamente. Estes elementos presentes acima de certos valores 
causarão fragilidade e porosidade no metal de solda. 
O nitrogênio é o mais relevante, visto que é difícil controlar seu efeito uma vez que ele 
tenha entrado no depósito de solda e o oxigênio pode ser removido com o uso de desoxidantes 
adequados. Para evitar a contaminação por estes gases presentes na atmosfera o fluxo de 
metal fundido, precisa ser protegido por gases que expulsem a atmosfera circundante ao arco 
e ao metal de solda. Ainda tem a função de estabilizar o arco, um arco estabilizado é aquele 
que abre facilmente, queima suavemente mesmo a baixas correntes e pode ser mantido 
empregando-se um arco longo ou um curto. 
Adições de elementos de liga ao metal de tais como cromo, níquel, molibdênio, 
vanádio e cobre, pode ser adicionada ao metal de solda incluindo-os na composição do 
revestimento. É frequentemente necessário adicionar elementos de liga ao revestimento para 
balancear a perda esperada desses elementos da vareta durante a atividade de soldagem 
devido à volatilização e às reações químicas. Eletrodos de aço doce requerem pequenas 
quantidades de carbono, manganês e silício no depósito de solda para resultar em soldas 
íntegras com o nível desejado de resistência. Uma parte do carbono e do manganês provém da 
vareta, mas é necessário suplementá-la com ligas ferro-manganês e em alguns casos com 
adições de ligas ferro-silício no revestimento. 
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22 
Ao se degradar, o revestimento direciona o jato de plasma e a transferência do metal 
de adição fundido através de uma cratera que se forma na ponta dos eletrodos, conhecido 
como efeito canhão. O uso de aglomerantes adequados assegura um revestimento consistente 
que manterá a cratera e dará uma penetração adicional e melhor direcionamento do arco 
elétrico. 
Já a função da escória como agente fluxante a função da escória é (1) fornecer 
proteção adicional contra os contaminantes atmosféricos, (2) agir como purificadora e 
absorver impurezas que são levadas à superfície e ficam aprisionadas pela escória, e (3) 
reduzir a velocidade de resfriamento do metal fundido para permitir o escape de gases. A 
escória também controla o contorno, a uniformidade e a aparência geral do cordão de solda. 
Isso é particularmente importante nas juntas em ângulo. 
A adição de certos ingredientes no revestimento controla a características da posição 
de soldagem (plana, vertical, horizontal e sobre cabeça), principalmente compostos de titânio, 
que tornam possível a soldagem fora de posição (posição vertical e sobre cabeça). As 
características da escória principalmente a tensão superficial e a temperatura de solidificação 
determinam fortemente a capacidade de um eletrodo ser empregado na soldagem fora de 
posição. 
Controle da integridade do metal de solda - a porosidade ou os gases aprisionados no 
metal de solda podem ser controlados de uma maneira geral pela composição do 
revestimento. É o balanço de certos ingredientes no revestimento que tem um efeito marcante 
na presença de gases aprisionados no metal de solda. O balanço adequado desses ingredientes 
é crítico para a integridade que pode ser obtida para o metal de solda. O ferro-manganês é 
provavelmente o ingrediente mais comum utilizado para se conseguir a fórmula corretamente 
balanceada. 
Assim como as propriedades mecânicas específicas do metal de solda, propriedades 
mecânicas específicas podem ser incorporadas ao metal de solda por meio do revestimento. 
Altos valores de impacto a baixas temperaturas, alta ductilidade, e o aumento nas 
propriedades de escoamento e resistência mecânica podem ser obtidos pelas adições de 
elementos de liga ao revestimento. 
Isolamento da alma de aço - o revestimento atua como um isolante de tal modo que a 
alma não causará curto-circuito durante a soldagem de chanfros profundos ou de aberturas 
estreitas; o revestimento também serve como proteção para o operador quando os eletrodos 
são trocados. 
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23 
Na soldagem de tubulação utiliza-se soldagem com revestimento celulósico e 
revestimento básico, que serão abordados a seguir. 
2.1.4 Eletrodos com revestimento celulósico 
Segundo Fedele (2002), o desenvolvimento de aços com maior resistência mecânica 
refletea pesquisa e o aperfeiçoamento de metais de adição compatíveis, visando atender aos 
novos requisitos estabelecidos e manter a viabilidade operacional de soldagem. Assim, 
existem atualmente metais de adição apropriados para cada classe de aço (Quadro 2.4). 
Para a soldagem manual de campo, os eletrodos com revestimento celulósico são os 
mais usados, pois possuem ótima penetração e um arco elétrico de boa qualidade e promovem 
a fusão completa das paredes a serem soldadas nas tubulações. 
Segundo Machado (1996), a sua penetração é alta e produz uma fina escória 
facilmente destacável, sendo capaz de realizar a solda em posição vertical descendente. 
Nas soldagens com consumíveis celulósicos, costuma-se selecionar o eletrodo E6010 
para a deposição do primeiro passe de solda (passe de raiz). Este eletrodo deposita um metal 
com menor resistência mecânica, mas com elevados valores de tenacidade quando 
comparados aos dos metais depositados pelos outros eletrodos celulósicos. Por isso, é o mais 
indicado para absorver as tensões térmicas e mecânicas de soldagem, também provenientes da 
movimentação relativa dos tubos, garantindo a ausência de trincas na raiz. Em seguida, os 
demais passes de solda são depositados com eletrodos que apresentam valores de resistência 
mecânica superiores aos valores do metal de base (FEDELE, 2002). 
Ao final do processo de soldagem, a resistência mecânica da junta é dada pela 
proporcionalidade entre as propriedades dos metais depositados e as respectivas espessuras de 
depósito. Como a espessura do passe de raiz é praticamente insignificante em relação à 
espessura total da solda, considera-se que a resistência mecânica final da junta esteja 
associada ao metal depositado pelo eletrodo de enchimento. Contudo, este conceito deve ser 
repensado para a soldagem de tubos com espessuras reduzidas, uma vez que a espessura de 
depósito do primeiro passe tende a representar uma fração considerável da espessura total 
da junta. Principalmente em aços baixo carbono, com pequenas frações de perlita, nos quais a 
diluição do metal de adição com o metal de base provoca o decréscimo da resistência 
mecânica do metal de solda (FEDELE, 2002) 
Nestes casos, aconselha-se a utilização de um mesmo eletrodo para o preenchimento 
total da junta. É importante ressaltar que todos os procedimentos de soldagem devem ser 
previamente qualificados de acordo com normas específicas. Dentre elas, utiliza-se mais 
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24 
frequentemente a norma API 1104, para tubulações petrolíferas e NR-13 para caldeiras e 
vasos de pressão. (FEDELE, 2002) 
2.1.5 Eletrodos com revestimento básicos 
Para a soldagem manual de tubos aconselha-se a utilização de eletrodos com 
revestimento básico, apropriados para a soldagem na posição vertical descendente ou BVD. 
Esta nomenclatura está associada ao caráter básico da escória que se forma sobre a poça de 
fusão durante a soldagem. O equilíbrio metalúrgico metal-escória é atingido de maneira 
semelhante ao que ocorre na produção de aço em um conversor siderúrgico, mesmo 
considerando certas barreiras cinéticas, como o reduzido intervalo de tempo em que o metal 
permanece no estado líquido em contato com a escória. Neste processo, ocorrem algumas 
reações de desoxidação importantes e o metal de solda passa a apresentar menores teores de 
oxigênio em comparação aqueles depositados por eletrodos com revestimento celulósico. 
Consequentemente, tem-se um metal de solda com elevados valores de tenacidade (Figura 
2.2). 
 
Figura 2.2 - Valores típicos de tenacidade dos metais de solda após soldagem de tubulações 
de BLAR 
 
Fonte: Fedele, 2002 
 
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25 
O uso desse eletrodo proporciona um ganho em tenacidade e é imprescindível para a 
soldagem dos tubos com alta resistência, principalmente devido à elevada susceptibilidade 
ao trincamento que esses materiais apresentam. Tal fragilização está diretamente relacionada 
à fração de microestrutura frágil, a concentração de tensões e a quantidade de hidrogênio 
presente na junta soldada. Deste modo, os metais de solda mais tenazes conseguem absorver 
grande parte do efeito das tensões térmicas e mecânicas de soldagem, solicitando menor 
esforço do metal de base no instante da solidificação ou mesmo nas situações de 
movimentação relativa dos tubos. Além disso, o metal depositado a partir de eletrodos básicos 
possui reduzidos teores de hidrogênio difusível, contribuindo para evitar o trincamento. Do 
ponto de vista operacional, os eletrodos básicos podem ser utilizados na soldagem vertical 
descendente, igualmente aos eletrodos celulósicos. Eles apresentam uma superioridade 
quanto a taxa de deposição (kg/h) e um maior rendimento (% em peso) durante a soldagem. 
Ao contrário dos eletrodos básicos convencionais, os eletrodos básicos BVD não 
necessitam de ressecagem inicial, nem conservação em estufas, podendo ser utilizados 
diretamente a partir da embalagem de fornecimento. A ressecagem é necessária somente para 
os eletrodos que ficam expostos por mais de 10 horas às condições ambientais. Este 
procedimento visa controlar o teor de umidade do revestimento do eletrodo em níveis 
reduzidos, evitando possíveis problemas de porosidade ou de trincas induzidas por 
hidrogênio 
Por outro lado, devido à reduzida quantidade de hidrogênio presente em seu arco 
elétrico, este perde a agressividade e a capacidade penetração. Então, maiores aberturas de 
raiz são necessárias (2 a 3 mm) em relação àquelas requeridas para a soldagem com eletrodos 
celulósicos (1,6 a 2 mm). Neste caso, o volume do chanfro é aumentado e, 
consequentemente, uma maior quantidade de eletrodos é necessária para completar a união. 
Para solucionar este problemas indicasse a utilização de um misto de eletrodos celulósico-
básico, Utilizando o eletrodo celulósico para o primeiro e segundo passe, onde a penetração 
deste eletrodo é alta, portanto, garante uma penetração total dos cordão de solda. 
Posteriormente utiliza-se o eletrodo básico para uma deposição de material realizando os 
passes de enchimento e cobertura, oferecendo também uma redução do tempo do serviço ( 
FEDELE, 2002, p. 8). 
A solução mais interessante para este impasse é o emprego do procedimento misto 
celulósico-básico, o qual resume-se em utilizar eletrodos celulósicos para a deposição do 
primeiro e segundo passe, garantindo a penetração total da solda e, posteriormente, 
eletrodos básicos do tipo E7018-G, E8018-G, E9018-G, E10018-G ou E11018-G para a 
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26 
deposição dos demais passes de enchimento e cobertura. Este procedimento também oferece 
uma redução do tempo total de soldagem, pois a velocidade de deposição do passe de raiz 
com eletrodo celulósico é bastante superior àquela conseguida com eletrodo básico. 
Adicionalmente, o tempo gasto para a remoção da escória do passe de raiz também é 
menor no caso da utilização de eletrodos celulósicos. 
 
Quadro 2.4 - Seleção de eletrodos revestidos para soldagem de tubulações 
Especificação ASTM Descrição Grau(s) Consumivel (AWS)
A53-73, A106-74, A120-73, 
A135-73d, A139-74, A179-73, 
A192-73, A211-73, A214-71, 
A226-73, A252-74, A523-73, 
A587-73, A589-73
Tubos-Aço baixo carbono Todos 
Desde que a especificação não seja contrariada, os eletrodos 
revestidos da classes E60XX ou E70XXdevem ser empregados sobre 
aços com resistência à tração de 60.000 psi, ou menor. Para aços com 
resistência à ração entre 60.000 psi e 70.000psi, os consumíveis 
devem ser utilizados. O 7010-G deve ser utilizado para soldagem no 
campo de tubos.
A105-73 Conexões-Alta temperatura Classe I e II E7018
A106-74 Tubos-Alta temperatura A,B,C E7018
A155-74 Tubos-Alta temperatura
C45, C50, C55, 
KCF-55, 60, 
CM75, 
CMSH70, 
Cr
Desde que a especificação não seja contrariada, os eletrodos 
revestidos da classes E60XX ou E70XX devem ser empregados sobre 
aços com resistência à tração de 60.000 psi, ou menor. Para aços com 
resistência à ração entre 60.000 psi e 70.000psi, os consumíveis 
devem ser utilizados. 
E161-72 Tubos-destilaria 
Baixo Carbono 
T1
Desde que a especificação não seja contrariada, os eletrodos 
revestidos da classes E60XX ou E70XX devem ser empregados sobre 
aços com resistência à tração de 60.000 psi, ou menor. Para aços com 
resistência à ração entre 60.000 psi e 70.000psi, os consumíveis 
devem ser utilizados. E7010-A1 ou E7018-A1
E178-73
Tubos-condensadores de 
caldeiras 
Todos 
Desde que a especificação não seja contrariada, os eletrodos 
revestidos da classes E60XX ou E70XX devem ser empregados sobre 
aços com resistência à tração de 60.000 psi, ou menor. Para aços com 
resistência à ração entre 60.000 psi e 70.000psi, os consumíveis 
devem ser utilizados. 
TUBOS, CANOS E CONEXÕES
 
Fonte: Adaptado de Machado, 1996 
2.2 Soldagem Tungstênio inerte gás (TIG) 
Segundo Quites (2002), a soldagem é realizada mediante a aplicação do arco sobre a 
junta, ocasionando a fusão do metal de adição quando este for necessário, podendo a solda ser 
autógena. Ocorrendo a união pela posterior solidificação do cordão. 
Conforme se pode notar pela figura 2.3, a poça de soldagem, o eletrodo e parte do 
cordão são protegidos através do gás de proteção que é direcionado pelo bocal da tocha. Pode-
se utilizar adição ou não de metal de solda chamada solda autógena, e seu grande 
desenvolvimento deveu-se à necessidade de disponibilidade de processos eficientes de 
soldagem para materiais de difícil soldabilidade, como o alumínio e magnésio, notadamente 
na indústria da aviação no começo da Segunda grande guerra mundial. Assim, com o seu 
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27 
aperfeiçoamento, surgiu um processo de alta qualidade e relativo baixo custo de uso em 
aplicações diversas com inúmeras vantagens que escreveremos a seguir. 
 
Figura 2.3 - Esquema do processo TIG 
 
Fonte: Machado, 1996 
2.2.1 Princípios de operação 
O GTAW funciona através do eletrodo de tungstênio (ou liga de tungstênio) preso a 
uma tocha. Por essa mesma tocha é alimentado o gás que irá proteger a soldagem contra a 
contaminação da atmosfera. O arco elétrico é criado pela passagem de corrente elétrica pelo 
gás de proteção ionizado, estabelecendo-se o arco entre a ponta do eletrodo e a peça. Em 
termos básicos, os componentes do GTAW são: 
1. Tocha; 
2. Eletrodo não consumivel; 
3. Fonte de potência; 
4. Bocal; 
5. Gás de Proteção. 
2.2.2 Variáveis do processo 
As variáveis que determinam basicamente o processo são a tensão do arco, a corrente 
de soldagem, velocidade de avanço e o gás de proteção. Deve-se considerar que as variáveis 
não agem especificamente de forma independente, havendo forte interação entre elas. 
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28 
No caso do gás de proteção, ao utilizar-se o hélio é possível obter uma solda com 
maior penetração, devido ao maior potencial de ionização deste gás. Mais adiante, 
escreveremos mais detalhadamente os gases de proteção e suas características. 
Em relação à corrente de soldagem pode-se considerar, de forma geral, que ela 
controla a penetração da solda. Ainda assim, a corrente afeta também a tensão do arco, sendo 
que para um mesmo comprimento de arco, um aumento na corrente causará um aumento na 
tensão do arco. As soldagens com corrente contínua em eletrodo no polo negativo oferecem 
elevada penetração e maiores velocidades de soldagem, enquanto a corrente alternada é 
especialmente eficaz quando na soldagem de materiais com óxidos refratários como alumínio 
e magnésio, pois pode-se realizar a chamada limpeza catódica, quando o eletrodo encontra-se 
no polo positivo. 
A tensão do arco, designação dada para a tensão entre o eletrodo e a peça, é fortemente 
influenciada por diversos fatores, a saber: 
1. Corrente do arco; 
2. Perfil da ponta do eletrodo; 
3. Distância entre o eletrodo e a peça (comprimento do arco); 
4. Tipo do gás de proteção; 
Como existe uma relação direta entre a tensão e o comprimento do arco, a tensão é 
usada para controlar o processo, pois uma vez fixados diversos outros parâmetros, a tensão do 
arco possibilita o controle do comprimento do arco, que é difícil de monitorar. Por sua vez, o 
comprimento do arco afeta diretamente a largura da poça. Apesar disso, na maioria dos 
processos com chapas, o comprimento do arco desejado é o menor possível. 
Este controle do comprimento do arco pela tensão, entretanto, deve ser feito de 
maneira cuidadosa, observando-se outros parâmetros que também afetam a tensão como 
contaminação do eletrodo e do gás de proteção, alimentação imprópria do material de adição, 
mudanças de temperatura no eletrodo e erosão do eletrodo. 
A velocidade de avanço afeta a penetração e a largura no processo, sendo esta última, 
porém, muito mais afetada. Sua grande importância reside no fato dela determinar o custo do 
processo por estar intimamente ligada à velocidade do processo. Entretanto, muitas vezes, a 
velocidade torna-se apenas uma consequência a partir da definição de padrões de qualidade e 
uniformidade. A forma de alimentação do material de adição é outro parâmetro importante. 
Em processos manuais, a maneira como o material é adicionado, influencia no número 
de passes e na aparência da solda acabada. Já no caso de soldas mecanizadas e automatizadas, 
a variação na velocidade (variação na quantidade de adição por unidade de comprimento). 
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29 
Aumentando-se a velocidade de alimentação do arame produz-se soldas com menor 
penetração e perfis convexos Diminuindo-se a velocidade aumenta-se a penetração e tem-se 
perfis mais achatados. A redução da velocidade tem um limite, entretanto, pois pode levar a 
fissuras e falta de material. 
2.2.3 Equipamentos: 
2.2.3.1 Tochas 
As tochas de soldagem TIG ( Figura 2.4 ) , que suportam o eletrodo e conduzem o gás 
de proteção até o arco são classificadas, basicamente, pelo seu mecanismo de refrigeração. As 
tochas refrigeradas a gás são mantidas na temperatura adequada pelo efeito de resfriamento 
causado pelo próprio gás de proteção. Estas tochas estão limitadas a uma corrente máxima de 
cerca de 200 A. Já as tochas refrigeradas a água promovem a circulação de água normalmente 
em circuito fechado, para refrigeração. Desta forma, pode-se dispor de tochas que suportam 
correntes de até 1000 A. A tocha refrigerada a água é a mais empregada em equipamentos 
automatizados de GTAW. 
 
Figura 2.4 - Tocha TIG 
 
Fonte: Autoria nossa, 2012 
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30 
2.2.3.2 Bocais 
Gás de proteção é dirigido para a zona de soldagem por bocais fixados na extremidade 
das tochas.O objetivo da utilização dos bocais é produzir um fluxo laminar do gás de 
proteção. 
O bocal pode ser fabricado de materiais cerâmicos, metais, metais revestidos com 
cerâmicos, quartzo fundido ou outros materiais. Dentre estes, os bocais de materiais 
cerâmicos são os mais baratos e mais populares, apesar de serem quebradiços e necessitarem 
de troca constante. Bocais metálicos tem vida útil mais longa e são usados principalmente em 
processos automatizados que operam com correntes acima de 250 A. Os aspectos mais 
importantes nos bocais são suas dimensões e perfis. Os bocais devem ser largos o suficiente 
para prover cobertura da área de soldagem pelo gás e devem estar de acordo com o volume e 
a densidade necessária do gás no processo. Se a vazão do gás for excessiva para um 
determinado diâmetro a eficiência da proteção é afetada devido à turbulência. Vazões mais 
altas sem este efeito de turbulência requerem maiores diâmetros de bocais, condições estas, 
essenciais para altas correntes. 
2.2.3.3 Eletrodos 
No processo GTAW os eletrodos não são consumíveis e tem o papel de servir como 
um dos terminais do arco que irá gerar o calor para o processo. Ao aproximar-se da sua 
temperatura de fusão (3410º C), o tungstênio torna-se termo iônico como uma fonte 
disponível de elétrons. Ele alcança esta temperatura através de aquecimento por resistência e 
caso não houvesse um forte efeito de resfriamento pela saída dos elétrons de sua extremidade 
esta ponta poderia fundir-se. Os eletrodos são classificados com base em sua composição 
química. 
2.2.3.4 Fontes de potência 
As fontes de potência utilizadas para soldagem TIG são fontes inversoras que podem 
ser CC ou CC/CA. 
2.2.4 Consumíveis 
Os consumíveis (Figura 2.5 ) regidos pela norma AWS 5.28, apresentam varetas de 
metal de adição com várias formas e composições como mostrado abaixo. 
 
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31 
Figura 2.5 - Especificação das Varetas TIG 
 
Fonte: ESAB, 2010 
2.2.5 Gases de proteção 
Os gases de proteção são direcionados pela tocha para o arco e a poça de fusão para 
proteger o eletrodo e o material metálico fundido da contaminação atmosférica. Eles também 
podem ser utilizados como “back-up” para proteção do lado contrário da solda da oxidação 
durante a soldagem. 
2.2.5.1 Tipos de gases 
Os tipos mais comuns de gases são o argônio e o hélio e as misturas entre estes 
utilizadas em aplicações especiais, além de misturas com hidrogênio e nitrogênio. O argônio 
utilizado em processos de soldagem normalmente possui uma pureza de 99,95 % sendo 
aceitável para a maioria dos metais, excetuando-se aqueles reativos ou refratários. O argônio é 
mais utilizado que o hélio no processo devido às seguintes características: 
 
- Possibilita arco mais suave; 
- Penetração reduzida; 
- Ação de limpeza quando da soldagem de alumínio ou magnésio; 
- Baixo custo e alta disponibilidade; 
- Boa proteção com baixos fluxos; 
- Maior resistência a ventos cruzados; 
- Melhor partida do arco. 
 
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32 
A menor penetração é particularmente útil na soldagem de materiais finos ou 
soldagens verticais ou sobre cabeça. 
Como vimos anteriormente, o hélio transmite maior calor para uma mesma corrente e 
tensão que o argônio e, portanto, é particularmente importante na soldagem de peças espessas 
ou materiais com alta condutividade térmica como o cobre. Características intermediárias 
podem ser obtidas através da mistura dos dois gases. A principal característica envolvida no 
processo de proteção é a densidade dos gases. Neste aspecto, o argônio, por ter uma densidade 
aproximadamente dez vezes maior que a do hélio, forma uma camada sobre a área de solda 
após deixar o bocal, ao contrário do hélio que, por ser extremamente leve, tende a subir em 
torno do bocal ao deixá-lo. Assim, para prover a mesma eficiência de proteção, a vazão de 
hélio deverá ser de 2 a 3 vezes maior que a vazão de argônio, no entanto, o hélio fornece mais 
calor ao processo, permitindo as vantagens discutidas acima. 
Misturas de argônio-hidrogênio também podem ser utilizadas, especialmente em casos 
de soldas mecanizadas de tubos finos de aço inoxidável. Aumento na velocidade pode ser 
obtido de forma proporcional à quantidade de hidrogênio adicionada à mistura, limitado, 
entretanto, para não permitir a porosidade. A vazão de gás é baseada no movimento do ar, no 
tamanho do bocal e na dimensão da poça de fusão. O ponto mínimo é determinado pela 
necessidade de manutenção de uma corrente firme do gás, enquanto vazões excessivas 
causam turbulência que pode aspirar contaminantes da atmosfera. Quando o ambiente for 
sujeito a ventos cruzados, devem-se introduzir telas de proteção, ao invés de aumentar a vazão 
do gás, o que além de mais oneroso pode levar ao problema da turbulência. 
2.3 Novos métodos automatizados para a soldagem de tubulações 
O processo de soldagem TIG automatizado é um processo muito eficiente e com 
alta produtividade e uma qualidade muito boa. 
Aqui será citada a soldagem automática TIG quando tubos rodam durante a 
soldagem, Orbital automático de soldagem TIG quando a cabeça gira soldagem durante a 
soldagem (tubos são fixos). 
2.3.1 Soldagem automática TIG quando tubos rodam durante o trabalho 
Principais parâmetros de soldagem automática de soldagem TIG quando a cabeça de 
soldagem é fixo (Figura 2.6), corrente e velocidade de soldagem são divididos em quatro 
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33 
setores em torno do tubo de parâmetros de soldagem, onde estes parâmetros principais são 
programados de uma unica vez para a realização de um unico passe. 
 
Figura 2.6 - Soldagem automática onde os tubos rodam 
 
Fonte: Samardžić, 2012 
2.3.2 Orbital automático de soldagem TIG com o tubo ficando fixo e a cabeça gira soldagem 
durante a soldagem 
Soldagem TIG em orbital quando a cabeça de soldagem roda durante a realização da 
união e os tubos estão imóveis (figura 2.7), sendo um processo de alta eficiência e qualidade 
que o processo de soldagem TIG manual. Na linha de produção completamente automática, as 
vantagens são máximas com a aplicação deste processo de soldagem. Na aplicação 
considerada, este processo de soldagem é realizado por soldagem de vários passes, com a 
adição do material de enchimento, a preparação deste tipo de soldagem é realizada por 
intermédio de instrumentos adequados especiais, imediatamente antes da soldagem. 
 
 
 
 
 
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34 
Figura 2.7 - Soldagem automática de tubos fixos 
 
Fonte: Samardžić, 2012 
2.4 A produtividade das juntas soldadas 
Segundo Ferreira (1998, p. 90-91 apud GIOIA, 2004, p.11), para uma investigação de 
caráter exploratório, procura-se entender o processo e como o mesmo ocorre na prática, 
desse modo a abordagem do estudo deste trabalho deverá ser eminentemente qualitativa, ou 
seja, abordagem na qual se está mais interessado no conhecimento do processo ao invés de se 
testar hipóteses a partir de formulações embasadas teoricamente. Ainda segundo o autor, 
quando não temos controle sobre os eventos e estamos tratando de questões contemporâneas, 
sobre as quais temos acesso às organizações e as pessoas, o método do estudo de caso parece 
ser o mais indicado. 
Entre 2000 e 2002ocorreu uma pesquisa nos Estados Unidos, que foi realizada para 
observar o custo e a produtividade da soldagem. Esta pesquisa mostrou que a soldagem não se 
relaciona exclusivamente ao tema produtividade, mostrando que a maioria das empresas não 
medem seus níveis de produtividade na soldagem, pois com isto não há uma avaliação da 
solda utilizada que contribui para que haja a observação das oportunidades de melhorias nos 
processos ligados a soldagem (AWS, 2012). 
Alguns resultados em relação a indicadores mostram que cerca de 56% das empresas 
de construção não realizavam medição de produtividade, 30% realizavam uma medição e 
14% realizavam de 2 a 5 medições (AWS, 2012). 
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35 
Destas empresas 56% não realizavam nenhuma medição da eficiência da soldagem. 
Onde, dos 44% das empresas realizavam medição de produtividade, os resultados obtidos 
foram os seguintes: 
 
• 12% - Componentes por tempo; 
• 25% - Taxa de defeito; 
• 4% - Tempo x desempenho; 
• 29% - juntas completadas por período de tempo; 
• 8% - Metal depositado por período de tempo; 
• 10% - Peso de peças unidas por período de tempo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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36 
3 METODOLOGIA 
3.1 Metais utilizados 
Normalmente, para as construções de tubulações para vasos de pressão devem atender 
a requisitos das normas NR – 13, API 5L, DIN 17172 ou EN 10208-2. Essas normas 
classificam os diferentes tubos em subgrupos de acordo com seus valores mecânicos como 
mostrado no (quadro 3.1), facilitando a seleção do material adequado para cada aplicação. 
Observando-se que utilizando tubos com melhores propriedades mecânicas contribuem para a 
diminuição dos custos dos projetos, pois com isso é possível utilizar tubos com paredes de 
menores espessuras com pressões de serviço equivalentes, pois ocasiona a diminuição do peso 
dos tubos e da quantidade de solda depositada em cada junta (FEDELE, 2002). 
 
 Quadro 3.1 - Propriedades mecânicas dos aços mais utilizados para fabricação de tubos 
 
Fonte: Fedele, 2002 
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37 
3.1.1 Composição 
A composição química de um aço de baixa liga e alta resistência pode variar de um 
produto para outro como mostrado no quadro 3.2. Um aço típico possui normalmente menos 
que 0,15% de carbono, 1,65% de manganês e níveis baixos (abaixo de 0,035%) de Fósforo, 
enxofre e outros elementos. O baixo carbono garante boa conformabilidade e soldabilidade. A 
resistência destes aços é aumentada pela adição de pequenas quantidades de elementos de 
liga, o quadro 3.2 mostra alguns desses elementos (CIMM, 2012). 
 
Quadro 3.2 - A resistência destes aços mediante adição de pequenas quantidades de elementos 
de liga 
 
Fonte: CIMM, 2012 
 
Com a introdução de elementos de liga novos aços alta resistência baixa liga (ARBL) para a 
fabricação de tubos foram desenvolvidos. Até os anos 1970, esses aços eram produzidos pelo 
processo de laminação a quente seguido de normalização, visando obter uma microestrutura 
composta de finas lamelas de ferrita, perlita e grãos maiores de ferrita. Após este período o 
processo foi modificado para operações de conformação termomecânica (TM), com isso 
houve a produção de aços, com reduzidos teores de carbono e adições de elementos nióbio e 
vanádio. A microestrutura passou a apresentar maior uniformidade, com grãos mais refinados 
de ferrita. Esta tecnologia foi aperfeiçoada nos anos 1980, com a introdução do processo de 
resfriamento controlado (accelerated cooling), juntamente com o conceito de laminação 
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38 
termomecânica. Foi então possível produzir o aço, com teores de carbono ainda mais 
reduzidos, melhorando sua soldabilidade. Neste caso, a microestrutura ferrítica-bainítica 
apresentava-se mais refinada, do tipo. Nos últimos anos, adições de molibdênio, cobre e 
níquel tem sido testadas com sucesso em conjunto com processos modificados de 
resfriamento controlado, objetivando o desenvolvimento de tubos da classe mais elevada 
(CIMM, 2012). 
3.2 Características técnicas da Caldeira 
A caldeira onde será realizado o serviço de soldagem é uma caldeira mista, sendo 
realizada a união dos tubos da grelha refrigerada aos tubulões da caldeira pelos processos TIG 
e ER. 
3.2.1 Corpo da fornalha 
Construída totalmente em lençol d’água com tubos verticais estruturados embutidos e 
soldados nos tubos coletores em processo contínuo. Nela é realizado um processo de extrusão 
a frio e tem por finalidade deixar os tubos mais próximos ou encostados para facilitar a 
vedação e possibilitar a soldagem nos tubos coletores. A vedação entre os tubos é feita com 
cordão de amianto, com proteção externa de um filete em chapa de aço. A fornalha é 
interligada com o corpo da caldeira através de tubulações com circulação de água e vapor por 
convecção natural. 
A fornalha é dotada de um nariz interno construído em tubos refrigerados à água, que 
tem por finalidade dividir o passe dos gases da caldeira, uniformizar a pressão sobre os pontos 
de queima, aumentar a superfície de troca, diminuir o arraste de particulados não queimados e 
aumentar a temperatura da fornalha. Sendo projetada para queima de combustíveis sólidos, 
triturados, mostram-se as características técnica da fornalha, dos tubos coletores da fornalha e 
dos tubos das paredes da fornalha, respectivamente nos quadro 3.3 a 3.6. Os quadros mostram 
as dimensões do corpo da fornalha. 
 
Quadro 3.3 - Características técnicas da fornalha 
Área de troca térmica: 80m^2 
Volume: 29.6 m3 
Peso total da fornalha: 8890Kg 
Fonte: Borges, 2004 
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39 
 
Quadro 3.4 - Características técnicas dos tubos coletores da fornalha 
Material: ASTM A106 
Diâmetro nominal: 168.3 e 219.1mm 
Espessuras das paredes: 12.7 / 11 / 7mm 
Fonte: Borges, 2004 
 
Quadro 3.5 - Características técnicas dos tubos das paredes da fornalha 
Material: ASTM A178 
Diâmetro nominal: 60.3mm 
Espessura das paredes: 4mm 
Fonte: Borges, 2004 
 
Quadro 3.6 - Dimensões do corpo da fornalha 
Comprimento com isolamento: 5200mm 
Largura com isolamento: 3680mm 
Altura com isolamento: 5400mm 
Fonte: Borges, 2004 
3.2.2 Grelha refrigerada 
É construída em tubos de aço, refrigerada a água, interligada com a fornalha, com 
circulação por convecção natural. 
A grelha é projetada para queima de combustíveis sólidos, triturados ou não, 
permitindo a entrada de ar de combustão, com temperatura de até 350ºC, possibilitando a 
queima de combustível com qualquer teor de umidade. 
A grelha possui quatro zonas de distribuição de ar, garantindo uma maior 
uniformidade na combustão. O coletor inferior da grelha é provido, em uma de suas 
extremidades, de uma porta de visita flangeada para a inspeção, e ao centro uma válvula para 
descarga de fundo. Na outra extremidade da grelha encontra-se instalada uma porta para 
acesso ao interior da fornalha. 
 Os tubos são aletados entre si, não permitindo assim a passagem de gases para o lado 
externo da fornalha, proporcionandomaior vida útil ao isolamento térmico. O quadro 3.7 
mostra as características técnicas de uma grelha refrigerada. 
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40 
 
Quadro 3.7 - Características técnicas da grelha refrigerada 
Área total: 
 
Material do tubo: ASTM A 106 SCH-80 
Diâmetro dos tubos: 48,26 mm 
Espessura dos tubos 5,08 mm 
Diâmetro dos tubos coletores: 168,3 mm 
Dimensões p/ transporte(mm): 
7400 x 3450 x 800 
Peso: 2332 Kg 
Fonte: Borges, 2004 
 
Figura 3.1 - Grelha refrigerada 
 
Fonte: Autoria nossa, 2012 
 
Os tubos da grelha e fornalha são constituídos pelos tubos ASTM 106 SCH 80 e 
ASTM 178 que tem suas propriedades químicas e mecânicas mostradas no quadro 3.9. 
 
 
 
 
 
 
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41 
 
Quadro 3.8 – Mostra a composição química e propriedades mecânicas dos tubos utilizados 
 
Fonte: PIPESYSTEM, 2012 
3.3 Processo de preparo para a soldagem de tubulações 
Para se realizar uma soldagem com qualidade é necessário que se atenda a algumas 
exigências antes de proceder a soldagem, onde, deve ser feito o preparo da junta a ser soldada 
que inclui a limpeza, chanframento, acoplamento e ponteamento dos tubos. 
Para um bom preparo devem-se seguir os seguintes passos, marcar o tubo para 
posterior realização do corte, que pode ser feito por serras mecânicas ou maçaricos, sendo que 
se for pela segunda opção o profissional indicado para realizar esta operação deve ser o 
maçariqueiro, onde também pode ser utilizado este sistema de corte de forma semiautomática 
onde o maçarico é fixo e gira sobre roletes motorizados. 
Terminando o corte passa-se para o chanframento que pode ser feito por esmeriladoras 
e retificas manual para a parte interna. Geralmente o profissional responsável por essa etapa é 
uma encanador industrial, pois recebe treinamento para deixar as pontas dos tubos em uma 
angulação correta para a soldagem. 
Após o chanframento, passamos a etapa de ajustagem e alinhamento do tubo a ser 
soldado, posteriormente ocorre o ponteamento para fixar a posição onde ira ocorrer a união 
onde depois destes passos já pode ser realizada a solda de raiz no tubo. As figuras 3.2 a 3.6 
mostram o passo a passo do procedimento de reparo da tubulação. 
 
 
 
 
 
 
 
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42 
Figura 3.2 - Lixamento e preparação 
 
Fonte: Autoria nossa, 2012 
 
Figura 3.3 - Entrada para tubulões lixadas e preparadas para ponteamento 
 
Fonte: Autoria nossa, 2012 
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43 
Figura 3.4 - Alinhamento dos tubos 
 
Fonte: Autoria nossa, 2012 
 
Figura 3.5 - Ponteamento dos tubos 
 
Fonte: Autoria nossa, 2012 
 
 
 
 
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44 
 Figura 3.6 - Junta soldada com TIG 
 
Fonte: Autoria nossa, 2012 
3.4 Processos de soldagem utilizados 
Os processos utilizados na soldagem de manutenção desta caldeira foram os processos 
eletrodo revestido e Tungsten Inert Gas (TIG), onde foi feito primeiramente a soldagem da 
raiz com o processo TIG utilizando o eletrodo cobreado ER 80S-G e o enchimento com o 
processo eletrodo revestido utilizando o eletrodo E7018, sendo realizado pelo intermédio de 6 
profissionais, sendo 3 soldadores qualificados para utilizar o processo TIG chamados 
comumente de “Tigueiros” e 3 soldadores de ER, todos apresentando certificação a empresa 
supervisora da soldagem. 
3.4.1 Soldagem de raiz 
A soldagem de raiz foi realizada com o processo de soldagem TIG levando em 
consideração a importância do passe de raiz para a soldagem de um vazo de pressão e por 
apresentar alta confiabilidade e uma solda de alta qualidade, utilizando a vareta de adição de 
ER 80S-G (Quadro 3.10) de 3,2 mm de diâmetro com alimentação da vareta de forma manual 
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45 
no arco, gás de proteção sendo argônio e a fonte de soldagem utilizada foi a Origo Arc 286i 
mostrada na figura 3.7 e suas características técnicas mostradas no quadro 3.9. 
 
Figura 3.7 - Fonte Origo Arc 286i 
 
Fonte:ESAB, 2008 
 
Quadro 3.9 - Caracteristicas técnicas da fomte origoArc 286i 
 
Fonte: ESAB, 2008 
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46 
Quadro 3.10 - Propriedades químicas e mecânicas da vareta AWS ER 80S-G 
VARETA OK
COMPOSIÇÃO 
DA VARETA
APLICAÇÕES
PROPRIEDADES 
MECÂNICAS 
TÍPICAS
TIPO DE 
CORRENTE
DIÂM
.
(mm)
COMPR. 
(mm)
GÁS DE 
PROTEÇÃO
T IGROD 
1 3 . 0 9 
AWS / ASME SFA 5. 28 
ER80S- G 
EN ISO 636- A W2Mo 
EN ISO 21952- A WMoSi 
EN ISO 21952- B W5Z 1M3
C = 0,1 
Si = 0,5 
Mn = 1,1 
Mo = 0,5
Vareta sólida cobreada para 
soldagem de aços baixa 
liga 0,5%Mo. Muito 
utilizada para passe de raiz 
de tubos de aços baixa liga 
ligados ao molibdênio. 
Aplicada , em vasos de 
pressão, caldeiras , 
tambores de 
coque, aquecedores, dentre 
outros. 
Homologações: 
FBTS 
DNV III YMS 
VdTÜV 04950
Como soldado: 
L.R. 630 Mpa 
L.E. 540 Mpa 
A 25% 
ChV (+20°C) 180J 
ChV (-20°C) 130J 
ChV (-40°C) 90J 
ChV (-60°C) 25J 
CC-
2,4 
3,2
1000 
1000
100% Ar 
(EN 439 I1)
Fone: ESAB, 2011 
 
O processo TIG é um processo de alta qualidade e baixo índice de defeitos, no entanto 
de baixa produtividade além de incidir com a necessidade de uma elevada habilidade do 
soldador. 
Parâmetros de corrente utilizados para soldagem da raiz e o metal de adição utilizado 
com diâmetro de 3,2 mm: 
1 – Corrente de soldagem para chanfro aberto: 170 A. 
2 – Corrente de soldagem para chanfro fechado: 150 A. 
A escolha da corrente é definida pelos parâmetros de soldagem estabelecidos pelo 
soldador, como posição de soldagem, amperagem e etc. 
3.4.2 Enchimento 
A solda de enchimento foi realizada utilizando a soldagem com eletrodo revestido 
básico E 7018 (Quadro 3.11), com diâmetro de 3,2 mm, sendo utilizados os seguintes 
parâmetros de soldagem. 
A Soldagem com eletrodo revestido foi feita utilizando - se a fonte de soldagem Origo 
406 da ESAB (Figura 3.8) e com suas características técnicas mostradas no quadro 3.12. 
Parâmetros de corrente utilizados para soldagem de enchimento: 
1 – Corrente de soldagem utilizada para enchimento foi de 120A. 
 
 
 
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47 
 
 
Quadro 3.11 - Eletrodo E 7018 utilizado na soldagem 
 
Fonte: ESAB, 2008 
 
Figura 3.8 - Fonte de soldagem ER 
 
Fonte: Autoria nossa, 2012 
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