custo em soldagem, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

Baixe custo em soldagem e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity!

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais

Soldagem I

Estimativa de Custos em Soldagem

Prof. Paulo J. Modenesi

Janeiro de 2001

1. Considerações Iniciais:

• A soldagem é, em geral, usada como parte de um processo de fabricação que também utiliza outras operações como corte, usinagem, conformação mecânica, montagem, tratamentos térmicos e superficiais. Além disso, a operação de soldagem pode englobar etapas de pré-aquecimento, de remoção da raiz da solda e outras. No presente documento estas etapas e os outros processos não serão considerados. Deve-se deixar claro, contudo, que numa situação real, o custo de uma operação de soldagem não será, em geral, analisado de uma forma isolada. Assim, por exemplo, a adoção de um procedimento de soldagem mais sofisticado (e mais caro) pode levar a uma redução de custo pela eliminação de uma etapa no processo de fabricação (por exemplo, pode tornar desnecessário o uso de pré-aquecimento ou de um tratamento térmico posterior).
• A operação de soldagem envolve um grande número de aspectos que podem ter algum impacto em seu custo final como o uso de consumíveis (metal de adição, gás, fluxo e outros), o custo de pessoal e outros custos fixos, o gasto de energia elétrica, os custos de manutenção e a depreciação dos equipamentos e o custo dos equipamentos e materiais de proteção, de peças, ferramentas e outros materiais. No presente documento, serão considerados somente os três primeiros itens citados. Uma discussão mais detalhada destes itens e dos outros poderá ser encontrada na literatura listada no final deste documento.
• O custo de uma operação de soldagem será, em geral, calculado para: (a) preparar o orçamento de um serviço, (b) comparar procedimentos de soldagem entre si e com métodos alternativos de fabricação e (c) determinar a quantidade de consumíveis necessária para a execução de um serviço.
• Vários dos coeficientes e parâmetros aqui indicados podem ser encontrados tabelados em diferentes trabalhos. Entretanto, alguns deles tendem a ser muito específicos para uma dada empresa ou, mesmo, um serviço devendo, portanto, ser preferencialmente determinados.
• A determinação do custos associados com os consumíveis de soldagem e a mão de obra é baseada no cálculo da massa de metal depositado em um cordão de solda e do tempo de soldagem. Este cálculo será apresentado nos itens seguintes para o caso mais simples de um único tipo de junta soldada e de uma única estação de trabalho.
• Na maioria das equações apresentadas neste documento, não foram incluídos fatores para ajustar o uso de diferentes unidades (por exemplo, segundos e horas). Cabe ao usuário verificar cuidadosamente as unidades usadas para evitar problemas com os resultados obtidos.

3. Cálculo do tempo de soldagem (tARC – “tempo de arco aberto”):

A. Com base na velocidade de soldagem ( v ):

t (^) ARC = L / v

Para uma soldagem com vários passes, a velocidade v usada na equação anterior está definida como:

i

1 / v 1 / vi , onde vi é a velocidade de soldagem por passe.

B. Com base na taxa de deposição do processo ( z (^) m ):

m

s ARC (^) z

m t =

A taxa de deposição, isto é, a quantidade de material depositado por unidade de tempo, depende de vários fatores, incluindo o processo de soldagem, o tipo e o diâmetro e o comprimento do eletrodo e o tipo, a polaridade e o nível da corrente (ver exemplo na figura abaixo), Se possível, z (^) m deve ser determinada em condições similares à da aplicação.

200 400 600 800 1000 1200 1400

4

8

12

16

20

5,6m m

4,8m m

3,2m m 2,4m m

1,6m m

Taxa de Deposição (kg/h)

Corrente (A)

Taxa de deposição na soldagem SAW de aço carbono, com CC+ e comprimento do eletrodo de cerca de 25mm em função da corrente e do diâmetro do eletrodo.

Observação: O número necessário de passes para o preenchimento de uma junta pode ser estimado, para uma velocidade média vim por passe, como:

z L

m v n m

s im P =

O tempo total da operação de soldagem ( t (^) T ), incluindo o tempo de arco aberto e o tempo necessário para outras operações (remoção de escória e respingos, troca de eletrodos, posicionamento de cabeçote, etc.) é dado por:

φ

ARC T

t t = , onde φ é o fator de ocupação ou de marcha.

O fator de ocupação é a razão entre t (^) ARC e t (^) T. Valores de referência φ são apresentados na tabela II. Contudo, como já foi colocado, valores a serem usados em cálculos para uma dada aplicação devem ser, sempre que possível, medidos em condições similares à desta aplicação.

Tabela II – Valores do fator de ocupação para diferentes modos de operação.

Modo de operação φ (%) Manual Semi-automático Mecanizado Automático

4. Cálculo de custos em soldagem:

a. Eletrodos (Ce):

eU Ce ms^ C ϕ

onde ϕ é a eficiência prática de deposição (tabela III) do processo e C (^) eU é o preço por peso do eletrodo (por exemplo, R$/kg).

Tabela III – Valores típicos de ϕ para diferentes processos.

Processo (^) ϕ (%) Eletrodos Revestidos: Comprimento: 350mm 450mm

Arames: SAW ESW GMAW

Arames tubulares: FCAW

6. Exemplo:

Desenvolva as equações para o cálculo do custo de um metro de solda para a junta (dimensões em mm) e as condições mostradas abaixo:

Desenho da Junta

60º 10 10

Material: Processo de Soldagem: Corrente: Tensão: Vazão de gás de proteção:: Taxa de deposição: Eficiência de deposição: Fator de ocupação: Eficiência elétrica da fonte:

Aço Carbono GMAW 220A 25V 15 l /min 3,0kg/h 90% 40% 70%

a. Cálculo de As e de ms :

As = 2 x 10 x [10 tan(60º)] / 2 = 173mm 2 = 1,73cm^2

L = 1m = 100cm! ms = 1,73cm^2 x 100cm x 7,8g/cm 3 = 1350g = 1,35kg

b. Cálculo de t (^) ARC :

t (^) ARC = ms / z (^) w = 1,35kg / 3,0kg/h = 0,45h = 27min.

c. Custos para um metro de solda:

Ce = (1,35kg/h / 0,9) x C (^) eU = 1,45kg x C (^) eU (Eletrodos)

Cg = (15l/min x 27min) x C (^) GU = (405 l) x C (^) GU (Gás de proteção)

Cl = (0,45h / 0,4) x (L + O) = 1,13h x (L + O) (Mão de obra)

P = 220A x 25V = 5500w = 5,5kW (potência)

Cel = (5,5kW x 0,45h / 0,7) x C (^) elU = 3,54kWh x C (^) elU (Eletricidade)

5. Leitura Complementar:

1. Modenesi, P.J. Características Econômicas dos Eletrodos Revestidos (Guia de Aula Prática), UFMG, 2000.
2. Wainer, E. et alli Soldagem - Processos e Metalurgia , Editora Edgard Blücher, 1992, p.449-
3. AWS, Welding Handbook , Vol. 1, 8a^ edição, American Welding Society, 1987, p. 265-286.
4. Cary, H.B. Modern Welding Technology , Prentice Hall, 1979, p. 541-559.
5. The Lincoln Electric Company, The Procedure Handbook of Arc Welding , 12a edição, The Lincoln Electric Company, 1973, seção 12.