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Rio de Janeiro
 OUTUBRO/2023
CENTRO UNIVERSITÁRIO AUGUSTO MOTTA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
MÓDULO DE TRATAMENTO DE MATERIAIS
 
Informação Interna
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ELABORAÇÃO DE PROJETO DE TANQUE COM FLANGE 
SOLDADO PARA ARMAZENAMENTO DE QUEROSENE 
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Rio de Janeiro
 OUTUBRO/2023
 
 
CENTRO UNIVERSITÁRIO AUGUSTO MOTTA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
MÓDULO DE TRATAMENTO DE MATERIAIS
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ELABORAÇÃO DE PROJETO DE TANQUE Com FLANGE 
 SOLDADO PARA ARMAZENAMENTO DE QUEROSENE
 
 
 
 
 André Oliveira, Kilder Borges, Layne Rocazel Dos Santos Mendes, 
 Matheus e Manuel.
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Layne (L) - 
1. INTRODUÇÃO
 
Atualmente, vemos em indústrias a utilização de tubos com objetivo de transportar fluidos, sejam eles gasosos ou líquidos, entre tanques de armazenamento e a linha de produção. É comum que estruturas de tubulações sejam complexas. Afinal, elas muitas vezes percorrem áreas muito extensas, de modo a fazer a distribuição de fluidos como água e gás. É necessário contar com peças que façam a conexão entre suas partes de modo seguro, com o objetivo de que ela seja estanque e não permita vazamentos. Trata-se de um anel de metal que une duas partes de uma tubulação, permitindo a passagem de fluidos entre elas. As partes usadas para este fim, são nomeadas de flange
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Os Flanges são itens muito importantes na indústria, eles ajudam no bom funcionamento dos sistemas tubulares e levam mais segurança para o ambiente. Flanges são peças utilizadas como elemento de ligação entre tubos, montados normalmente em pares, sendo fáceis, rápidos e práticos de serem desmontados. Ajudam no bom funcionamento de tubulações e podem vedar uma conexão, impedindo a passagem de algum fluido de um lado para o outro ou evitando vazamentos.
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De acordo com as normas ANSI B16.5 e B16.47 os Flanges podem variar de diâmetro 1,8 e 64 polegadas. Existem diferentes materiais, que compõem a estrutura molecular dessas peças, como, por exemplo, o Flange de aço carbono, inoxidável, níquel e titânio. Os mais requisitados e resistentes são os modelos de aço carbono, já que possuem maior resistência mecânica. Devido aos elementos de liga inseridos na peça de aço, o Flange fica mais resistente garantindo que as peças suportem melhor as pressões. 
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Devido ter muitas aplicações diferentes na indústria, todas as peças vêm com o diâmetro, em polegadas, especificado. No geral, os Flanges podem ser aplicados em diversos segmentos, essencialmente nestes a seguir:
 - Companhias de trabalho com cimento e mineração;
 - Indústrias dos mais variados segmentos de produção;
 - Projetos de engenharia;
 - Petrolíferas;
 - Setor de abastecimento de água, química e gases;
 - Setor da construção civil;
Usinas.
A seguir, temos os principais tipos de flanges
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A seguir, temos os principais tipos de flanges:
FLANGE COM PESCOÇO
O tipo flange com pescoço é projetado para transferir tensão para a tubulação. Isso reduz a concentração de pressão em sua base. São conhecidos pelo seu pescoço cônico e resistência à deformação.
Possuem extremidade chanfrada, favorecendo solda de topo e ensaio de radiografia na linha. É utilizado para variadas condições de pressão e temperatura devido à sua estrutura e, por isso, são elementos conhecidos de vedação no mercado
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FLANGE SOBREPOSTO
 Flange Sobreposto desliza sobre a tubulação antes de ser soldado, não permitindo ligação direta com conexão tubular, nem ensaio de radiografia na linha. Facilita a condução de fluidos e é aplicável em pequenas bitolas.
Esse modelo é de fácil aplicação, sendo mais econômico do que o modelo de Flange Pescoço. Precisa de solda do lado interno e externo, ideal para aplicações de baixa pressão, mas pode ser utilizado em diversas temperaturas e pressão moderada. 
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Definições dos Processos de Usinagem
Processo de fabricação que promove a retirada de material da peça por cisalhamento. A porção de material retirada por esse processo é chamado de cavaco.
A usinagem atende aos seguintes objetivos:
Acabamento de superfícies de peças fundidas ou conformadas mecanicamente;
Obtenção de peculiaridades (saliências, reentrâncias, furos passantes, furos rosqueados, etc.)
Fabricação seriada de peças a um custo mais baixo;
Fabricação de peças, de qualquer forma, a partir de um bloco de material metálico
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As operações de usinagem podem ser classificadas em; torneamento, fresamento, mandrilamento, serramento, brochamento e roscamento, entre outros.
Torneamento
Dentre todos os processos o torneamento é sem dúvidas o mais conhecido, além de ser o mais utilizado para usinagem de peças. O equipamento é utilizado para fabricação de peças com geometrias cilíndricas.
Neste processo a peça de aço é acoplada ao eixo do torno e colocada em rotação, sendo desbastada por uma ferramenta de corte até que alcance o formato desejado pelo operador.
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Fresamento
O fresamento é um procedimento de usinagem ideal para a confecção de engrenagens e coroas. Ao contrário do torneamento, onde o metal é removido por uma ferramenta de corte com um movimento retilíneo. No caso da fresa, a ferramenta de corte trabalha de forma giratória. Conforme a imagem abaixo:
Alinhamento
Alinhamento é um processo de usinagem direcionado a tornar superfícies planas. Neste processo a peça trabalhada fica fixada enquanto a ferramenta de corte se movimenta sobre ela em movimento linear, retirando o excesso de material
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Furação
Grande parte das peças fabricadas pelo processo de usinagem precisam passar por um procedimento Grande parte das peças fabricadas pelo processo de usinagem precisam passar por um procedimento de furação.
O processo é realizado através do giro de uma broca conectada a uma furadeira industrial.
Mandrilamento
A mandrilhadora é uma máquina direcionada para a confecção de peças em formato cilíndrico e de cone, como por exemplo os tubos em aço. Neste processo a peça e a ferramenta de corte giram simultaneamente.
 
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Processos de soldagem
A soldagem de tubos e tanques precisam ser realizadas com rigoroso controle de qualidade. Há diversos processos de soldagem, mas basicamente 3 são os mais comuns:
Eletrodo Revestido (Arco Manual);
TIG;
MIG/MAG
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imagem de soldagem com eletrodo revestido (um processo manual
Tubulação Industrial
imagem de tubulações industriais.
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1.2 OBJETIVO 
Os objetivos que se tem ao realizar o projeto são: revisar os conceitos básicos sobre tubos flangeados e processo de soldagem por eletrodo revestido; analisar os parâmetros de soldagem utilizados no processo; avaliar as propriedades mecânicas, metalúrgicas e geométricas das juntas soldadas; e comparar o desempenho do processo de soldagem por eletrodo revestido com outros processos de soldagem aplicados aos tubos flangeados
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1.3 JUSTIFICATIVA 
O projeto é relevante porque os tubos flangeados são amplamente utilizados em diversas indústrias, como a automotiva, a aeroespacial, a naval, a petroquímica, a alimentícia, entre outras. A qualidade da solda dos tubos flangeados é essencial para garantir a segurança, a eficiência e a durabilidade dos sistemas que os empregam. O processo de soldagem por eletrodo revestido é o método de soldagem mais difundido no segmento metal mecânico, pois contribui para a melhoria da qualidade e da produtividade na indústria metalmecânica. O trabalho pode trazer benefícios para a sociedade, como a redução de custos, o aumento da confiabilidade e a geração de empregosqualificados
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1.4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Flanges
As ligações flangeadas são compostas por 2 flanges, parafusos com estojos ou porcas e junta de vedação. Este tipo de união é aplicado, principalmente, para tubos de aço de qualquer classe e para quaisquer pressões e temperaturas. Atualmente, existem, vários tipos de flanges e de faces disponíveis no mercado para atender as diversas especificações da indústria.
 As classes de pressão são: 150#, 300#, 600#, 900#, 1500# e 2500#, onde o símbolo ‘#’ equivale à unidade psi. A norma ANSI B16.47 distingue também a classe 75#, além destas anteriores.
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Quando as superfícies a soldar estiverem no mesmo plano, a altura máxima do reforço da solda deve estar de acordo com o indicado na Tabela 
Tabela 1: Altura do reforço em relação espessura da chapa. NBR 7821-1983
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Soldagem do Costado:
 A sequência de soldagem a ser utilizada deve ter como objetivo minimizar as deformações decorrentes das contrações das juntas soldadas.
As chapas a serem unidas por solda de topo devem ser cuidadosamente ajustadas e mantidas em posição durante a operação de soldagem; o desalinhamento das juntas verticais concluídas não deve exceder o maior dos valores a seguir: 
10% da espessura da chapa – 2mm
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Dimensões do Tanque de armazenamento
Tanque é um equipamento tipicamente encontrado em refinarias, terminais, oleodutos,
bases de distribuição e indústrias. São equipamentos de caldeiraria destinados a armazenamento de líquidos nas indústrias, recebem este nome por operarem em pressão.
atmosférica. A construção destes equipamentos é regida pela norma API 650 do American
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Petrolium Institute e a norma brasileira NBR 7821.O tanque de armazenamento do nosso projeto terá como produto armazenado o querosene de aviação cuja densidade relativa de 0,840 kg/m^3.Este tanque atmosférico de teto cônico armazenará um volume igual a 700m^3.
Material: Tanque de aço carbono
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Pressão :d.g.h
d = (densidade do material)
g=gravidade
h= altura 
0,804.8,91.9,8=70,2 Pa
V=700 m3
D= (8/3).h 
700= ( π. D2 /4).(3/8).D
700= (3. π .D3/32)
22.400= (3. π.D3)
22.400/3π) = D3
2.377,91= D3
D=13,44
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 De acordo com a tabela 27, das normas NBR 7821-, são encontrados dimensões típicas e suas correspondentes capacidades nominais de tanques com anéis de 2400 mm de largura- podemos observar que o diâmetro do tanque sendo 10 m, consegue o volume de 700 m3 necessários de capacidade sendo então importante arredondar o valor de diâmetro de 13,44 m para 10 m.
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 Tabela 2-dimensões típicas e correspondentes capacidades nominais de tanques com anéis de 2400 mm de largura.
 Após arredondar, pode-se observar que a altura do tanque deve ser aproximadamente 9,60 m.
Abaixo cálculo da altura do tanque, que mostra se aproximar deste valor. 
V= (π. D^2/4).H
700=(π.10^2).H
H=8,91 m
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O tanque atmosférico tem como características:
Volume: 755m^3, diâmetro de 10 m e altura 9,60 e 4 anéis.
Tanque atmosférico -Pressão de operação de até 6,9 kPa (1 psig)
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Cálculo de espessura de cada anel do costado
De acordo com a norma NB7821,
e = espessura mínima em milímetros
H = distância entre a linha de centro da junta inferior do anel considerado à
cantoneira de topo do costado, ou à parte inferior de qualquer ladrão que limite
o enchimento do tanque, em metros
D =diâmetro nominal do tanque, em metros
G = densidade de projeto do líquido a ser estocado
E=0,04D(H-0,03) G
E= 0,04.10m (9,60-0,3).0,804 E = 2,99 mm
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 a critério do comprador ou do projetista pode ser
adotada uma sobreespessura para corrosão que
deve, nesse caso, ser acrescentada ao valor calculado conforme o primeiro parágrafo da alínea “a”.
Essa sobreespessura pode existir apenas para alguns anéis, ou pode ser variável de um anel para outro quando a intensidade do ataque corrosivo esperado não for uniforme ao longo de toda a altura do tanque.
Abaixo, fórmula com a sobreespessura para corrosão:
𝑒 = 0,040 ∗ 𝐷(𝐻 − 0,3)𝐺 + C
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Tabela 3- Espessuras de chapas do costado para as dimensões típicas de tanques construídos com anéis de 2400 mm de largura.A espessura nominal das chapas do costado sem a sobreespessura de corrosão, não deve ser inferior aos valores indicados na norma que relaciona o diâmetro do tanque com a espessura mínima do primeiro anel do costado. Nesse caso, adotamos 4,75 mm para diâmetro do tanque de 10 m e 4 anéis e altura 9,60.
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DIMENSIONAMENTO DO TUBO 4’’
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Tabela 4 - Valores para conexão de tubo flangeado.
Materiais das chapas, do tubo e flange 
Costado:
As chapas a serem utilizadas devem estar de acordo com a última edição de uma das seguintes especificações, respeitadas as modificações e limites indicados nesta norma. Outros materiais
produzidos de acordo com especificações diferentes das listadas neste capítulo podem
ser empregados desde que seja comprovado que tais materiais preenchem todos os requisitos de uma das especificações deste capítulo e seu uso seja aprovado pelo cliente.
ASTM A-283: Chapas de Aço-carbono de Qualidade Estrutural com Resistência à Tração Baixa e Intermediária Graus C e D apenas
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Espessura máxima da chapa:
Grau C: 37,5 mm
Grau D: 19,0 mm
ASTM A-283 Gr. C
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Tabela 5- chapas de aço carbono para uso no costado do tanques nos quais se justifique segurança adicional quanto a fraturas frágeis.
Tubos: 
Os pescoços das conexões ligadas a qualquer tubulação deve ser fabricada com materiais que satisfaçam às especificações relacionadas a seguir: para tubos de diâmetro externo até 273 mm (Tamanho 10): ASTM A-53 ou ABNT NBR 6321 (ASTM A-106); 
Para tubos de diâmetro externo ate 273 mm (tamanho 10): ASTM A-53 ou ABNT NBR 6321 (ASTM-106)
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Flanges:
Os flanges de bocais ligados a qualquer tubulação, quando forjados, devem corresponder às exigências da especificação ASTM A 181; podem, ainda, ser fabricados de chapas ASTM A-285 Grau C, ASTM A-515 Grau 60, respeitadas as espessuras máximas estabelecidas no item 5.1, ou ASTM A-516 (qualquer espessura).
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ESCOLHA DO FLANGE
Flange escolhido
Tabela 6 - tipos de bocais e flanges 
 Diâmetro do tanque é igual a 10, portanto D MAIOR ou IGUAL , sendo 2 tipos de flange ,as melhores opções Flange de pescoço ou sobreposto.
Classe de pressão 150 ou da tubulação interligada (maior valor).
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 Tabela 7: Flanges dos bocais do costado.
Diâmetro interno do flange com Pescoço= diâmetro interno do tubo 
114-(2.8,5) =97 mm	
Chapa de Reforço
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Tabela 8 - bocais do costado.
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Para os bocais, flangeados e roscados, de tamanho 2 e menores, não é obrigatório o uso de chapas de reforço. Neste caso, DR será o diâmetro do furo na chapa do costado e a solda “A” será conforme o que consta da coluna 6 da Tabela 14, todavia, as chapas de reforço podem ser usadas, se assim for desejado.
FÓRMULA -PRODUTO DA ESPESSURA DA CHAPA COM A ABERTURA DA CHAPA DO COSTADO (TABELA 13)
DIMENSÕES DA CHAPA DE REFORÇO
serão reforçadas as aberturas no costado de diâmetros maiores que 63 mm; a área mínima da seção transversal do reforço não será inferior ao produto do diâmetro vertical do furo aberto no costado do tanque, pela espessura da chapa do costado, determinada de acordo com o item 6.3.2; a área da seção transversal de reforço será medida segundo um plano vertical que 
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contenha o diâmetro da abertura.
2,99x117=349,83 mm
FÓRMULA ( área mínima da seção transversal da chapa de reforço)
2,99.( 305- 117)= 562,12 mm
Processo de soldagem
Na Norma NBR 7821, Os eletrodos para soldagem manual devem atender às exigências da norma AWS A-5.13) (classes AWS E-60XXe E-70XX), obedecidasas características de corrente elétrica, de polaridade e posição de soldagem, bem como outras condições implícitas nesta norma técnica. Entretanto, nos casos em que os materiais a serem soldados possuam propriedades mecânicas superiores aos eletrodos aqui estabelecidos, deverão ser usadas classes de eletrodos e procedimentos de 
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de forma a se conseguir uma solda com propriedades compatíveis com as dos materiais que serão soldados.
O eletrodo que melhor se enquadra seria o 7018.
O eletrodo E7018 é certamente um dos consumíveis de solda mais populares do
 mercado. Sendo, por conseguinte, muito empregado em diversas aplicações, não apenas de fabricação, como também de manutenção industrial. Além disso, o produto é muito versátil, operando satisfatoriamente em todas as posições de soldagem, exceto na vertical descendente. Com fontes de alimentação de CC e de maneira idêntica, CA
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Principais aplicações industriais
Estruturas metálicas
Vagões ferroviários
Tanques de armazenamento
Soldagem de tubos
Vasos de pressão
Caldeiras
Fabricação de equipamentos pesados
Navios
Pontes
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Construção civil
Serviços de manutenção geral
Flange de pescoço: É o tipo de flange mais usado em tubulações industriais para quaisquer pressões e temperaturas, para diâmetros de 1 ½” ou maiores. De todos os flanges não integrais é o mais resistente, que permite melhor aperto, e que dá origem a menores tensões residuais em consequência da soldagem e das diferenças de temperatura. Este flange é ligado ao tubo por uma única solda de topo, ficando a face interna do tubo perfeitamente lisa, sem descontinuidades que facilitem a concentração de esforços ou a corrosão. A montagem com esses flanges é cara porque cada pedaço de tubo deve ter os extremos chanfrados para solda, e tem de ser cortado na medida certa, com muito pequena tolerância no comprimento
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Figura 11 – soldagem com flange tipo pescoço.
Dimensões relacionadas á A, B1, C, D e Q, verificar na seguinte tabela:
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Figura 11 – soldagem com flange tipo pescoço.
Dimensões relacionadas á A, B1, C, D e Q, verificar na seguinte tabela:
Tabela 9- Flanges dos bocais do costado
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Figura 12- Desenho do flange soldado ao tubo. ( Feito em AutoCad)
figura 13- simbologia de soldagem
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Figura 14- desenho do flange usinado.
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CONCLUSÃO
Pode -se concluir que o eletrodo revestido E7018 e o uso do flange de pescoço foram escolhidos por serem versáteis, baixo custo, de fácil acesso no mercado e mais comuns de se achar em tubulações industriais. Esses flanges, por serem muito resistentes, possuem menores tensões residuais. 
A soldagem do tubo flangeado conectado ao tanque nesse processo, não será preciso o tratamento térmico do material, visto que só se aplica a espessuras contendo mais de 40 mm, e a espessura do bisel do pescoço será 8,5mm. Com isso, garante uma operação eficiente e segura dos sistemas de tubulação aplicados corretamente nas indústrias.
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Referências Bibliográficas
ABC TUBOS.flange o que é e onde utilizar? Disponível em:<https: https://www.tubosabc.com.br/flange/flange-o-que-e-e-onde-utilizar/?>. Acesso em: 05 de outubro de 2023.
TREAL.Processos de soldagem: conheça os tipos e cuidados, 2018. Disponível em:<https: www.treal.com.br/blog/processos-de-soldagem-tipos-e-cuidados/>. Acesso em: 20 de setembro de 2023.
Bracarense, A.; Marques, P. V.; Modenesi, P.J.: Soldagem – Fundamentos e tecnologia. 2. ed. Belo Horizonte: Editora UFMG, 2007.
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APARECIDA TUBOS. Tubulações Industriais: quais são suas aplicações? Disponível em:https://www.aparecidatubos.com.br/blog/tubulacoes-industriais-quais-sao-suas-aplicacoes/. Acesso em 25 de setembro de 2023.
ABNT (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS). NBR 7821 – Tanques soldados para armazenamento de petróleo e derivados. Rio de Janeiro: ABNT, 1983
FÁVARO, ALEXANDRE. Bocais de tanques de armazenagem.LinkedIn.Disponível em:https://www.linkedin.com/pulse/bocais-de-tanques-armazenagem-alexandre-f%C3%A1varo/?originalSubdomain=pt . Acesso em 23 de novembro de 2023.
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OBRIGADO!
Delacor Soldas. Usos mais comuns do eletrodo revestido E7018. Disponível em: https://delarcosoldas.com.br/e7018-eletrodo-para-soldas-de-fabricacao-e-reparacao/ Acesso em 22 de novembro de 2023
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