O controle de qualidade em soldagem é um conjunto de processos que garantem a integridade das uniões soldadas e sua conformidade com as normas vigentes.
Esses procedimentos são cruciais para prevenir falhas e assegurar soldas confiáveis e seguras em cada projeto.
Avaliado em US$ 1,2 bilhão em 2024, o mercado de controle de qualidade em soldagem deve atingir US$ 2,5 bilhões até 2033, crescendo a uma taxa anual composta de 8,5%.
Bastante interessante para um nicho tão específico, não é?
Este crescimento reflete a crescente importância da qualidade na engenharia civil e mecânica, reforçando a segurança e a eficiência dos produtos nos mais diversos setores de aplicação.
No entanto, muitos engenheiros têm dificuldade em identificar as melhores opções disponíveis, seja por meio de técnicas de inspeção visual ou estratégias de ensaio não destrutivo.
Neste artigo, vamos explorar as normas de qualidade em soldagem, os métodos para detectar defeitos e as ferramentas práticas para manter um alto padrão de qualidade.
Você descobrirá como aplicá-los de forma prática no seu dia a dia para otimizar os resultados.
Vamos lá!
Índice
O que é a Garantia da Qualidade em Soldagem?
Vamos começar com alguns conceitos fundamentais.
A Garantia da Qualidade (QA, do inglês Quality Assurance) baseia-se em um conjunto de medidas preventivas que supervisionam e avaliam os processos de fabricação.
Seu objetivo é garantir a produção de soldas de alta qualidade desde o início. Poderíamos dizer que é como estabelecer barreiras de proteção para evitar problemas antes mesmo que eles surjam.
O Controle de Qualidade (QC, do inglês Quality Control), por sua vez, verifica se as soldas atendem às especificações previamente estabelecidas.
Esta etapa consiste em inspecionar e testar os procedimentos e os produtos finais com base em critérios precisos.
Ela permite detectar defeitos por meio de métodos como o ensaio não destrutivo (END) e as técnicas de inspeção visual.
As etapas de QA e QC são indispensáveis para cumprir as normas de qualidade e os requisitos regulamentares.
No setor industrial, é comum que os contratos exijam o cumprimento de códigos específicos, especialmente para vasos de pressão ou estruturas de aço. Esses processos garantem que o produto ou serviço final atenda a um padrão mínimo de qualidade.
Ignorar esses procedimentos expõe os produtos a graves riscos de falha. No pior dos casos, uma solda deficiente pode causar acidentes e até catástrofes.
Uma responsabilidade que ninguém quer assumir.
A Documentação Técnica
Vejamos agora os documentos técnicos que estruturam esses procedimentos.
Estes são os principais:
- Plano de Garantia da Qualidade: define a estrutura de todas as atividades relacionadas à qualidade. Especifica o cronograma de controles e testes, e atribui as funções e responsabilidades da equipe envolvida.
- Especificação de Procedimento de Soldagem (WPS): detalha o procedimento a ser seguido para realizar cada solda. Abrange o processo, os materiais e os parâmetros-chave como o pré-aquecimento. Este documento garante a uniformidade e facilita a identificação de falhas.
- Mapas de Soldagem (Weld Maps): localizam cada solda no componente e associam o WPS adequado a cada união. Esses mapas simplificam o acompanhamento e servem como referência durante a produção, especialmente em projetos de grande porte.
- Procedimento de Inspeção e Ensaio: registra todas as atividades de controle de qualidade.
Todos esses documentos devem estar em conformidade com as normas vigentes. Eles servem como prova durante auditorias e facilitam a detecção precoce de qualquer problema.
Especificação de Procedimento de Soldagem (WPS)
O WPS (Welding Procedure Specification) é a “receita” detalhada de uma solda específica.
É um documento oficial que fornece instruções claras ao soldador para garantir resultados uniformes e de alta qualidade.
Informações-chave em um WPS:
- Pré-aquecimento e Tratamento Térmico Pós-Soldagem: Especificação dos procedimentos de aquecimento exigidos.
- Metais de base: Tipo e espessura do metal a ser unido.
- Processo de soldagem: Método utilizado (SMAW, GMAW, TIG, etc.).
- Metais de adição: Eletrodo ou arame específico a ser usado.
- Projeto da união: Método de preparação e montagem das peças.
- Parâmetros de soldagem: Tensão, amperagem, velocidade de avanço e vazão de gás.
- Posição: Orientação da solda (plana, horizontal, sobre cabeça, etc.).
Mapa de Soldagem (Weld Map)
Os Mapas de Soldagem são documentos técnicos que localizam visualmente a posição de todas as soldas necessárias em uma estrutura ou componente.
Sua principal função é atribuir o WPS correto a cada união específica, garantindo que os parâmetros de soldagem adequados sejam aplicados.
Normalmente, é um desenho técnico que associa um identificador único (por exemplo, W-01, W-02) a cada local de solda (união, cordão em ângulo, etc.) e ao WPS correspondente (WPS-01, etc.).
Por exemplo:
Quando você vir o par W-62/WPS-3156, saberá imediatamente que a solda identificada por W-62 deve ser realizada de acordo com o WPS-3156.
Em alguns mapas, os locais óbvios não são numerados, mas a atribuição de identificadores continua sendo uma prática comum.
Os mapas de soldagem são essenciais para gerenciar o fluxo de trabalho e manter a uniformidade, especialmente em projetos de fabricação grandes ou complexos, com um grande número de uniões e múltiplos procedimentos.
Os supervisores os utilizam para acompanhar o progresso, enquanto os soldadores os usam como um guia de referência para seu trabalho.
Eles criam um canal de comunicação claro entre engenharia, produção e inspeção, garantindo que todas as equipes estejam alinhadas com os requisitos do procedimento de fabricação.
Controles de Qualidade e Detecção de Defeitos de Soldagem
Desde as preparações iniciais até as inspeções finais, é essencial garantir uma solda sólida e confiável.
Para isso, as inspeções são realizadas em três etapas:
- Antes da soldagem: Verificar se os materiais utilizados possuem certificados que comprovem sua conformidade (tipo, resistência) com os requisitos da especificação técnica.
- Durante a soldagem: Controlar a temperatura de pré-aquecimento e entre passes, usar o metal de adição correto e assegurar que a aparência da solda esteja em conformidade com o WPS.
- Após a soldagem: Inspecionar as soldas finais de acordo com as normas e os requisitos do cliente. Isso pode incluir ensaios destrutivos para verificar a resistência, ou ensaios não destrutivos para detectar defeitos sem danificar a peça.
Ensaios Destrutivos vs. Não Destrutivos
Existem duas grandes abordagens para controlar a qualidade das soldas.
A primeira é o Ensaio Destrutivo, um método que, logicamente, é evitado na peça final.
O procedimento consiste em destruir intencionalmente corpos de prova retirados da solda.
Por exemplo, pode-se cortar uma amostra para examinar possíveis defeitos microscópicos, ou submetê-la a ensaios de tração e dobramento para avaliar sua resistência e ductilidade.
Obviamente, os resultados (força de ruptura, etc.) são registrados cuidadosamente.
Esses ensaios permitem validar os procedimentos de soldagem mas, por definição, destroem a amostra testada.
A segunda abordagem é o Ensaio Não Destrutivo (END), que verifica a solda sem danificá-la.
É, logicamente, a solução preferida para as peças de produção, pois um resultado positivo significa que a peça é validada e não descartada.
Esses métodos vão desde a inspeção visual da superfície até técnicas avançadas como líquidos penetrantes, ultrassom ou radiografia para revelar defeitos internos.
Vamos explorar agora os métodos mais comuns.
A Inspeção Visual
A simplicidade da inspeção visual explica por que ela é tão difundida.
É um método econômico que se baseia principalmente no tempo e na experiência do inspetor, e requer apenas equipamentos acessíveis em comparação com outras técnicas.
Permite detectar rapidamente os defeitos superficiais e, assim, evitar reparos dispendiosos que seriam necessários se fossem descobertos mais tarde.
Claro, este método tem suas limitações.
Evidentemente, o inspetor deve ter uma formação sólida, ampla experiência e excelente acuidade visual.
Além disso, sua principal desvantagem é que se limita aos defeitos superficiais.
Defeitos internos, como a falta de fusão na raiz da união, provavelmente não serão detectados. O processo também está sujeito a erros humanos, e o inspetor deve registrar meticulosamente todas as suas observações.
Quais ferramentas você precisa?
Uma inspeção visual rigorosa requer algumas ferramentas especializadas.
O gabarito de solda é um equipamento básico. Esta ferramenta versátil permite medir a garganta e as pernas de uma solda em ângulo, mas também verificar a concavidade (quando a solda afunda) e a convexidade (quando se projeta para fora).
É assim que se parece:
Antes de passarmos para as outras ferramentas, um lembrete essencial: a segurança. Durante a soldagem, é fundamental usar óculos de proteção com lentes escuras para observar o arco em total segurança.
Aqui estão outros equipamentos que você deve ter à mão:
- Uma lupa para examinar a superfície da solda com mais detalhe.
- Uma lanterna para iluminar corretamente a área de inspeção.
- Um picador de solda ou um cinzel para remover a escória e os respingos antes de inspecionar o cordão.
- Um termômetro ou lápis térmicos para verificar as temperaturas de pré-aquecimento, entre passes e pós-aquecimento.
- Uma fita métrica e um paquímetro para os controles dimensionais.
- Um pequeno ímã para ajudar a identificar a natureza do material.
Para uma inspeção detalhada em escala micrométrica, podem ser necessários um microscópio e um material de tomada de impressão para reproduzir e analisar a superfície.
Nesse sentido, os produtos Plastiform são especialmente eficazes para identificar porosidades ou inclusões de escória.
Mas falaremos sobre isso mais tarde.
Controles Específicos em Soldagem a Gás
A soldagem a gás obedece a critérios visuais específicos para garantir uma solda de qualidade.
Aqui está uma lista de verificação detalhada:
- A face deve ser ligeiramente convexa, com um reforço que não exceda 1,6 mm em relação à superfície da chapa.
- A solda deve apresentar uma largura constante do início ao fim.
- A superfície deve apresentar ondulações regulares e finamente espaçadas, e estar livre de respingos excessivos.
- As bordas não devem apresentar nem mordeduras nem transbordamentos.
- A cratera final deve estar corretamente preenchida, sem a menor fissura ou porosidade.
Um ensaio destrutivo simples consiste em dobrar a chapa superior até que ela se dobre sobre si mesma.
Se a fusão na raiz for incompleta, aparecerá uma fissura na união.
Os Defeitos de Soldagem Mais Comuns
Às vezes, as coisas não saem como planejado.
Não conheço nenhum profissional que consiga fazer cada solda perfeitamente na primeira tentativa.
Esses problemas são geralmente conhecidos como defeitos de soldagem ou descontinuidades.
Identificar a origem do problema é o primeiro passo para corrigir a técnica e fazer uma solda melhor da próxima vez.
Vamos examinar alguns dos defeitos mais comuns que você pode encontrar.
Falta de penetração
Este defeito ocorre quando o metal de adição não se funde completamente com o metal de base na raiz da união.
Aqui está uma imagem para ajudá-lo a visualizar claramente este defeito:
Como você pode ver, a solda simplesmente repousa sobre a superfície em vez de fundir os materiais em toda a sua espessura.
Trata-se de um grave problema estrutural.
Aparece nas soldas em chanfro em V quando o metal preenche o espaço na superfície, mas deixa um vazio não soldado na raiz.
A falta de penetração geralmente é causada por preparação ou técnica inadequadas. Estas são as causas comuns:
- O ângulo de abertura do chanfro em V é muito estreito, impedindo que o eletrodo alcance o fundo da união.
- O diâmetro do eletrodo é muito grande para a união a ser feita.
- A abertura da raiz (o espaço entre as peças) é muito pequena para permitir que o metal de adição flua.
- A face da raiz (a borda plana no fundo do chanfro) é muito espessa para que o arco possa penetrá-la.
- A velocidade de avanço é muito alta, não dando tempo para o arco penetrar o suficiente.
- A corrente de soldagem está ajustada muito baixa para fundir corretamente o metal de base.
Portanto, uma boa preparação da união é crucial para evitar esse tipo de defeito.
Uma base sólida permite construir uma solda forte, o que implica um bom domínio da nomenclatura das soldas.
Mordeduras
As mordeduras aparecem quando o arco de soldagem escava o metal de base na borda da solda (o pé do cordão).
Isso cria um entalhe no material de base, bem ao lado do cordão.
Aqui está outro exemplo visual:
Este entalhe atua como um concentrador de tensões e pode enfraquecer consideravelmente a união.
Você pode evitar as mordeduras controlando os seguintes pontos:
Uma corrente de soldagem muito alta, pois funde uma quantidade excessiva de metal de base.
Um comprimento de arco (a distância entre o eletrodo e a peça de trabalho) excessivamente grande.
E finalmente,
Uma velocidade de avanço muito rápida, que não permite preencher completamente a poça de fusão com o metal de adição.
Falta de fusão
A falta de fusão é exatamente o que o nome sugere.
O metal de adição não consegue se fundir e se unir ao metal de base.
O novo metal simplesmente se deposita na superfície sem aderir (às vezes também chamado de transbordamento).
Isso cria um ponto fraco que pode ceder facilmente.
Este problema geralmente é causado por alguns erros comuns:
- A intensidade da corrente está incorreta, geralmente muito baixa.
- Você está soldando sobre uma superfície suja que tem ferrugem, óleo ou carepa. Limpe-a primeiro com um desengraxante/limpador de contatos.
- O diâmetro ou o tipo de eletrodo é inadequado para o trabalho a ser realizado.
- O metal de base ou o passe de solda anterior não atingiu sua temperatura de fusão.
- Um fluxo inadequado impede a ação de limpeza necessária para uma boa união. O fluxo deve remover os óxidos e contaminantes.
Inclusões de Escória
Em processos como a soldagem a arco com eletrodo revestido, o revestimento do eletrodo se funde para formar uma camada protetora chamada escória.
As inclusões de escória são bolsões desse composto solidificado que ficam presos dentro do metal de solda.
Elas criam vazios que enfraquecem a solda final.
A maioria das inclusões de escória pode ser evitada aplicando boas práticas.
Prepare corretamente o chanfro e limpe o cordão de solda antes de depositar o próximo no caso de uma soldagem multipasse.
Você deve remover toda a escória visível entre os passes. É um passo crucial que nunca deve ser omitido.
Pense também em controlar bem a poça de fusão para permitir que a escória, sendo mais leve, suba para a superfície.
E, por último,
Tente evitar criar contornos ou formas em sua solda que sejam de difícil acesso e que possam aprisionar a escória.
Porosidade
A porosidade é, de certa forma, o oposto das inclusões de escória.
Em vez de serem bolsões de composto solidificado, são pequenas cavidades no metal de solda que contêm gás.
A solda finalizada pode se assemelhar a uma pedra-pomes, o que a torna muito frágil.
Esses gases vêm de várias fontes: ou são liberados pelo metal durante a solidificação, ou se formam por reações químicas dentro da própria poça de fusão.
Você pode evitar a porosidade controlando o aporte de calor e o arco:
- Use o ajuste de corrente correto. Uma corrente muito alta pode gerar instabilidade.
- Evite superaquecer o metal, o que pode causar mordeduras e aprisionar gases.
- Mantenha um comprimento de arco constante e suficientemente curto.
Normas e Regulamentos
Estes defeitos são apenas uma pequena amostra de uma longa lista de verificações, que varia conforme os parâmetros do processo. É exatamente por isso que se seguem diretrizes tão rigorosas.
As normas e os regulamentos existem para simplificar e padronizar a inspeção de defeitos durante a produção.
Vamos conhecer os padrões que regem a qualidade da soldagem e garantem a segurança das operações.
Abordaremos, é claro, os principais órgãos de normalização: ISO, ASME, etc.
Tenho a impressão de mencioná-los em todos os artigos.
De qualquer forma,
A ISO 5817:2023 estabelece os níveis de qualidade para imperfeições em uniões soldadas por fusão em aço, níquel, titânio e suas ligas.
Define três níveis:
- O nível B para os requisitos mais rigorosos, aplicado a cargas elevadas,
- O nível C para um uso geral,
- E o nível D para soldas menos críticas.
O nível deve ser selecionado com base nos requisitos específicos do seu projeto, como tensões de fadiga ou pressão.
O código AWS D1.1 cobre a soldagem de estruturas de aço e detalha os métodos de inspeção, incluindo ensaios não destrutivos como exames de ultrassom e radiográficos. Ele ajuda a detectar defeitos superficiais e internos precocemente.
A seção IX do ASME BPVC descreve as qualificações de soldagem para vasos de pressão, focando nas certificações dos soldadores e na aprovação dos procedimentos. Ela enfatiza a rastreabilidade dos materiais, para que você possa rastrear cada chapa e cada metal de adição desde a fonte até a solda final.
As técnicas de inspeção visual são fundamentais nessas normas, permitindo identificar fissuras antes que apareçam defeitos mais graves que exijam uma intervenção cara.
Tecnologias e Instrumentos Modernos
A cada ano, as marcas mais importantes apresentam novas tecnologias capazes de detectar defeitos com uma precisão cada vez maior.
Os sistemas de monitoramento em tempo real controlam parâmetros essenciais como a tensão, a corrente e a velocidade do arame.
Eles calculam o aporte térmico e verificam a conformidade com as especificações dos procedimentos de soldagem.
Esse feedback instantâneo ajuda a identificar desvios antes que eles afetem o produto final.
Além disso, surgiu outra ferramenta de grande importância.
A IA e o aprendizado de máquina (Machine Learning) melhoraram consideravelmente o QC, permitindo a manutenção preditiva e a identificação automatizada de defeitos.
Essas ferramentas alcançam uma precisão muito alta para detectar problemas como fissuras ou porosidade durante os ensaios de ultrassom, especialmente graças à identificação de padrões recorrentes nos dados.
Para defeitos internos, os métodos ultrassônicos enviam ondas sonoras através do material para revelar imperfeições ocultas sem danificá-lo.
As técnicas radiográficas usam raios X ou gama para criar imagens do interior da solda, identificando problemas como a falta de fusão.
Evidentemente, também existem soluções como Plastiform e, de forma mais geral, as técnicas de tomada de impressão para a inspeção visual, capazes de melhorar a visibilidade dos defeitos a olho nu ou com microscópio.
Conclusão
O controle de qualidade em soldagem é um conjunto de processos que garantem a integridade das uniões soldadas e sua conformidade com as normas.
Ele se baseia em uma série de documentos para organizar o trabalho: Especificações de Procedimento de Soldagem, Mapas de Soldagem ou Procedimentos de Inspeção e Ensaio.
Ao integrar medidas preventivas de garantia da qualidade e rigorosos controles de qualidade em todas as etapas (antes, durante e após a soldagem), os engenheiros podem minimizar os defeitos e reforçar a segurança de seus produtos.
Existem duas estratégias principais para avaliar a qualidade das soldas: os ensaios destrutivos e os métodos não destrutivos.
Ao dominar a inspeção visual e compreender as causas-raiz dos defeitos comuns (como inclusões de escória, porosidade ou mordeduras), você constrói uma poderosa primeira linha de defesa contra falhas.
A escolha entre ensaios destrutivos e não destrutivos depende do objetivo, mas ambos servem ao mesmo propósito: verificar se o seu trabalho atende aos requisitos rigorosos de normas como ISO 5817, AWS D1.1 e ASME BPVC Seção IX.
Os avanços tecnológicos, incluindo sistemas de monitoramento em tempo real e detecção de defeitos por IA, estão revolucionando o campo, tornando a garantia da qualidade mais eficiente e proativa do que nunca.
No dia a dia, a aplicação dessas práticas não só permitirá que você melhore a eficiência e reduza os riscos, mas também posicione sua empresa como líder em engenharia mecânica.
Perguntas Frequentes
Qual é a maneira mais simples de explicar a diferença entre Garantia da Qualidade (QA) e Controle de Qualidade (QC)? A Garantia da Qualidade é como planejar a receita e garantir que você tenha os ingredientes certos e uma cozinha limpa antes de começar. O Controle de Qualidade é provar o prato durante o cozimento e verificar o resultado final antes de servi-lo para garantir que esteja bom. O QA é preventivo, o QC é corretivo.
Por que eu preciso de uma Especificação de Procedimento de Soldagem (WPS) se sou um soldador experiente? A habilidade de um soldador experiente é crucial, mas um WPS garante uniformidade e rastreabilidade. Ele garante que cada soldador em um projeto, independentemente do seu nível de experiência, use exatamente os mesmos parâmetros validados. É a “receita” oficial aprovada para o trabalho, o que é essencial para atender aos requisitos do cliente e às regulamentações do setor.
Qual é o primeiro passo mais importante na inspeção de soldas? A inspeção visual é sempre o primeiro passo, e muitas vezes o mais crítico. É econômica, rápida e pode detectar a maioria dos problemas superficiais como mordeduras, um tamanho de cordão incorreto ou fissuras visíveis, antes de gastar tempo e dinheiro com métodos de END mais avançados.
Os métodos não destrutivos são sempre melhores do que os testes destrutivos? Não necessariamente. O Ensaio Não Destrutivo (END) é ideal para verificar uma peça final porque não a danifica. O ensaio destrutivo, por outro lado, é usado para qualificar um procedimento de soldagem (WPS) ou para testar a competência de um soldador, quebrando intencionalmente um corpo de prova para medir suas propriedades físicas (resistência, ductilidade). Usa-se o ensaio destrutivo para provar que o procedimento funciona, e o END para provar que a solda final está em conformidade.
Quais são as três coisas principais que posso fazer para evitar defeitos de soldagem comuns como porosidade ou falta de fusão? Primeiro, certifique-se de que seu metal de base esteja perfeitamente limpo: remova todos os vestígios de ferrugem, óleo e umidade. Segundo, use os parâmetros corretos do seu WPS, especialmente a intensidade da corrente e a velocidade de avanço. Terceiro, mantenha uma técnica adequada, incluindo um comprimento de arco constante e um ângulo do eletrodo.
