Aços inoxidáveis para equipamentos e instalações farmacêuticas – Parte 3

Desta vez, o artigo fala sobre juntas soldadas de aço inoxidável conforme os requisitos da Parte MJ do código ASME BPE-2012 [1].

 

 

 

Introdução
As tubulações sanitárias, especialmente as que conduzirão produtos puros, serão de Aço Inoxidável austenítico AISI 316L ou como mínimo AISI 304L

Neste capitulo somente será abordada a soldagem destes aços, uma vez que os outros tipos de aço inoxidável raramente são usados em equipamentos farmacêuticos.

A união de chapas e tubos para a fabricação de equipamentos e instalações farmacêuticas deve ser feita por solda de fusão dos mesmos materiais a serem soldados ou pela adição de metais com a mesma resistência à corrosão e propriedades mecânicas com arco protegido por atmosfera inerte controlada de gás argônio ou hélio (com pureza mínima de 99,95%).

O acabamento superficial das soldas deve ser suave e uniforme a ponto de não permitir a retenção de sólidos e proliferação de colônias de bactérias.

Para conseguir estas condições, o processo de solda mais adequado é o processo conhecido como TIG (Tungsten Inert Gas) ou conforme denominação da American Welding Socity (AWS), GTAW (Gas Tungsten Arc-Welding).

Este processo consiste em um arco elétrico aberto entre um eletrodo não consumível de Tungstênio protegido com gás inerte e a peça a ser soldada. O arco elétrico é produzido por uma fonte de potência que pode gerar corrente alternada ou continua, sendo que para soldar aço inoxidável é recomendado utilizar corrente continua (direta ou pulsante) com o eletrodo na polaridade negativa.

A abertura do arco se produz utilizando um sistema de alta freqüência que geralmente está incorporado a fonte de potência.

O gás inerte protege a área fundida de oxidação provocada por causa do oxigênio atmosférico, estabiliza o arco elétrico e resfria o eletrodo durante a solda.

Os gases utilizados são o Argônio, Hélio ou mistura de ambos.

Geralmente é utilizado o Argônio pois se compararmos com o Hélio, além de ser comercialmente mais fácil de se encontrar, facilita a abertura do arco elétrico, não eleva tanto a temperatura (quando utilizada a mesma corrente que com Hélio) o que favorece as soldas dos tubos sanitários que geralmente são de paredes finas.

O tipo de solda para emendas circunferências entre tubos pode ser manual ou automático, sendo a utilização de máquinas automáticas, conhecidas como orbitais, muito difundidas atualmente. Apenas e somente em casos de absoluta impossibilidade de instalar o cabeçote de soldagem, as soldas deverão ser executadas manualmente.

Em ambos os casos, tanto o procedimento de solda quanto o soldador deverão estar qualificados por alguma entidade habilitada para tal finalidade.

Como em geral não estaremos adicionando material estranho nem oxidando o material base, pois a solda será feita em atmosfera inerte, não existe modificação na composição química do Aço, mudando apenas algumas propriedades físicas em função do aquecimento.

Se fosse utilizado o processo Oxi-Acetilênico, o Oxigênio formará Óxido de Cromo provocando um cordão de solda poroso, e o Acetileno formará carbonetos vários na camada superficial, deixando o aço mais propenso a corrosão.

Ao ser utilizada uma máquina automática previamente programada, se obtém uma uniformidade na parede do tubo inclusive na região onde se provocou a fusão, evitando assim a formação de depressões e saliências que acontecem com maior freqüência quando a solda é feita manualmente.

Na Máquina Orbital a fusão acontece dentro do cabeçote de soldagem o que garante a não contaminação do ambiente externo e desta maneira, permite executar soldas em áreas de processo durante a operação normal da fábrica, sem parar a produção.

É importante ressaltar que é indispensável numerar cada solda e fazer boroscopia (ou endoscopia) em algumas delas não apenas para verificar a qualidade, senão também para garantir uma eventual rastreabilidade de contaminação microbiológica que pode-se desenvolver em alguma fresta, trinca ou poro remanescente após a soldagem.

Este tipo de Máquina de Solda permite armazenar vários programas para cada tipo de solda a ser executada com espessuras e diâmetros diferentes, garantindo assim a uniformidade de cada uma de elas. O cabeçote portátil permite executar soldas não apenas no “pipe shop” como também permite realizar soldas no campo. Emite relatórios individuais para cada solda com todos os dados necessários para a qualificação e validação da instalação.

Caso as soldas tenham que ser feitas manualmente, deverão ser todas inspecionadas interna e externamente em forma visual ou fotografadas por endoscopia.

Equipamentos necessários para execução de Solda Orbital bem sucedida
O conjunto de equipamentos utilizados para preparação e execução de Solda Orbital Automática é composto basicamente de três máquinas e uma fonte de gás inerte com todos os acessórios necessários para controlar pressão e vazão.

1-   Máquina elétrica ou pneumática cortadora de tubos que garante o corte rápido e preciso dos tubos de até 4½” de diâmetro externo, obtendo uma face perpendicular ao eixo do tubo e sem ressaltos.

2- Máquina pneumática faceadora de tubos que garante a obtenção de faces lisas, sem rebarbas, proporcionando o ajuste preciso das juntas a serem soldadas.

3- Máquina de Solda Orbital Automática que garante uma solda uniforme, sem adição de material, paralela a face do tubo tanto interna como externamente.

A Solda Orbital Automática é um processo de solda por fusão que mantem a composição química do tubo e acessórios, proporcionando uma repetibilidade na qualidade da solda.

Consiste basicamente em um arco elétrico com corrente continua direta ou pulsante gerado por uma fonte computadorizada previamente programada, que pode armazenar até 100 programas diferentes, utiliza um eletrodo não consumível de Tungstênio que gira 360º em redor dos tubos (que ficam presos ao cabeçote de solda por médio de abraçadeiras).

Durante a solda, as velocidades de rotação podem variar ou não, os pulsos e a amperagem podem ser modificados, e todos estes parâmetros são armazenados em “Níveis” de solda consecutivos, até a operação estar concluída.

O gás de proteção é dosado em forma automática tanto na cavidade da pinça quanto no interior do tubo.

Todos os parâmetros de solda estão armazenados nos programas previamente qualificados, que serão utilizados pelo operador com uma simples digitação do número selecionado.

O acionamento pode ser feito diretamente do corpo principal do computador ou a distancia através do controle remoto que permite reproduzir todas as funções assim como mudar os parâmetros quando desejado.

Registra automaticamente a quantidade de horas em que foi utilizado o eletrodo de Tungstênio com o arco aberto e a quantidade de soldas executadas por programa.

O cabeçote de soldagem é um acessório que garante o alinhamento automático da face a ser soldada com o eletrodo sem a necessidade de ser verificado visualmente.

Um dos elementos a ser soldado, é fixado no cabeçote por médio de uma abraçadeira de maneira de atingir um “stop” que garante o posicionamento correto da face a ser soldada.

O segundo elemento a ser soldado será preso ao sistema por uma segunda abraçadeira após encostar no primeiro.

O operador deverá certificar-se na hora da solda, que o cabeçote de soldagem tenha fixação independente para não apoiá-lo nas peças a serem soldadas utilizando preguiças ou suportes próprios para fixação e sustentação das peças a serem soldadas.

Esta simples precaução poderá garantir uma boa qualidade da solda principalmente no que se refere a desvios de alinhamento além da tolerância admitida.

Ainda, para garantir o ajuste e alinhamento perfeito, poderão ser feitos no máximo três pontos de solda manuais com pouca penetração (Light).

Equipamentos necessários para execução de Solda Manual bem sucedida
O corte e ajuste dos tubos e conexões devem ser efetuados através das máquinas indicadas nos itens 1 e 2 anteriores.

Não é recomendável preparar as faces a serem soldadas em forma manual.

Quando este procedimento for o único possível de ser executado, deverão ser redobrados os cuidados com o acabamento.

Fica terminantemente proibida a utilização de ferramentas de aço carbono para ajustes.

O fornecimento de gás inerte com reguladores de pressão, controladores de vazão, mangueiras e acessórios deverá estar disponível para este serviço.

As fontes elétricas geradoras do arco são geralmente retificadores de corrente, com todos  os acessórios necessários para ligar as tochas com eletrodo não consumível de Tungstênio.

Manuseio dos materiais
É importante a adoção de procedimentos para manuseio dos materiais a serem soldados que garantam a qualidade das soldas e da instalação como um todo.

Inicialmente deve ser garantido que não haja mistura de materiais adotando alguma identificação para cada liga (ex. código de cores). Adicionalmente é interessante deixar separados os lotes de cada material por corrida para facilitar a segregação caso for detectada alguma não conformidade.

A segunda preocupação deve ser evitar a contaminação dos materiais durante seu armazenamento. Esta contaminação pode ocorrer se as superfícies entrarem em contato com poeira, limalhas ou fagulhas provenientes de outros aços, especialmente aço carbono (se recomenda armazenar e manusear o aço carbono em locais diferentes), óleo e substancias contendo cloretos.

Durante a preparação dos materiais (chapas, tubos e conexões) não devem ser usadas ferramentas de aço carbono, elas devem ser de aço inoxidável austenítico e preferencialmente da mesma liga que se está manuseando (TP 304, TP 316, etc.).

Procedimento de soldagem
Todas as variáveis de soldagem assim como o desempenho do soldador e/ou operador da máquina automática devem ser considerados para garantir uma qualidade satisfatória e uniforme das soldas.

A forma de conseguir isto de acordo com os distintos códigos de projeto, incluindo o ASME BPE-2012 [1], é atendendo os requisitos da seção IX do código ASME onde está previsto a elaboração de uma especificação de procedimento de soldagem (WPS) para cada tipo ou conjunto de soldas. Esta WPS deve ser amparada por um registro de qualificação (PQR) que consiste na execução da soldagem de um corpo de prova (coupon) para ensaios mecânicos e metalográficos.

Estes procedimentos deverão indicar como mínimo e claramente a marca e modelo da máquina utilizada, o tipo de solda qualificado (manual, automático, GTAW), nome do soldador qualificado que executou a solda, norma atendida pela qualificação, detalhe do corpo de prova soldado com espessura, tolerâncias, perfil do chanfro, especificação do material soldado, alcance da qualificação com respeito a diâmetros e espessuras, posição de soldagem (quando aplicável), tipo de cordão, preparação prévia dos corpos de prova, pré aquecimento, tipo de corrente aplicada (alternada ou continua), amperagem, voltagem e polaridade, tipo de arco elétrico, diâmetro e composição do eletrodo, gás utilizado na proteção da solda com as vazões externa e interna, e deverão estar assinados por profissional credenciado como Inspetor de Soldagem.

Da mesma forma os soldadores e operadores deverão ter seu desempenho avaliado mediante a soldagem e posterior ensaio de corpos de prova cujos dados e resultados serão registrados num documento denominado qualificação de soldador (WPQ).

Do ponto de vista da tecnologia de soldagem os principais cuidados que devem ser tomados são:

Preparação da junta quanto a acabamento, alinhamento e esquadrejamento.

Limpeza antes de soldar para não introduzir carbono e gases no metal fundido.

Purga com argônio ou mistura de gases inertes do lado da raiz para evitar a oxidação do metal fundido.

Energia de soldagem (combinação de voltagem, amperagem e velocidade) adequada para produzir uma solda satisfatória.

Critérios de aceitação de soldas
O objetivo primordial é ter um sistema sanitário que não tenha pontos mortos.

Isto significa que as soldas deverão ter uma boa penetração e deverão manter uma uniformidade na espessura das paredes, de maneira tal que não formem pontos de acúmulo de produto entre duas extremidades soldadas, além de manter uma rugosidade baixa para não permitir a formação de nichos de proliferação de bactérias.

A soldagem de aços inoxidáveis para indústria farmacêutica deve ser acompanhada por um programa rigoroso de controle da qualidade que contemple cada uma das etapas acima descritas.

Este programa deve ser preventivo e proativo com poder de individualizar potenciais não conformidades.

Do ponto de vista formal as normas definem critérios de aceitação das juntas soldadas. O ASME BPE-2012 [1] no capítulo MJ-6 tem estas definições.

Exigências para qualificação das soldas
Além das soldas terem sido aprovadas pelos critérios de aceitação acima descritos, deverão cumprir uma série de requisitos formais e documentais para poderem formar parte do Data Book de Qualificação da Instalação.

Listamos a seguir os itens mais relevantes que deverão ser incluídos no Data Book:

1- Numerar no isograma, ou nos isométricos da linha a ser soldada, todas as soldas com números correlativos.

2-Registrar no Relatório de Controle de Soldas o número da solda, nome do soldador, tipo de solda (orbital ou manual), programa utilizado (quando orbital), amperagem utilizada (quando manual), data, etc.

No início de cada jornada de trabalho, deve-se efetuar um corpo de prova com cada programa a ser utilizado durante esse dia, para aferição da máquina orbital, e será emitido o Relatório de Aferição da Máquina Orbital.

O corpo de prova, deverá ser aprovado pela fiscalização do Cliente e pode sofrer um teste destrutivo para verificação da fusão do material ou quaisquer outra característica da solda.

Deve-se imprimir o relatório da máquina orbital por solda, ou por seqüência de soldas iguais (mesmo número de programa). Os relatórios impressos devem ser anexados ao Relatório de Controle de Soldas.

3- Efetuar controle endoscópico de todas as soldas manuais, com fotografias, assim como de uma percentagem predeterminada de soldas automáticas cujas posições deverão ser definidas com antecedência entre as fiscalizações do Cliente e da Montadora, anexando-as ao Relatório de Controle de Soldas.

4-  Elaborar o Caderno de Soldagem com os seguintes documentos:

*          Procedimentos de       Soldagem Qualificados.

*          Qualificação dos         Soldadores.

*          Isométricos ou isograma        com as soldas             numeradas.

*          Relatório de Controle de         Soldas.

*          Endoscopias.

*          Parâmetros do Corpo de         Provas diário aprovado.

*          Relatório de Aferição de         Máquina Orbital.

Todos os documentos deverão ser rubricados pela fiscalização do Cliente e pelo supervisor da Montadora (ver exemplos).

 

Referências bibliográficas
 [1] ASME BPE-2012 [1] – Bioprocessing Equipment