soldagem de tubulação Fedele

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SOLDAGEM DE TUBULAÇÕES: 
METALURGIA, PROCEDIMENTOS E DESAFIOS 
 
Eng. Ricardo Fedele, MSc. 
Engenheiro de Aplicação da Boehler Thyssen Técnica de Soldagem Ltda 
Prof. do Dep. de Eng. Mecânica e Metalúrgica da Escola de Engenharia Mauá 
engenharia@btwbr.com.br 
 
 
 
(Artigo publicado na Revista METALURGIA & MATERIAIS – Vol.58 – Nº 521- 05/2002) 
 
 
 
RESUMO 
A soldagem tem sido o processo de junção mais empregado na construção e montagem de 
dutos desde o ínicio da engenharia de tubulações. O aumento da demanda mundial por 
alguns insumos importantes tais como o óleo e o gás tem motivado a expansão e 
construção de muitos dutos soldados. Para reduzir os custos dos projetos, novos aços de 
alta resistência e consumíveis de soldagem compatíveis têm sido pesquisados bem como 
novas técnicas de soldagem em alta velocidade. Devido à inerente competição no segmento 
de dutos, é certo que os contratantes e os engenheiros devem estar completamente 
atualizados. Não somente para ter sucesso técnico em seus projetos mas para sobreviver 
nesse negócio. 
 
ABSTRACT 
Welding has been the most employed process to join pipes in the field since the beginning of 
pipeline engineering. The increasing worldwide demand for some important industrial inputs 
like oil and gas has prompted expansion and construction of many welded pipelines. To 
reduce project costs, new high strength steels and matching filler metals have been 
researched as well as high speed welding techniques. Due to the inherent competition in the 
pipeline segment it is well known that contractors and engineers must be completely 
updated, not only to have success with the projects but mainly to survive in this business. 
 
 
Boehler Thyssen Técnica de Soldagem Ltda. 1 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
A transmissão e distribuição de importantes insumos para a sobrevivência de um país são 
normalmente realizadas através de sistemas integrados, compostos por dutos e tubulações. 
Por estes sistemas, a água, os óleos combustíveis, o gás natural, o gás liqüefeito 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, minerodutos, etc, dependendo da substância que está sendo escoada em seu 
interior. 
O aumento da demanda dos insumos transportados por estas tubulações tem sido 
incentivado pela evolução tecnológica dos vários segmentos industriais, ocorrida de maneira 
intensa e global nas últimas décadas. Assim, as redes de transmissão e distribuição já 
existentes têm se tornado obsoletas, obrigando a realização de elevados investimentos na 
ampliação ou montagem de novas linhas. Além disso, a necessidade de abastecer centros 
consumidores em ascensão e de canalizar insumos provenientes de locais de extração 
recém descobertos também tem contribuído para o crescimento da rede dutoviária. 
A soldagem representa um papel fundamental neste cenário pois é o processo de fabricação 
mais empregado na montagem de tubulações. Como exemplo palpável da importância da 
soldagem, observa-se que a maior parte dos 3,22 milhões de quilômetros de tubulações 
instaladas atualmente nos Estados Unidos foi construída por este método. 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 as 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 adequados. A experiência de 
campo também é fundamental para a compreensão de importantes condições de contorno e 
deve ser sempre levada em consideração. 
 
2. METAIS DE BASE 
Geralmente, os materiais selecionados para a construção de tubulações atendem aos 
requisitos das normas API 5L ou DIN 17172 ou EN 10208-2 (Tabela 1). Essas normas 
classificam os diferentes tubos em subgrupos de acordo com seus valores mecânicos, 
facilitando a seleção do material adequado para cada aplicação. Em princípio, a utilização 
de tubos com maiores propriedades mecânicas contribui para a redução de custos totais dos 
projetos. Torna-se possível selecionar menores espessuras de parede, mantendo-se a 
mesma pressão de serviço. Tem-se ainda a diminuição do peso dos tubos e da quantidade 
de solda depositada em cada junta. Adicionalmente, existe a possibilidade do 
dimensionamento de linhas com maiores pressões de trabalho, reduzindo o número de 
estações de compressão necessárias para o bombeamento do fluído ao longo do traçado. 
Boehler Thyssen Técnica de Soldagem Ltda. 2 
 
 
 
Tabela 1 – Propriedades mecânicas dos aços mais utilizados para fabricação de tubos. 
Classificação do aço 
API 5L EN 10208-2 DIN 17172 
LE (mínimo) 
(N/mm2) 
LR (mínimo) 
(N/mm2) 
Alongamento 
(%) 
A 207 331 28 
 L210 210 320 26 
 StE 210.7 210 320 26 
B 241 413 23 
 L245MB 245 415 22 
 StE 240.7 240 370 24 
X 42 289 313 23 
 L290MB 290 415 21 
 StE 290.7 (TM) 290 420 23 
X 46 317 434 22 
 L320M 320 460 21 
 StE 320.7 (TM) 320 460 21 
X 52 358 455 21 
 L360MB 360 460 20 
 StE 360.7 (TM) 360 510 20 
X 56 386 489 20 
 L385M 385 530 19 
 StE 385.7 (TM) 385 530 19 
X 60 413 517 19 
 L415MB 415 520 18 
 StE 320.7 (TM) 415 550 18 
X 65 448 530 18 
 L450MB 450 535 18 
 StE 445.7 (TM) 445 560 18 
X 70 482 565 18 
 L485 485 570 18 
 StE 480.7 (TM) 480 600 18 
X 80 550 620 18 
 L555MB 555 625 18 
 StE 550.7 (TM) 550 690 18 
 
LE = Limite de escoamento, LR = Limite de resistência 
 
Tais vantagens tem incentivado o desenvolvimento de novos aços alta-resistência- baixa-
liga (ARBL) para a fabricação de tubos. Até os anos 70, 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 (ASTM 
7-8). Nos anos 70, este processo foi modificado para operações de conformação termo-
mecânica (TM), permitindo a produção de aços X-70, com reduzidos teores de
Boehler Thyssen Técnica de Soldagem Ltda. 3 
 
 
carbono, e adições de elementos nióbio e vanádio. A microestrutura passou a apresentar 
maior uniformidade, com grãos mais refinados de ferrita (ASTM 10-11). Esta tecnologia foi 
aperfeiçoada nos anos 80, com a introdução do processo de resfriamento controlado 
(accelerated cooling), juntamente com o conceito de laminação termo-mecânica. Foi então 
possível produzir o aço X-80, com teores de carbono ainda mais reduzidos, melhorando sua 
soldabilidade. Neste caso, a microestrutura apresentava-se mais refinada, do tipo ferrítica-
bainítica. 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 X-100 (Figura 1). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3
O
p
r
e
(
 
 
Figura 1 – Evolução dos aços para a fabricação de tubos de grandes diâmetros (ref.2) 
 
. SOLDAGEM COM ELETRODOS CELULÓSICOS 
 desenvolvimento desses aços com maior resistência mecânica acarreta sempre a 
esquisa e o aperfeiçoamento de metais de adição compatíveis, visando atender aos novos 
equisitos estabelecidos e a manutenção da viabilidade operacional de soldagem. Assim, 
xistem atualmente metais de adição apropriados para a soldagem de cada classe da aço 
Tabela 2). 
Boehler Thyssen Técnicade Soldagem Ltda. 4 
 
 
Tabela 2 – Seleção de eletrodos revestidos para a soldagem de tubulações (ref.4). 
Eletrodos Revestidos Celulósicos (AWS A5.5) Aços conforme 
API 5L E 6010* E 7010-P1(G) E 7010-A1 E 8010-P1(G) E 9010-G 
A 
B 
X 42 
X 46 
X 52 
X 56 
X 60 
X 65 
X 70 
X 80 
Eletrodos Revestidos Básicos (AWS A5.5) Aços conforme 
API 5L E 8018-G** E 8018-G E 9018-G E 10018-G E 11018-G 
A 
B 
X 42 
X 46 
X 52 
X 56 
X 60 
X 65 
X 70 
X 80 
X 100 
*AWS A5.1 
**Eletrodo especial para o passe de raiz 
 
 
 Somente para o passe de raiz 
 Para os demais passes ou preenchimento total da junta 
 
 
No caso da soldagem manual de tubos no campo, os metais de adição mais empregados 
são eletrodos revestidos celulósicos. Eles possuem um arco elétrico bastante agressivo, 
garantindo a penetração total da solda e fusão completa das paredes do tubo. Também 
produzem uma escória mais fina, facilmente destacável, possibilitando a soldagem na 
posição vertical descendente. Além disso, requerem menos cuidados em relação ao 
manuseio e armazenamento, em comparação aos outros tipos de eletrodos revestidos. 
Nas soldagens com consumíveis celulósicos, costuma-se selecionar o eletrodo E6010 para 
a deposição do primeiro passe de solda (passe de raiz), não importando a especificação 
mecânica do tubo. Este eletrodo deposita um metal com menor resistência mecânica, mas 
com elevados valores de tenacidade quando comparados aos dos metais depositados pelos 
Boehler Thyssen Técnica de Soldagem Ltda. 5 
 
 
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. Seleciona-se então, os eletrodos celulósicos E7010-X, E8010-X 
ou E9010-X para os passes de enchimento e cobertura da junta, de acordo com os valores 
do limite de escoamento e de resistência do tubo. Tal procedimento é conhecido como 
soldagem celulósica combinada e foi utilizado, por exemplo, na construção do Gasoduto 
Bolívia-Brasil (E6010 + E8010-G). 
Ao final da 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 (abaixo de 10mm), 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 (<0,10%), com pequenas frações de 
perlita, nos quais a diluição do metal de adição com o metal de base (50%-50%) provoca o 
decréscimo da resistência mecânica do metal de solda. 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 freqüentemente a norma API 1104. 
Entretanto, os eletrodos celulósicos apresentam uma limitação quanto aos valores de 
tenacidade, sendo indicados para a soldagem de tubos somente até a classe X-70 ou 
similar. Isto porque o revestimento destes eletrodos é composto por aproximadamente 30% 
de materiais orgânicos que se queimam durante a soldagem. Logo, a escória formada sobre 
a poça de fusão não apresenta características metalúrgicas apropriadas para melhorar a 
qualidade do metal líquido, deixando-o com elevados teores de oxigênio, hidrogênio e outros 
elementos indesejáveis. 
 
4. SOLDAGEM COM ELETRODOS BÁSICOS 
Para a soldagem manual de tubos da classe X-80 e X-100, aconselha-se a utilização de 
eletrodos com revestimento básico, apropriados para a soldagem na posição vertical 
descendente (BVD-Basic Vertical Down). 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 àqueles 
depositados por eletrodos com revestimento celulósico. Consequentemente, tem-se um 
metal de solda com elevados valores de tenacidade (Figura 2). 
Boehler Thyssen Técnica de Soldagem Ltda. 6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2 – Valores típicos de tenacidade dos metais de solda após soldagem de tubo API 
5L X-80 (ref.1). 
 
Esse ganho em tenacidade 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 (HD< 5ml/100g de metal), 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 
Boehler Thyssen Técnica de Soldagem Ltda. 7 
 
 
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. 
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 E8018-G, E9018-G, E10018-G ou E11018-G para a 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 celulósicoé 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. Como exemplo da utilização desta 
técnica, pode-se citar o Gasoduto alemão Werne–Schlüchtern, construído em 1992-93, com 
aproximadamente 250 Km de extensão. Utilizou-se o tubo GRS 550 (~API 5L X-80) com 
48”de diâmetro e 18,3 mm de espessura (Figura 3). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3 – Soldagem do gasoduto alemão Werne–Schlüchtern (~API 5L X-80) com o 
procedimento de soldagem combinado celulósico-básico. (Passe de raiz: E6010; Passe 
quente: E9010-G; Passes de enchimento e cobertura: E10018-G) 
Boehler Thyssen Técnica de Soldagem Ltda. 8 
 
 
5. SOLDAGEM SEMI-AUTOMÁTICA E AUTOMÁTICA 
Em projetos com possibilidade de soldagem seqüencial dos tubos em terreno plano, utiliza-
se preferencialmente os processos de soldagem semi-automáticos ou automáticos do tipo 
MIG/MAG ou Arame Tubular. Com eles, consegue-se obter uma excelente combinação 
econômica de elevada produtividade associada a um reduzido número de soldadores. 
Principalmente quando os parâmetros de soldagem são controlados por computador e 
dispositivos de avanço orbital são empregados. As propriedades mecânicas das juntas 
soldadas são boas e índice de reparos apresenta-se relativamente baixo, de maneira 
semelhante ao processo Eletrodo Revestido. 
Os metais de adição empregados são geralmente arames sólidos ou tubulares, com 
diâmetros variando em torno de 0,9 a 1,2mm. De modo análogo ao discutido para os 
eletrodos revestidos, prefere-se adotar um arame de menor resistência mecânica e maior 
tenacidade para a deposição do passe de raiz. Em seguida, seleciona-se um outro arame 
para o enchimento e acabamento de acordo com os valores mecânicos do tubo que está 
sendo soldado. O gás de proteção normalmente utilizado é o gás carbônico puro (CO2). No 
entanto, combinações Argônio/CO2 (75%/25%) podem ser utilizadas para a deposição do 
passe de raiz e do passe de cobertura, nos quais existe uma maior preocupação com a 
configuração geométrica do cordão de solda. 
Do ponto de vista metalúrgico, os metais de adição em forma de arame maciço se 
assemelham muito aos eletrodos revestidos básicos quando se discute a quantidade de 
hidrogênio presente no metal de solda. Assim, a utilização desses arames ajuda a evitar o 
aparecimento de trincas a frio na junta soldada. Já o metal depositado por arames tubulares 
com proteção por CO2 apresenta teores um pouco mais elevados de hidrogênio. Contudo, o 
risco de trincamento ainda é bastante reduzido. 
 
6. METALURGIA DA SOLDAGEM 
É importante mencionar que a soldagem dos tubos de resistência elevada envolve sempre 
algumas recomendações especiais, principalmente em relação à um importante problema 
de soldabilidade, conhecido como trincamento a frio induzido por hidrogênio. 
O modelo mais aceito para explicar esta fragilização foi proposto por Granjon em 1972. 
Segundo ele, a poça de fusão absorve o certa quantidade de hidrogênio presente na 
atmosfera do arco elétrico durante a soldagem. Com a solidificação, o metal de solda 
adquire uma microestrutura austenítica e parte do hidrogênio absorvido é perdida devido à 
queda da sua solubilidade neste reticulado. Em seguida, a austenita se transforma em ferrita 
+ cementita, e a solubilidade do hidrogênio cai drasticamente. Este então migra por difusão 
para regiões ainda austenitizadas do metal de base. No resfriamento, estas regiões tendem 
a temperar, apresentando uma microestrutura martensítica. Deste modo, obtêm-se 
hidrogênio associado à uma microestrutura frágil. A partir daí, o hidrogênio pode se 
combinar formando gás em microtrincas já existentes, promovendo a propagação destas 
devido ao aumento da pressão interna. Já Troiano e Oriani acreditam que o hidrogênio 
diminui a energia de coesão entre os átomos do reticulado nos contornos de grão e 
interfaces, fragilizando o material. 
Boehler Thyssen Técnica de Soldagem Ltda. 9 
 
 
Para a prevenção deste fenômeno, aconselha-se eliminar as principais fontes de hidrogênio, 
utilizando eletrodos revestidos em condições apropriadas e gases de proteção sem 
contaminação de vapor de água. Em tubulações com aços de resistência elevada, aplica-se 
o preaquecimento da junta com a manutenção de uma temperatura interpasse mínima ao 
longo de toda a soldagem. Este procedimento visa fornecer condições para que o hidrogênio 
presente no metal difunda para o ambiente, evitando o trincamento a frio. Além disso, ocorre 
uma redução na velocidade de resfriamento da junta, diminuindo a porcentagem de 
martensita formada. Consequentemente, tem-se uma microestrutura menos frágil, com 
menor susceptibilidade à formação de trincas. A temperatura de preaquecimento depende 
dos teores de elementos endurecedores presentes no aço e da espessura do tubo, sendo 
influenciada pelo Carbono Equivalente (CE). A Figura 4 mostra um exemplo desta relação, 
obtida a partir de um teste de implante, para o caso da soldagem com eletrodos revestidos 
celulósicos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4 – R
temperatura d
de implante (r
 
 
 
 
 
 
elação entre a composição química do aço (Carbono Equivalente) e a 
e preaquecimento da junta na prevenção do trincamento, a partir de um teste 
ef.1). 
Boehler Thyssen Técnica de Soldagem Ltda. 10 
 
Boehler Thyssen Técnica de Soldagem Ltda. 11 
 
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS 
Em meio ao desenvolvimento de novos materiais, com características metalúrgicas 
diferenciadas, e novos processos de soldagem, com melhores desempenhos econômicos, 
verifica-se a necessidade do contínuo aperfeiçoamento dos profissionais envolvidos com o 
segmento de tubulações. Por outro lado, são tantas as novidades que uma completa 
atualização nas áreas de siderurgia, laminação, montagem, inspeção, soldagem, 
revestimentos e outras, torna-se praticamente impossível. Assim, para obter sucesso nesta 
nova realidade, é importante que a definição de fornecedor e cliente torne-se mais 
abrangente, de modo que ambos formem uma única equipe e realizem o projeto em 
conjunto. Essa idéia tem apresentado excelentes resultados, permitindo maior agilidade na 
transferência de tecnologia e garantia do cumprimento dos cronogramas dos projetos. 
 
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
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1972. 
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