Soldagem em dutos em operação

Prévia do material em texto

1
SOLDAGEM DE DUTOS EM OPERAÇÃO
Especialização em Engenharia de Soldagem
Junho 2012
Universidade Petrobras
Giovani Dalpiaz
CENPES/PDEP/TMEC
Objetivo do Curso
•Discutir sobre os fenômenos envolvidos na soldagem de dutos em operação.
• Rever conceitos de transferência de calor e metalurgia
de soldagem.
• Discutir sobre os problemas relacionados com soldagem
de dutos em operação.
• Discutir a norma nacional (N-2163) que orienta esta
atividade.
• Discutir a norma API 1104 - apêndice B (“in service
welding”) qualificação de soldadores e procedimentos.
• Conhecer os programas computacionais aplicados.
Soldagem de Dutos em Operação
Importante: Na soldagem em operação uma chapa fina pode transformar-se em 
chapa grossa dependendo do fluido e da vazão.
Como agrupar a soldabilidade dos materiais nessa condição?
Chapa fina ou chapa grossa?
Em instalações da PETROBRAS, toda a soldagem em operação 
deve estar de acordo com a Norma Petrobras 
N-2163
Soldagem e Trepanação em Equipamentos, Tubulações 
e Dutos em Operação
Além desta deve seguir a norma API 1104 apêndice B
Soldagem em Operação
Conceito:
• Trabalhos envolvendo a instalação de conexões e reparos estruturais, execução 
de soldagem e trepanação em equipamentos, tubulações industriais e dutos 
(terrestres ou submarinos), que estejam em operação (pressurizados com ou 
sem fluxo, com produto ou seus resíduos).
Vantagens da Soldagem em Operação
•Soldagem em qualquer 
condição operacional
•Sem Limite de Pressão ou 
Vazão
•Custo Ambiental Zero
•Ganhos Operacionais 
Significativos
Reparo sem perda significativa de produção
Continua sendo uma área de grande interesse 
na Petrobras em reparos devido a danos por 
corrosão, mossas e instalação de derivações 
(trepanação).
Soldagem em Operação
•Instalação de Duplas-Calhas
•Instalação de Fittings para derivação – Trepanação
•Reparo com deposição por soldagem
•Soldagem de braçadeira aparafusada
Operações/reparos mais comuns:
Situações envolvendo soldagem em operação
Instalação de dupla-calha
Deposição por soldagem
Operação de trepanação
Fittings soldados para trepanação
N-2163 – figura A-2
N-2163 – figura A-2
Cordão longitudinal não toca 
o tubo pelo uso de cobre junta
Junta circunferencial toca o tubo, 
por isso, é crítica e tratada como 
soldagem em operação
Dificuldades da Soldagem em Operação
Dois conceitos fundamentais devem ser compreendidos:
(serão detalhados mais adiante)
1. Trinca a frio (hydrogen cracking) devido a alta taxa de resfriamento)
2. Perfuração do duto (burntrough) – Para tubos de espessura < 6.35 mm
Na N-2163 – levanta outra questão de risco na soldagem em operação:
 Decomposição instável de produtos ou outras restrições em relação 
aos fluidos deve ser considerado. (Ver relatório PRCI fornecido)
Qual o fator mais difícil de controlar?
A norma API 1104 apêndice B trata do assunto “soldagem em operação”
Avaliação da perfuração modelo computacional
Avaliação da Trinca Induzida pelo Hidrogênio
Qualificação
Fissuração pelo Hidrogênio
Fatores controladores:
Tensões trativas
Microestrutura
susceptível Hidrogênio difusível
eliminando um dos fatores o problema é eliminado
Condição Causa da condição Medidas preventivas
Hidrogênio na junta soldada Presença de umidade ou outras 
impurezas; umidade intrínseca do 
processo de soldagem.
Limpeza da junta, preaquecimento, uso de 
eletrodos ou processos de baixo hidrogênio.
Microestrutura suscetível a 
TIH
Grão grosseiro, aquecimento seguido 
de rápido resfriamento
Preaquecimento, controle da energia de 
soldagem, uso de passe de revenimento.
Tensão de tração Tensão residual de soldagem, tensão 
interna em condição de operação, gap 
elevado, etc.
Melhorar o ajuste, minimizar a concentração 
de tensões na raiz do cordão de solda.
A trinca induzida pelo hidrogênio - TIH
Perfuração (burnthrough) em soldagem circunferencial
IMPORTANTE: 
Antes do reparo é importante uma avaliação da real 
necessidade da intervenção, ou seja, deve-se saber 
se a indicação é defeito ou descontinuidade.
Tipos de defeitos que necessitam reparo
Sujeito a alterações conforme norma de projeto do duto
a) qualquer dano com vazamento;
b) sulcos e cavas, quando apresentarem profundidade maior que:
-12,5 % da espessura nominal da parede, para oleodutos;
-10% da espessura nominal da parede, para gasodutos; 
c) mossas que afetam os cordões de solda; mossas contendo ranhuras, sulcos 
ou cavas; mossas com profundidade > 6 mm em dutos com diâmetro 4” ou com 
profundidade > 6 % do diâmetro nominal do duto para diâmetro nominal > 4”;
d) mordeduras com as seguintes dimensões:
- profundidade > 0,8 mm ou > 12,5 % da espessura (o que for menor);
- profundidade > 0,4 mm ou entre 6 % e 12,5 % da espessura (o que for 
menor), e com o comprimento > 50 mm em 300 mm contínuos de solda 
ou 1/6 do comprimento da solda (o que for menor);
Os seguintes defeitos devem ser removidos ou reparados:
Tipos de Defeitos
e) qualquer tipo de trinca;
f) toda solda não aceita pelos “critérios de aceitação - testes não-destrutivos” 
da norma API STD 1104 ou pela especificação de fabricação do tubo;
g) áreas corroídas cujas dimensões resultem em tensões acima de valores 
admissíveis de acordo com os critérios da norma ASME B31.G;
h) áreas corroídas atravessando soldas;
i) Dutos tensionados, com tensão longitudinal maior que 72% SMYS, para 
dutos novos, e 54% SMYS para dutos que já sofreram algum tipo de 
tensionamento. 
Os seguintes defeitos devem ser removidos ou reparados:
Tipos de Defeitos
Classificação de Reparos
a) Reparos de Contingência;
são precedidos de ações operacionais para minimizar os impactos 
ao meio ambiente e pessoas, e servem para conter vazamentos 
e permitir a intervenção no duto com objetivo de viabilizar a execução 
de reparos temporários ou permanentes
b) Reparos Temporários;
Garantir segurança e continuidade operacional até execução do reparo 
permanente em prazo não superior a 2 anos; 
c) Reparos Permanentes.
servem para recompor integralmente a resistência mecânica do duto 
como novo.
Técnicas de Reparo
 TROCA DE TRECHO DE DUTO (com ou sem interrupção de fluxo) Segment 
Replacement; - repara qualquer tipo de defeito
 DUPLA-CALHA (Tipo-A) Reinforcing steel sleeves; com ou sem 
interferência
 DUPLA-CALHA COM SOLDA CIRCUNFERENCIAL (Tipo-B) Pressure- 
containing sleeves. É reparo permanente para qualquer tipo de defeito.
 LUVA COM GRAUTEAMENTO DE EPOXI Epoxi Sleeve;
 CONECTOR MECÂNICO Mechanical Connectors;
 DEPÓSITO DE SOLDA Weld Deposit;
 ESMERILHAMENTO Dressing or Grinding;
 BRAÇADEIRA MECÂNICA APARAFUSADA (com ou sem derivação) 
Mechanical Clamp;
 BRAÇADEIRA COM PINO CENTRALIZADOR Leak Clamp;
 LUVA DE MATERIAL COMPOSTO Composite Sleeve;
 TREPANAÇÃO DO DEFEITO Hot Tapping;
 REFORÇO ESTRUTURAL LOCALIZADO “Bacalhau” Patch.
Técnicas de Reparo
Da N-2163:
• 3.10 Trepanação (“Hot Tapping”)
Técnica de furação a frio de uma 
tubulação, duto ou equipamento em 
operação, criando uma abertura por 
meio de perfuração ou recorte de 
uma porção da parede metálica, com 
ferramenta apropriada, internamente 
à conexão acoplada, com equi- 
pamento específico e componentes 
típicos e sem parada operacional.
Pipeline Repair Manual – PR 186-0324
Processos de Soldagem atualmente 
aplicáveis a soldagem em operação
• ELETRODO REVESTIDO - Shielded Metal Arc Welding - SMAW - (MAIS 
USADO NA PETROBRAS - QUASE 100% DOS REPAROS)
• TIG - Tungsten Inert Gas - Europa - GTAW- Gas Tungsten ArcWelding - EUA
• MIG/MAG - Metal Inert Gas/Metal Active Gas - GMAW (Gas Metal Arc 
Welding) - e variações como STT, RMD, etc.
• ARAME TUBULAR - FCAW (Flux Cored Arc Welding)
Alternativas segundo BILL BRUCE:
• SMAW usando eletrodos de baixo hidrogênio próprios para a progressão 
vertical descendente. Facilita a qualificação de soldadores por já estarem 
acostumados com a progressão descendente. 
• Exemplos:
Lincoln LH-D80
Bohler-Thysen FOX BVD-85
Poderiam ser testadas na PETROBRAS
• No processo SMAW o uso de eletrodos celulósicos (Exx10-x) normalmente é 
desaconselhada. Porém em situações onde o baixo nível de hidrogênio é 
desnecessário (baixo CE, baixa taxa de resfriamento, etc) o uso do eletrodo 
celulósico, principalmente para o passe de raiz em uma conexão BRANCH, 
pode ser aceitável. Porém é necessário bastante atenção para a qualificação 
de procedimento, considerando o pior caso para CE e para taxa de 
resfriamento.
(não é procedimento adotado na Petrobras)
É importante lembrar que o amanteigamento do tubo não é suficiente 
para eliminar a TIH, pois ela também pode ocorrer no metal de solda. 
Alternativas segundo BILL BRUCE:
Segundo BILL BRUCE:
• FCAW autoprotegido, usando o consumível Lincoln NR207H (AWS E71T8- 
K6), apresenta metal de solda depositado com razoável nível de hidrogênio. 
Apresenta maior penetração o que aumenta o risco de perfuração.
• FCAW com proteção gasosa, usando o consumível ESAB Dual shield II 
70T-12H4 (AWS E71T12 M-H4), apresenta metal de solda depositado com 
baixo hidrogênio difusível e maior resistência a absorção de umidade que o 
consumível da Lincoln. (interessante de ser testado)
Conceitos Importantes:
1. Carbono equivalente
2. Energia de soldagem
1.Carbono Equivalente (CE) – indicador da soldabilidade:
2. Energia de Soldagem (Es) – calor adicionado por 
comprimento de cordão de solda
[Pcm] 0,10%C para 5xB
10
V 
15
Mo
20
Cr
60
Ni
20
Cu
20
Mn
30
SiC Ceq
[IIW] 0,10%C para 
5
VMoCr
15
NiCu
6
MnC Ceq


 
[mm/s] Sold Vel x 1000
]Corrente[A x [V] Tensao [kJ/mm] Es 
O rendimento é considerado??
• Como podemos alterar a energia de soldagem?
• Qual a conseqüência da alteração da energia de soldagem?
• Como saber se o soldador está soldando com a energia de soldagem 
descrita no procedimento de soldagem?
SUGESTÃO para o controle da Energia de soldagem (Heat Input)
Run-Out ratio
Tabelas na BS 5135
Para um dado diâmetro de eletrodo, a relação entre 
o comprimento do cordão de solda depositado e o comprimento 
consumido de eletrodo é proporcional à energia de soldagem
Controle da Energia de soldagem (Heat Input)
Através do Run-Out ratio
3.2 mm
4 mm
2.4 mm
Efeito da Pressão do duto e da energia 
de soldagem na soldagem em operação
Soldagem de Dutos em Operação
P S = P. D /(2t)
Efeito da Pressão
Efeito da Temperatura
Temperatura
σ0
Soldagem de Dutos em Operação
Efeito das condições de soldagem 
(pressão e temperatura agindo juntas)
Condições Adequadas
Condições inadequadas
Risco de perfuração
• corrente elevada
• baixa velocidade de soldagem
• espessura pequena 
(abaixo de 4mm)
• pressão elevada (pouco 
provável que se atinja uma 
pressão crítica para perfuração)
Pressão
A poça de fusão atua como 
se fosse um ponto de 
corrosão por pites)
A perfuração ocorre quando 
a seção resistente não 
fundida do tubo não resiste 
a pressão interna
Efeito das condições de soldagem 
(pressão e temperatura agindo juntas)
Análise do risco de Perfuração (burnthrough) 
em soldagem circunferencial
É avaliada 
principalmente por 
um software para 
estimar a temperatura 
da parede.
Análise do Risco de Perfuração
Esta é a condição para que não haja perfuração: T<980ºC
Comparação entre solda bead-on-pipe (à esquerda) e junta de filete (à direita), 
parâmetros de soldagem e condições de operação do duto idênticas. 
Atinge maior temperatura que a junta de filete
Análise do Risco de Perfuração
Análise do Risco de Perfuração – N 2163
• Algumas empresas limitam de 4 a 4.8mm como espessura mínima para fazer 
soldagem em operação
• Perfuração não depende somente da espessura, mas também dos parâmetros de 
soldagem e dos parâmetros de operação do duto.
• Relação entre o calor gerado no arco X calor removido pelo duto = perfuração?
• Trabalhos anteriores feitor por BATTELLE indicam que a perfuração pode ser 
controlada se limitarmos a temperatura da parede interna do duto (T<980ºC).
• Para espessuras < 6,4mm deve-se limitar a energia de soldagem.
• Risco de perfuração aumenta com o aumento da corrente
• As tensões no duto podem se redistribuir ao longo da poça de fusão como se fosse 
uma corrosão por pites (corrosão isolada por pites é admitida a até 80% da parede 
do duto)
Análise do Risco de Perfuração
• A redução da pressão é praticamente ineficiente para minimizar o risco de 
perfuração:
A perfuração irá ocorrer se a temperatura da parede interna for suficientemente alta, 
mesmo a baixa pressão. 
Para duto com gás, a pressão maior aumenta a capacidade do gás de extrair calor 
da parede do tubo. Mais baixa temperatura da parede com a mais alta pressão, pois 
maior será a condutividade térmica dos gases.
• As tensões no duto podem se redistribuir ao longo da poça de fusão como se fosse 
uma corrosão por pites (corrosão isolada por pites é admitida a até 80% da parede 
do duto)
• É mais seguro o uso de eletrodos com diâmetro menor (menor corrente). É uma 
maneira efetiva de limitar corrente, porém diminui a produtividade. Eletrodos com 
2 ou 1,6 mm devem ser considerados. www.selectrode.com/pdf/tech/1161.pdf 
(segundo BILL BRUCE).
• CONCLUSÃO: manter temperatura da parede abaixo de 980ºC e para isso a 
vazão nem sempre precisa ser mantida e a pressão não precisa ser reduzida.
Análise do Risco de Perfuração
• Qual a eficácia do pré-aquecimento no controle da velocidade 
de resfriamento (e dureza da ZAC) na soldagem em dutos em 
operação ?
Qualificação de procedimentos e soldadores
na soldagem em operação:
Norma API 1104 apêndice B
1. Rodar o programa Battele ou PRCI a partir dos seguintes dados:
• Composição química do duto (remoção de amostras, análise com 
Espectroscopia Ótica de Emissão de Campo, Certificados de Matéria Prima.
• Espessura Real do duto (ultra som) e da calha. Diâmetro do duto e da calha.
• Condições de escoamento (tipo de fluido, vazão, temperatura e pressão).
• Energia de soldagem estimada
2. Com isso se terá o cálculo t800/500 (tempo de resfriamento entre 800 e 500 °C), 
a dureza estimada da ZAC (equação de yurioca) e a Temperatura máxima 
alcançada na parede interna (máx de 980°C (N-2163)) 
3. Qualificar procedimento e soldador segundo API 1104 apêndice B, usando 
eletrodos revestidos de baixo hidrogênio e de preferência embalados a vácuo. 
Para espessuras abaixo de 6,35 mm usar preferencialmente eletrodos com 
diâmetro igual a 2,5 mm.
Passos para Estabelecer um EPS Apropriado
Estabelecimento de Procedimento Adequado
• diâmetro e espessura do duto
• pressão e vazão durante a soldagem
• máximo aporte térmico
• composição química do tubo (CE)
• tempo de resfriamento Δt800-500
• mínimo aporte térmico
Perfuração?
Fissuração?
Exemplo de modelo para a Previsão de Dureza 
(existem vários)
H V C C e q I C C e q I
a r c tg
t C e q I I
C e q I I
C e q I C
S i M n C u N i C r M o N b V B
C e q I I C
S i M n C u N i C r M o B
( ) ( ) ( )
lo g ( ) , ,
, ,
( )
1 0 4 0 6 1 6 4 1 8 3 3 6 9 1 4 9 10 0
8 5 2 8 2 2 0 2 6 2
0 5 2 6 0 1 9 5
2 4 6 1 5 4 0 6 4 5
1 0
3 0 5 5 2 0 4 6
1 0
          
   
 
         
       










 

Dureza da ZAC
Yurioka 1981
HV = 90 + 1050C + [47Si + 75Mn +30Ni +31Cr]HV = 90 + 1050C + [47Si + 75Mn +30Ni +31Cr]
Brisson
Dureza da Martensita
Qual o peso do carbono,comparado com os outros elementos, na dureza da ZAC??
Alguns engenheiros preferem medir o tempo T250/100 
para estimar a capacidade de extração de calor do duto.
Consiste em aquecer o duto até 325°C e a seguir medir com um cronômetro 
o tempo de resfriamento entre 250°C e 100°C
A norma API 1104 apêndice B fornece indicações 
de como qualificar o procedimento e o soldador 
para a soldagem em operação.
Aponta quais variáveis são essenciais na soldagem 
em operação – algumas são diferentes da soldagem 
convencional.
API 1104 apêndice B
• Variáveis Essenciais 
– Limite de resistência não 
é variável essencial;
– Espessura do duto não 
é variável essencial;
– ALTERAÇÃO DA VAZÃO 
(condição operacional) do duto 
(Taxa de resfriamento) PODE 
SER variável essencial;
– Seqüência de deposição é 
variável essencial;
Também vale para
GROOVE – solda com chanfro
Lembrando:
A norma API 1104 apêndice B trata do assunto “soldagem em operação”
Avaliação da perfuração modelo computacional
Avaliação da Trinca Induzida pelo Hidrogênio
Qualificação
(Poderia ser estimada fazendo a soldagem com um tubo pressurizado com nitrogênio parado)
API 1104 - Apêndice B
Preocupação com a Trinca Induzida pelo Hidrogênio e avaliação 
desta na qualificação. Sugere que se pode usar um procedimento 
de soldagem para um material de maior CE desde que a taxa de 
resfriamento seja menor (mais elemento de liga e maior T800-500
Neste caso como o EPS poderia ser avaliado quanto a sua aplicabilidade?
Considerações da N-2163 quanto ao materialmaterial do duto a ser soldado:
• 1.4 Os procedimentos de soldagem descritos nesta Norma se aplicam a 
tubulações, dutos e equipamentos fabricados em aços ferríticos (tipo aço-C, C- 
Mn e C-Mn microligado) e austeníticos (tipo AISI 304, 316, 321 e 347). “São 
os aços que podem ser soldados em operação segundo a N-2163”
• 6.2.3 Aços Cr-Mo, Aços Inoxidáveis Ferríticos e Martensíticos
Em geral não devem ser soldados em operação, sendo analisado caso a caso 
pelo profissional responsável.
“Devido a trinca induzida pelo hidrogênio”
Algumas restrições previstas na N-2163 quanto ao fluido:
6.1.2 Trabalhos de soldagem não devem ser permitidos em equipamentos, tubulações e
dutos em operação contendo qualquer um dos seguintes produtos, exceto quando
previamente analisado:
a) oxigênio e misturas de vapores de hidrocarboneto/oxigênio e hidrocarboneto/ar;
b) ar comprimido;
c) peróxidos, cloro ou outras substâncias químicas que possam se decompor violentamente 
ou se tornar perigosas em contato com o calor da soldagem;
d) substâncias cáusticas, aminas, nitratos e ácidos, se as concentrações e temperaturas previstas 
pelo projeto forem tais que as especificações de fabricação exijam tratamento térmico pós- 
soldagem, ou pela elevação da corrosividade (risco de corrosão) sob tensão do fluido em função 
da temperatura alcançada internamente devido à soldagem;
e) acetileno, etileno, benzeno e outros hidrocarbonetos insaturados ou mesmo polímeros 
que possam sofrer decomposição exotérmica e espontânea sob certas combinações de pressão 
e temperatura;
...
h) linhas com vapor d’água: acima de 300 °C ou com pressão acima de
20 kgf/cm, salvo casos em que haja análise específica. 
Entre outras...
API 1104 apêndice B
• Como o API 1104 apêndice B teve origem no API 1107 (soldagem de 
manutenção de dutos), as práticas recomendadas do API 1107 foram 
mantidas nesse apêndice. Portanto “should” do API 1104 é ententido 
como obrigação “shall”.(prática da Petrobras).
• O API 1104 apêndice B é construído baseado em dois conceitos 
fundamentais: perfuração e trinca induzida pelo hidrogênio. Portanto suas 
recomendações são para evitar esses fenômenos.
TRINCA INDUZIDA PELO HIDROGÊNIO
• Os procedimentos são qualificados em grupos de carbono equivalente e não 
de tensão de escoamento. A TIH é mais em função do carbono equivalente do 
que da tensão de escoamento. O carbono equivalente pode variar muito em 
função do fabricante e para uma mesma tensão de escoamento.
API 1104 apêndice B
– Os procedimentos são qualificados em grupos de severidade térmica e não 
de espessura de parede como na soldagem convencional. Esta norma sugere 
agrupar o CE e condições operacionais do duto, mas não apresenta intervalos 
(B2.1.1.2);
PERFURAÇÃO
– Espessura acima de 6,4mm e uso de eletrodo básico, não é esperada 
perfuração;
– Espessura abaixo de 6,4 pode ser esperado perfuração – métodos 
computacionais devem ser utilizados para determinar o aporte térmico limite;
– Espessura abaixo deste valor pode ser necessário limitar o aporte térmico;
Da N-2163:
Este é talvez um dos principais conceitos, intrínsecos na N-2163,que 
diferenciam a soldagem convencional da soldagem em operação – também 
preocupação com a trinca induzida pelo hidrogênio. Neste aspecto a N-2163 é 
mais severa que o API 1104, pois não permite usar um procedimento qualificado 
para um metal base de maior CE.
Como é a qualificação de procedimento 
segundo API 1104 apêndice B?
A qualificação é feita utilizando água em fluxo (Vazão ~ 40 l/min (vazão de torneira)), 
para simular a pior condição para TIH - trinca induzida pelo hidrogênio.
Água proporciona resfriamento mais severo do que o encontrado com hidrocarbonetos.
Ensaios Necessários Para a Qualificação de Procedimento
Marcas resultantes das indentações
(medida de dureza Vickers 10 Kg)
Observar os pontos de medição
Exemplo de um “bom” EPS para soldagem em operação:
Unificação de Procedimentos de Soldagem
Uso de Procedimentos de Soldagem 
Baseados no Passe de Revenimento
Almofada
(“dupla camada”)
Passe de Revenimento na 
Seqüência da Deposição
Pre
amanteigamento
do tubo + Passe 
Revenimento
45°
3mm
1,6mm (min.)
amanteigamento
Área de
amanteigamento:
110mm x 110mm
1 2
3
4
5
6
7
1 a 2mm
1 2 3
4 5 7
1 a 2mm 1 a 2mm
6
Exemplos de Práticas Comuns : Almofada - Aamanteigamento
Amanteigamento + Passe de Revenimento (“temperbead”)
É usado quando o CE do tubo 
ou a taxa de resfriamento são altos
Preamanteigamento do Tubo + Passe Revenimento
Passe de Revenimento na Seqüência de Deposição
Passe de Revenimento na Deposição por Soldagem
Tentativa de uso do temper bead 
na seqüência de deposição
Sleeve
Pipe
Macrografia de uma dupla-calha na qual 
foi usado as seguintes energias de 
soldagem: 1 = 0,8 kJ/mm , 2= 0,8 kJ/mm e 
3 = 1,3 kJ/mm
Inspeção
Visual – Raiz (internamente)
LP - Raiz
PM – 12 h (ideal 24 h) após a soldagem
US - Phased array (?)
Conexões/Derivações
Teste Hidrostático (1,5xP)
P=pressão max. admitida classe de pressão da conexão
• Programa computacional do Instituto Battelle
• Programa computacional do PRCI
Modelos de Análise Térmica para Soldagem em Operação de Dutos
São dois softwares que verificam,
principalmente, o risco de perfuração
Programa Computacional do Instituto Battelle
Modelo 1 Instalação de Duplas-Calhas
Modelo 2 Instalação de Derivação
Modelo de Análise Térmica para Soldagem de dutos em Operação
Tela de Entrada de Dados
Modelo de Análise Térmica para Soldagem de dutos em Operação 
Tela de Saída de Dados
O programa computacionalBATTELLE permite fazer previsões confiáveis 
de valores de temperatura máxima da parede interna durante a soldagem 
em operação. 
Também permite avaliar o risco de trinca induzida pelo hidrogênio, através 
dos valores de taxa de resfriamento (entre 250 e 100 °C) ou tempo de resfriamento 
entre 800 e 500 °C.
Utilizando o programa do Battelle é possível estimar parâmetros de soldagem 
seguros para execução da soldagem em operação de dutos. 
Determinação de uma Zona Segura de Soldagem
Determinar a energia de soldagem crítica sem alcançar o limite de perfuração 
e sem que a dureza seja excessiva (para um determinado nível de Hdif) com 
o auxílio do Battelle ou PRCI.
Simulação Battelle
Energia x T(800-500)
0
2
4
6
8
10
12
0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3
energia de soldagem - KJ/mm
T
(
8
0
0
-
5
0
0
)
 
-
 
s
 
s
M4mm
M7mm
M12mm
M16mm
P4mm
P7mm
P12mm
P16mm
G4mm
G7mm
G12mm
G16mm
Conclusão gráfico anterior:
Quando a espessura é significativa (>12mm) o fluido passa a não ter muita 
influência no ciclo térmico.
A condução é mais efetiva que a convecção
Simulação Battelle
Efeito do Aumento 
do Aporte Térmico
0,41 kJ/mm
0,73 kJ/mm
1.19 kJ/mm
Espessura = 3 mm
Vazão = 0,6 mm scfd/sq.in
Gás Metano
Trincamento, Depósito 
Interno e “bulging”
trincas
Software do PRCI
The Pipeline Research Council International
http://www.prci.org/
Modelos
Não permitem ajuste na malha
Janelas
Janelas
Janelas
Janelas
Resultado
Norma Petrobras N-2163 – Soldagem e Trepanação em Equipamentos, 
Tubulações e Dutos em Operação
API 1104 - Welding Pipelines and Related Facilities;
ANSI/ASME B 31.4 - Liquid Petroleum Transportation Piping systems
ANSI/ASME B 31.8 - Gas Transportation and Distribution Piping System
Pipeline In Service Repair Manual – J. F. Kiefner, W.A.Bruce, D.R. Stephens
Norma Petrobras N-2737 - Manutenção de dutos Terrestres
Norma Petrobras N-2727 - Manutenção de dutos Submarinos
API RP 2200 - Repairing Crude Oil, Liquefied Petroleum Gas, and Product 
Pipelines [Segurança];
API RP 2201 - Procedures for Welding or Hot Tapping on Equipment in 
Service;
Normas e/ou Documentos Complementares
87
	Número do slide 1
	Objetivo do Curso
	Soldagem de Dutos em Operação
	Chapa fina ou chapa grossa?
	Número do slide 5
	Soldagem em Operação
	Vantagens da Soldagem em Operação
	Número do slide 8
	Situações envolvendo soldagem em operação
	Número do slide 10
	Número do slide 11
	Dificuldades da Soldagem em Operação
	Número do slide 13
	Número do slide 14
	Perfuração (burnthrough) em soldagem circunferencial 
	Número do slide 16
	Número do slide 17
	Os seguintes defeitos devem ser removidos ou reparados:
	Os seguintes defeitos devem ser removidos ou reparados:
	Número do slide 20
	Número do slide 21
	Número do slide 22
	Da N-2163:
	Número do slide 24
	Processos de Soldagem atualmente �aplicáveis a soldagem em operação
	Alternativas segundo BILL BRUCE:
	Alternativas segundo BILL BRUCE:
	Segundo BILL BRUCE:
	Número do slide 29
	Número do slide 30
	Número do slide 31
	SUGESTÃO para o controle da Energia de soldagem (Heat Input)
	Controle da Energia de soldagem (Heat Input)
	Número do slide 34
	Soldagem de Dutos em Operação
	Soldagem de Dutos em Operação
	Efeito das condições de soldagem�(pressão e temperatura agindo juntas)
	Efeito das condições de soldagem�(pressão e temperatura agindo juntas)
	Análise do risco de Perfuração (burnthrough) em soldagem circunferencial 
	Número do slide 40
	Número do slide 41
	Número do slide 42
	Número do slide 43
	Número do slide 44
	Número do slide 45
	Número do slide 46
	Número do slide 47
	Estabelecimento de Procedimento Adequado
	Exemplo de modelo para a Previsão de Dureza�(existem vários)
	Número do slide 50
	Número do slide 51
	API 1104 apêndice B
	Lembrando:
	API 1104 - Apêndice B
	 Considerações da N-2163 quanto ao material do duto a ser soldado:
	Algumas restrições previstas na N-2163 quanto ao fluido:
	API 1104 apêndice B�
	API 1104 apêndice B�
	Da N-2163:
	Número do slide 60
	Ensaios Necessários Para a Qualificação de Procedimento
	Número do slide 62
	Número do slide 63
	Número do slide 64
	Número do slide 65
	Número do slide 66
	Passe de Revenimento na Deposição por Soldagem
	Número do slide 68
	Número do slide 69
	Número do slide 70
	Número do slide 71
	Número do slide 72
	Número do slide 73
	Número do slide 74
	Número do slide 75
	Simulação Battelle
	Número do slide 77
	Número do slide 78
	Número do slide 79
	Modelos
	Número do slide 81
	Número do slide 82
	Número do slide 83
	Número do slide 84
	Número do slide 85
	Normas e/ou Documentos Complementares
	Número do slide 87