N-0133 - Soldagem, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

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N-133 REV. M^ 06 / 2015

PROPRIEDADE DA PETROBRAS 108 páginas, Índice de Revisões e GT

Soldagem

Procedimento

Esta Norma substitui e cancela a sua revisão anterior. Cabe à CONTEC - Subcomissão Autora, a orientação quanto à interpretação do texto desta Norma. A Unidade da PETROBRAS usuária desta Norma é a responsável pela adoção e aplicação das suas seções, subseções e enumerações.

CONTEC

Comissão de Normalização Técnica

Requisito Técnico : Prescrição estabelecida como a mais adequada e que deve ser utilizada estritamente em conformidade com esta Norma. Uma eventual resolução de não segui-la (“não-conformidade” com esta Norma) deve ter fundamentos técnico-gerenciais e deve ser aprovada e registrada pela Unidade da PETROBRAS usuária desta Norma. É caracterizada por verbos de caráter impositivo.

SC - 26

Prática Recomendada : Prescrição que pode ser utilizada nas condições previstas por esta Norma, mas que admite (e adverte sobre) a possibilidade de alternativa (não escrita nesta Norma) mais adequada à aplicação específica. A alternativa adotada deve ser aprovada e registrada pela Unidade da PETROBRAS usuária desta Norma. É caracterizada por verbos de caráter não-impositivo. É indicada pela expressão: [Prática Recomendada].

Cópias dos registros das “não-conformidades” com esta Norma, que possam contribuir para o seu aprimoramento, devem ser enviadas para a CONTEC - Subcomissão Autora.

Soldagem As propostas para revisão desta Norma devem ser enviadas à CONTEC - Subcomissão Autora, indicando a sua identificação alfanumérica e revisão, a seção, subseção e enumeração a ser revisada, a proposta de redação e a justificativa técnico-econômica. As propostas são apreciadas durante os trabalhos para alteração desta Norma.

“A presente Norma é titularidade exclusiva da PETRÓLEO BRASILEIRO S. A. - PETROBRAS, de aplicação interna na PETROBRAS e Subsidiárias, devendo ser usada pelos seus fornecedores de bens e serviços, conveniados ou similares conforme as condições estabelecidas em Licitação, Contrato, Convênio ou similar. A utilização desta Norma por outras empresas/entidades/órgãos governamentais e pessoas físicas é de responsabilidade exclusiva dos próprios usuários.”

Apresentação

As Normas Técnicas PETROBRAS são elaboradas por Grupos de Trabalho

- GT (formados por Técnicos Colaboradores especialistas da Companhia e de suas Subsidiárias), são comentadas pelas Unidades da Companhia e por suas Subsidiárias, são aprovadas pelas Subcomissões Autoras - SC (formadas por técnicos de uma mesma especialidade, representando as Unidades da Companhia e as Subsidiárias) e homologadas pelo Núcleo Executivo (formado pelos representantes das Unidades da Companhia e das Subsidiárias). Uma Norma Técnica PETROBRAS está sujeita a revisão em qualquer tempo pela sua Subcomissão Autora e deve ser reanalisada a cada 5 anos para ser revalidada, revisada ou cancelada. As Normas Técnicas PETROBRAS são elaboradas em conformidade com a Norma Técnica PETROBRAS N-1. Para informações completas sobre as Normas Técnicas PETROBRAS, ver Catálogo de Normas Técnicas PETROBRAS.

Sumário

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Figura 5 - Aporte Térmico e Resistência à Corrosão ............................................................................ 66

Figura 6 - Preparação da Junta de Chapa com Revestimento com Acesso por Ambos os Lados ...... 87

Figura 7 - Preparação da Junta de Chapa com Revestimento com Acesso Somente pelo Lado do Substrato ............................................................................................................................. 88

Figura A.1 - Esquema de Aplicação de um Plano de Amostragem Simples ........................................ 99

Figura B.1 - Perfil de Dureza para Chanfro Duplo V ........................................................................... 103

Figura B.2 - Perfil de Dureza para Chanfro V ..................................................................................... 103

Figura B.3 - Pontos de Medição de Dureza para Perfil em Chanfro V na Face Superior .................. 104

Figura B.4 - Pontos de Medição de Dureza para Perfil em Chanfro V na Raiz .................................. 104

Figura B.5 - Pontos de Medição de Dureza em Perfil de Chapa com Revestimento Depositado por Soldagem (“Weld Overlay”) ............................................................................................. 105

Figura B.6 - Pontos de Medição de Dureza em Superfície de Junta Soldada (Metal de Solda, ZTA e Metal de Base) para Validação do Durômetro Portátil .................................................... 107

Figura B.7 - Preparação da Superfície para Medição de Dureza em Solda ....................................... 107

Figura B.8 - Pontos de Medição de Dureza na Superfície da Junta Soldada..................................... 108

Tabelas

Tabela 1 - Limite de Hidrogênio Difusível em Eletrodos FCAW ........................................................... 33

Tabela 2 - Temperaturas de Preaquecimento e Interpasse Mínimas Especificadas para a Soldagem de Aços-Carbono e Carbono-Manganês ............................................................................. 34

Tabela 3 - Temperatura de Preaquecimento Interpasse Mínimo e de Interpasse Máximo para Aços de Baixa Liga Tratados Termicamente .................................................................................... 38

Tabela 4 - Designação de “P numbers” Conforme ASME BPVC Section IX ........................................ 39

Tabela 5 - Consumíveis para Aços Molibdênio e Cromo-Molibdênio ................................................... 42

Tabela 6 - Consumíveis para Soldagem Heterogênea dos Aços Molibdênio e Cromo-Molibdênio ..... 43

Tabela 7 - Preaquecimento e Temperatura de Interpasse para Aços Cromo-Molibdênio e Aços Molibdênio ........................................................................................................................... 44

Tabela 8 - Pós-aquecimento para Aços Cromo-Molibdênio e Aços Molibdênio ................................... 45

Tabela 9 - Dureza na Zona Fundida e Termicamente Afetada após TTAT .......................................... 46

Tabela 10 - Eletrodos e Varetas para Aço Níquel ................................................................................. 49

Tabela 11 - Temperatura Mínima de Preaquecimento e Temperatura Interpasse para Soldagem de Aços ao Níquel - Soldagem Homogênea .......................................................................... 50

Tabela 12 - Temperatura Mínima de Preaquecimento e Temperatura Interpasse para Soldagem de Aços ao Níquel - Soldagem Heterogênea ......................................................................... 50

Tabela 13 - Consumíveis de Aços Inoxidáveis Austeníticos................................................................. 57

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Tabela 14 - Eletrodo Revestido, Vareta e Arame Sólido para Soldagem de Aços Inoxidáveis Superausteníticos .............................................................................................................. 61

Tabela 15 - Composição Química (% em Peso) dos Principais Aços Inoxidáveis Duplex ................... 64

Tabela 16 - Faixa de Aporte Térmico para a Soldagem de Aços-Duplex Superduplex e Hiperduplex 66

Tabela 17 - Ensaios Adicionais ao ASME BPVC Section IX ................................................................ 67

Tabela 18 - Consumíveis de Aços Inoxidáveis Duplex e Superduplex ................................................. 69

Tabela 19 - Eletrodos e Varetas para Aços Inoxidáveis Martensíticos ................................................. 73

Tabela 20 - Eletrodos e Varetas para Aços Inoxidáveis Ferríticos ....................................................... 77

Tabela 21 - Eletrodos, Varetas e Arames Sólidos para Níquel e Ligas de Níquel ............................... 82

Tabela 22 - Varetas para Cobre e Ligas de Cobre ............................................................................... 86

Tabela 23 - Metais de Adição para Revestimento Depositado por Soldagem - “Weld Overlay” - em Chapa Base de Aços-Carbono ou Aço Baixa Liga em Equipamentos que Não Requerem TTAT .................................................................................................................................. 90

Tabela 24 - Metais de Adição para Revestimento Depositado por Soldagem - “Weld Overlay” - em Chapa Base de Aços-Carbono ou Aço Baixa Liga em Equipamentos que requerem TTAT

Tabela 25 - Consumíveis, Temperaturas de Preaquecimento e de Pós-Aquecimento para Soldagem e Juntas Dissimilares ............................................................................................................ 93

Tabela A.1 - Plano de Amostragem Simples - Inspeção Normal Riscos do Consumidor de 5 % e 10 % .................................................................................................................................. 97

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ABNT NBR 5425 - Guia para Inspeção por Amostragem no Controle e na Certificação de Qualidade;

ABNT NBR 5426 - Planos de Amostragem e Procedimentos na Inspeção por Atributos;

ABNT NBR 5427 - Guia para Utilização da Norma ABNT NBR 5426 - Planos de Amostragem e Procedimentos na Inspeção por Atributos;

ABNT NBR 14842 - Critérios para a Qualificação e Certificação de Inspetores de Soldagem;

ABNT NBR ISO IEC 17025 - Requisitos Gerais para Competência de Laboratórios de Ensaios e Calibração;

ABNT NBR NM ISO 9712 - Ensaio Não Destrutivo - Qualificação e Certificação de Pessoal;

FBTS N-007 - Critérios para a Qualificação e Certificação de Engenheiro Especialista em Soldagem e Tecnólogo de Soldagem;

ISO GUIDE 65 - General Requirements for Bodies Operating Product Certification Systems;

ISO IEC 17024 - Conformity Assessment - General Requirements for Bodies Operating Certification of Persons;

API 510 - Pressure Vessel Inspection Code: In-Service Inspection, Rating, Repair, and Alteration;

API RP 582 - Welding Guidelines for the Chemical, Oil, and Gas Industries;

API RP 934-A - Materials and Fabrication of 2 1/4Cr-1Mo, 2 1/4Cr-1Mo-1/4V, 3Cr-1Mo, and 3Cr-1Mo-1/4V Steel Heavy Wall Pressure Vessels for High-temperature, High-pressure Hydrogen Service;

API TR 934-B - Fabrication Considerations for Vanadium-Modified Cr-Mo Steel Heavy Wall Pressure Vessels;

API RP 934-C - Materials and Fabrication of 1 1/4Cr-1/2Mo Steel Heavy Wall Pressure Vessels for High-pressure Hydrogen Service Operating at or Below 825 °F (441 °C);

API TR 934-D - Technical Report on the Materials and Fabrication Issues of 11/4Cr-1/2Mo and 1Cr-1/2Mo Steel Pressure Vessels;

API RP 934-E - Recommended Practice for Materials and Fabrication of 11/4CR-1/2Mo Steel Pressure Vessels for Service Above 825 °F (440 °C);

API TR 938-B - Use of 9Cr-1Mo-V (Grade 91) Steel in the Oil Refining Industry;

ASME BPVC - Section II, Part C - Specifications for Welding Rods, Electrodes, and Filler Metals;

ASME BPVC - Section V - Nondestructive Examination;

ASME BPVC - Section VIII - Division 1 - Rules For Construction of Pressure Vessels;

ASME BPVC - Section IX - Qualification Standard for Welding and Brazing Procedures, Welders, Brazers, and Welding and Brazing Operators;

ASTM A 262 - Standard Practices for Detecting Susceptibility to Intergranular Attack in Austenitic Stainless Steels;

ASTM A 370 - Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products;

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ASTM A 380 - Standard Practice for Cleaning, Descaling, and Passivation of Stainless Steel Parts, Equipment, and Systems;

ASTM A 1038 - Standard Test Method for Portable Hardness Testing by the Ultrasonic Contact Impedance Method;

ASTM E 140 - Standard Hardness Conversion Tables for Metals Relationship Among Brinell Hardness, Vickers Hardness, Rockwell Hardness, Superficial Hardness, Knoop Hardness, and Scleroscope Hardness;

ASTM E 340 - Standard Test Method for Macroetching Metals and Alloys;

ASTM E 384 - Standard Test Method for Knoop and Vickers Hardness of Materials;

ASTM E 562 - Standard Test Method for Determining Volume Fraction by Systematic Manual Point Count;

ASTM G 48 - Standard Test Methods for Pitting and Crevice Corrosion Resistance of Stainless Steels and Related Alloys by Use of Ferric Chloride Solution;

AWS A3.0 - Standard Welding Terms and Definitions Including Terms for Adhesive Bonding, Brazing, Soldering, Thermal Cutting, and Thermal Spraying;

AWS A4.2 - Standard Procedures for Calibrating Magnetic Instruments to Measure the Delta Ferrite Content of Austenitic and Duplex Ferritic-Austenitic Stainless Steel Weld Metal;

AWS 4.3 - Standard Methods for Determination of the Diffusible Hydrogen Content of Martensitic, Bainitic, and Ferritic Steel Weld Metal Produced by Arc Welding;

AWS A5.01 - Procurement Guidelines for Consumables - Welding and Allied Processes - Flux and Gas Shielded Electrical Welding Processes;

AWS A5.1 - Specification for Carbon Steel Electrodes for Shielded Metal Arc Welding;

AWS A5.4 - Specification for Stainless Steel Electrodes for Shielded Metal Arc Welding;

AWS A5.5 - Specification for Low-Alloy Steel Electrodes for Shielded Metal Arc Welding;

AWS A5.6 - Specification for Copper and Copper-Alloy Electrodes for Shielded Metal ArcWelding;

AWS A5.7 - Specification for Copper and Copper-Alloy Bare Welding Rods and Electrodes;

AWS A5.9 - Specification for Bare Stainless Steel Welding Electrodes and Rods;

AWS A5.11 - Specification for Nickel-Alloy Welding Electrodes for Shielded for Metal Arc Welding;

AWS A5.12 - Specification for Tungsten and Oxide Dispersed Tungsten Electrodes for Arc Welding and Cutting;

AWS A5.14 - Specification for Nickel and Nickel-Alloy Bare Welding Electrodes and Rods;

AWS A5.17 - Specification for Carbon Steel Electrodes and Fluxes for Submerged Arc Welding;

AWS A5.18 - Specification for Carbon Steel Electrodes and Rods for Gas Shielded Arc Welding;

AWS A5.22 - Specification for Stainless Steel Flux Cored and Metal Cored Welding Electrodes and Rods;

AWS A5.23 - Specification for Low-Alloy Steel Electrodes and Fluxes for Submerged Arc Welding;

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FCAW-G - “Gas-Shielded Flux Cored Arc Welding” processo de soldagem por arame tubular com proteção gasosa

FCAW-S - “Self-Shielded Flux Cored Arc Welding” processo de soldagem por arame tubular autoprotegido

GMAW - “Gas Metal Arc Welding” processo de soldagem ao arco com gás de proteção, com alimentação automática do arame. Também conhecido como “MIG/MAG”

GMAW-P - “Pulsed Gas Metal Arc Welding” processo de soldagem GMAW em que a transferência metálica se faz com arco pulsado

GMAW-S - “Short Circuit Gas Metal Arc Welding” processo de soldagem GMAW em que a transferência metálica se faz por curto-circuito

GTAW - “Gas Tungsten Arc Welding” processo de soldagem ao arco com gás de proteção com eletrodo de tungstênio não consumível. Também conhecido como “TIG”

inspetor de soldagem nível 2 profissional certificado pelo Sistema Nacional de Qualificação e Certificação - Pessoal (SNQC-PS), como inspetor de soldagem nível 2, na norma de projeto aplicável ao serviço

nível alto de hidrogênio difusível no metal de solda hidrogênio maior que 16 mL de hidrogênio por 100 g de metal de solda depositado

nível baixo de hidrogênio difusível no metal de solda hidrogênio maior que 4 mL e menor ou igual a 8 mL de hidrogênio por 100 g de metal de solda depositado (H8)

nível extra baixo de hidrogênio difusível no metal de solda hidrogênio menor ou igual a 4 mL de hidrogênio por 100 g de metal de solda depositado (H4)

nível médio de hidrogênio difusível no metal de solda hidrogênio maior que 8 mL e menor ou igual a 16 mL de hidrogênio por 100 g de metal de solda depositado (H16)

passe oscilante a oscilação do eletrodo supera o diâmetro da alma do eletrodo revestido em mais de três vezes

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passe retilíneo passe reto e sem oscilação significativa, com o objetivo de assegurar determinados requisitos de resistência à corrosão e tenacidade. Em alguns casos, em função do material de base, pode ser admitido que o cordão atinja largura até três vezes o diâmetro da alma do eletrodo revestido

PAW - “Plasma Arc Welding” processo de soldagem por plasma

responsável técnico pela soldagem da PETROBRAS profissional das Unidades Operacionais da PETROBRAS e responsável técnico pela soldagem designado pela Unidade Operacional capacitado a avaliar o comportamento da junta soldada em relação à aplicação e exposição ao meio. A seleção da Especificação do Procedimento de Soldagem / Registro de Qualificação do Procedimento de Soldagem (EPS / RQPS) que melhor atenda às condições de serviço será atribuição deste profissional, que deve possuir registro no Conselho Regional de Engenharia e Arquitetura (CREA), experiência e sólido embasamento na área de soldagem

SAW - “Submerged Arc Welding” processo de soldagem por arco submerso

SMAW - “Shielded Metal Arc Welding” processo de soldagem por eletrodo revestido

soldagem multipasse solda por fusão produzida por mais de uma progressão de arco, chama ou fonte de energia (passe) ao longo da junta

supervisor ou encarregado de soldagem profissional líder da equipe de soldadores, responsável pelo desempenho da equipe de soldadores baseado nos seus conhecimentos sobre critérios de qualificação de soldador e operador de soldagem, EPS, Instrução para Execução e Inspeção de Soldagem (IEIS), posição de soldagem, faixa de espessuras, simbologia e terminologia de soldagem e desenho técnico

SW - “Stud Welding” processo de soldagem de pinos

4 Condições Gerais

4.1 Condições Gerais de Soldagem

4.1.1 Esta Norma deve ser empregada em conjunto com as normas de projeto, normas de fabricação e montagem, normas pós-fabricação e normas de requisitos adicionais relativos às condições de serviço do equipamento ou da estrutura. Os requisitos conflitantes devem ser discutidos durante a fase de esclarecimento no período de licitação, prevalecendo a decisão da PETROBRAS.

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4.3.2 O limite de resistência à tração do metal depositado deve ser igual ou superior ao limite de resistência à tração mínima especificada para o metal de base na soldagem homogênea. No caso de soldagem dissimilar, o limite de resistência à tração do metal depositado deve ser igual ou superior ao limite de resistência à tração mínima especificada para o metal de base de menor resistência.

4.3.3 No ensaio de dobramento, as zonas fundidas e afetadas termicamente das juntas soldadas devem estar contidas na porção dobrada do corpo-de-prova e apresentar deformação plástica.

4.3.4 Os corpos-de-prova de ensaios mecânicos devem ser submetidos a inspeção visual dimensional antes da realização dos ensaios.

NOTA As tolerâncias dimensionais e o grau de acabamento dos corpos-de-prova do ensaio de impacto devem estar de acordo com a ASTM A 370. A inspeção do entalhe do corpo-de-prova de impacto deve ser feita em projetor de perfis.

4.3.5 Quando requerido ensaio de impacto em soldas heterogêneas e juntas dissimilares todas as zonas de composição química diferentes, como Zona Termicamente Afetada (ZTA) e zona fundida, devem ser representadas por conjunto completo de corpos-de-prova com entalhe localizado em cada uma destas zonas.

4.3.6 Quando a norma de projeto, fabricação ou montagem requerer o ensaio de dureza na qualificação do procedimento de soldagem, deve ser adotado o Anexo B desta Norma na zona fundida, zona termicamente afetada e no metal de base, devendo seus resultados ser compatíveis com a norma de referência.

4.3.7 O método de aplicação e a marca comercial do verniz protetor do chanfro devem ser avaliados na qualificação do procedimento de soldagem quando não prevista a sua remoção antes da soldagem.

4.3.8 Para chapa cladeada, na qualificação do procedimento de soldagem deve ser avaliado e aprovado o método que comprove a remoção por completo do material do revestimento. Este método não pode deixar resíduos que contaminem o metal de solda.

4.3.9 Para vaso de pressão e outros equipamentos com requisitos de tenacidade, na fase de qualificação do procedimento de soldagem, os corpos-de-prova a serem submetidos aos ensaios mecânicos, devem ser submetidos a Tratamento Térmico de Alívio de Tensões (TTAT) que simulem todos os TTAT efetuados nas fases de fabricação e montagem e mais um extra prevendo um futuro reparo do equipamento.

4.3.10 No TTAT da peça de teste de qualificação de procedimento deve ser observado o disposto no 4.13.

4.3.11 Os consumíveis de soldagem devem ser certificados conforme o 4.7.1. No caso da exigência de consumíveis de soldagem qualificados pela PETROBRAS N-1859 a marca comercial do consumível não constitui variável essencial nos procedimentos qualificados, a não ser que a marca comercial seja uma variável essencial requerida pelo código de projeto.

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4.3.12 Em fabricação ou montagem empregando materiais fornecidos na condição de temperado e revenido ou tratamento termo mecânico, a qualificação do procedimento de soldagem deve ser realizada com o material do mesmo processo de fabricação e tratamento térmico. Para ampliação de instalações já existentes, manutenção, ou reabilitação de dutos, os materiais empregados devem ter seu certificado de qualidade emitido pelo fabricante contendo propriedades mecânicas e composição química analisado. Nesses casos, também a dureza deve ser medida. Em serviços de manutenção, na eventual ausência do certificado de qualidade do fabricante, devem ser realizados, com acompanhamento da PETROBRAS, ensaios mecânicos e análise química para enquadramento na norma de projeto.

4.3.13 A qualificação de procedimento de soldagem e respectivos testes para juntas soldadas tubo e espelho devem estar em conformidade com a norma de projeto e ao API RP 582.

4.4 Qualificação de Pessoal

4.4.1 Soldador e Operador de Soldagem

4.4.1.1 Os soldadores e os operadores de soldagem devem ser qualificados de acordo com as normas de projeto aplicáveis.

4.4.1.2 A qualificação de soldadores e de operadores de soldagem deve ser documentada através do Relatório de Registro de Soldagem (RRS) e do Registro de Qualificação de Soldadores e Operadores de Soldagem (RQS).

4.4.1.3 Os soldadores e os operadores de soldagem qualificados devem portar identificação visível contendo o nome, o Cadastro de Pessoa Física (CPF), o número do sinete e a qualificação. Para serviços feitos no exterior, o CPF deve ser substituído por código ou numeração do documento que identifique inequivocamente os soldadores e operadores.

4.4.1.4 Deve ser emitida uma Relação de Soldadores e de Operadores de Soldagem Qualificados (RSQ).

4.4.1.5 Os corpos-de-prova devem ser identificados na peça de teste de modo a se manterem rastreáveis. A identificação deve ser mantida até a realização dos ensaios.

4.4.1.6 Na qualificação de soldador ou de operador de soldagem, os métodos de limpeza entre passes de solda, de remoção de crateras e de abertura de arco, no chanfro ou em chapa apêndice, devem ser os mesmos especificados para as soldas de produção.

4.4.1.7 A qualificação de soldador ou de operador de soldagem deve incluir a inspeção visual das soldas das peças de teste, sendo o critério de interpretação o mesmo da norma de projeto, fabricação e montagem do equipamento ou estrutura.