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Soldagem TUBOxESPELHO em vasos de pressão do tipo trocador
de calor casco e tubo
Nome: Leonardo Zuqui Coelho E-mail:[email protected]
Data: 24/05/2014 Local: Cotia-SP
Introdução
Este trabalho tem o objetivo de apresentar informações sobre a solda realizada em ligação de tubo x espelho em trocador de calor.
Trocador de calor é um equipamento por onde passam dois fluidos diferentes, que não entram em contato em si, realizando uma troca térmica entre os fluidos por interface metálica. A norma TEMA (TUBULAR EXCHANGER MANUFACTURERS ASSOCIATION) padroniza diversos modelos de trocador de calor casco e tubos.
O projeto, de acordo com as normas de fabricação, determina o tipo de ligação tubo x espelho a ser realizado, por mandrilagem, solda de selagem ou solda de resistência.
Tipos de solda
Basicamente temos dois tipos de solda: solda de selagem e solda de resistência.
Solda de selagem: é uma solda de união do tubo ao espelho com a finalidade de não permitir vazamento de fluido do lado do casco para o lado dos tubos e vice-versa. Nesse tipo de solda a configuração da junta é: junta sobreposta com solda de ângulo, sem preparação de chanfro. A soldagem é realizada com apenas um passe com adição de metal.
Solda de resistência: nesse tipo a resistência da solda é igual ou maior que a resistência axial do tubo, é preparado um pequeno chanfro no espelho, normalmente em meio “V” ou “J”, com 2mm de preparação e 45° de ângulo. Nessa configuração temos uma junta sobreposta com uma solda de chanfro e ângulo. É realizada em 2 passes, sendo o primeiro passe autógeno e o segundo com metal de adição.
Alguns tipos aceitáveis de solda de resistência na ligação tubo x espelho:
Para os dois tipos de solda o processo mais usual é o TIG.
Em alguns casos a ligação do tubo com o espelho somente com mandrilagem não é recomendado ou é proibido. Serviço de classe de pressão igual ou maior que 600 ou pressão de operação superior a 1000 psi recomenda-se o uso de solda de resistência. Serviço com fluido letal em somente um dos lados, com pressão de operação superior à pressão de operação do outro fluido é aceitável uso de expansão mais solda de selagem. Serviço onde vazamento seja inadmissível para o outro lado, com pressão de operação superior à pressão de operação do outro fluido é aceitável uso de expansão mais solda de selagem. Qualificação de procedimento de soldagem
Quando for requerido solda na ligação do tubo com o espelho o procedimento de solda deve ser previamente qualificado.
Dez soldas tubo x espelho são requeridas para qualificar cada procedimento de soldagem. A montagem da peça de teste deverá essencialmente imitar a configuração do furo no espelho para o tubo e o projeto de junta para tubo x espelho dentro do limite das variáveis essenciais. A espessura do espelho não é requerido que seja maior do que 50mm, e o cladding pode ser representado por material de base de composição química essencialmente equivalente à composição do cladding. As soldas deverão ser submetidas aos seguintes testes sequencialmente e devem atender aos critérios de aceitação aplicáveis.
Exame visual: As superfícies acessíveis das soldas deverão ser examinada visualmente sem ampliação requerida. A solda deverá apresentar fusão completa e não evidenciar queima através da parede do tubo e deverá estar livre de trinca ou poro.
Exame de líquido penetrante: O líquido penetrante deverá atender aos requisitos da Seção V, artigo 6. Deve ser considerado inaceitável qualquer indicação linear relevante, indicação arredondada relevante maior do que 5mm e quatro ou mais indicações arredondadas relevantes separadas por 1,5mm borda a borda, sendo que indicação relevante são todas com dimensão maior do que 1,5mm, indicação linear são todas que possuem um comprimento maior do que três a largura e indicação arredondada tem um comprimento igual ou menor que três vezes a largura.
Exame macrográfico: A solda deverá ser seccionada através do centro do tubo para exame macrográfico. As quatro superfícies expostas deverão ser polida e atacada com produto adequado para permitir uma definição clara da solda e da ZTA. Usando uma ampliação de 10X a 20X, as seções expostas da solda deverão confirmar;
- inexistência de trinca;
- completa fusão do depósito de solda no espelho e na parede do tubo;
- penetração completa do depósito de solda para dentro da raiz da junta (0,4mm no mínimo)
- dimensão mínima de escoamento requerida pelo projeto;
- porosidade não deverá reduzir a garganta de solda abaixo da espessura mínima de escoamento requerida pelo projeto.
São requeridas cinco soldas para qualificar cada soldador. As mesmas regras como aquelas para qualificação de procedimento deverão ser seguidas. Somente uma solda é requerida para renovar qualificação quando a qualificação estiver expirada ou revogada.
Variáveis essenciais na qualificação tubo x espelho:
Ensaios Não Destrutivos após soldagem
Após a soldagem do tubo ao espelho é necessário realizar alguns ensaios não destrutivos com o objeto de examinar a inexistência de defeitos e garantir a ausência de vazamentos.
O primeiro ensaio requerido que deve ser realizado é o ensaio visual de solda. Não deve haver na solda poro, respingo, trinca, mordedura na boca do tubo, sinal de queima através da parede do tubo. Após o ensaio visual deve ser realizado o ensaio com líquido penetrante. Esse ensaio complementa o ensaio visual e deve garantir a inexistência dos mesmos defeitos citados no ensaio anterior.
Quando for especificado solda de selagem para a ligação tubo x espelho deve ser executado teste de estanqueidade. Os bocais do casco devem ser fechados e é dado pressão de 0,5kgf/cm2 de pressão com fluido gasoso (ar). Na solda é utilizado uma solução formadora de bolhas para verificar a existência de vazamentos.
Quando for especificado solda de resistência para a ligação tubo x espelho deve ser realizado teste de estanqueidade com gás hélio, a pressão de teste deve ser de 0,5kgf/cm devendo ser mantido por no mínimo 3 horas. Vazamentos acima de 1x10-4 cm3/s não é aceitável.
Anexos
Esquema básico de funcionamento de um trocador de calor:
Ligação tubo x espelho por mandrilagem:
Feixe Tubular completo:
