Universidade Católica Portuguesa
Faculdade de Engenharia
Projeto Seis Sigma
Processo TIG Aplicado à Soldadura de Cobre
Elton Lucas Nhaca
Dissertação para Obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Industrial
Júri
Prof. Doutor Manuel José Martinho Barata Marques (Presidente)
Prof. Doutor José Carlos Martins do Outeiro (Co-Orientador)
Prof. Doutor José Fernando Gomes Requeijo (Arguente)
Outubro 2012
Resumo
O Seis Sigma foi criado pela Motorola na década de 1980, e foi durante anos vista como uma
forma de implementar a Qualidade, vocacionada ao ganho de vantagem competitiva, através
de ajuda às organizações na melhoria dos seus processos de modo a reduzir erros e defeitos
nos produtos e serviços. Num panorama de crescente agressividade competitiva, somente as
empresas que percebam as necessidades do mercado e que sejam capazes de responder
eficientemente, poderão ambicionar alcançar um sucesso sustentável.
O conceito Seis Sigma evoluiu ao longo de anos e tornou-se numa estratégia de gestão
assentado no ciclo DMAIC, adoptada pela generalidade das organizações à escala mundial.
O DMAIC, aplica-se sobretudo a programas de melhoria e/ou resolução de problemas em
entidades existentes, enquanto que o DFSS, é utilizado para conceber e desenvolver novas
entidades.
Pretende-se com este trabalho, compreender na íntegra os princípios da metodologia, analisar
os campos de aplicação, analisar diferenças e semelhanças com outras metodologias, analisar
o conjunto de ferramentas para a sua implementação e enquadrar o tema numa aplicação de
soldadura de cobre com base no processo de soldadura TIG.
Comparando ao PDCA, o Seis Sigma revela maior probabilidade de sucesso
No caso de estudo, com base no Seis Sigma, assentado no ciclo DMAIC, efetuou-se uma
análise, alicerçada em dados históricos de construção soldada disponíveis no Instituto de
Soldadura e Qualidade e prosseguiu-se com análise de defeitos na aplicação acima descrita.
Preveu-se com este estudo, identificar os tipos de defeitos, mais frequentes resultantes dos
processos TIG aplicado à soldadura de cobre, causas e efeitos.
Palavras chave: Seis Sigma, DMAIC, TIG, Cobre
ii
Abstract
Six Sigma was invented by Motorola in the 1980s, and was for years seen as a way to
implement Quality. The aim is gain competitive advantage by helping organizations improve
their process in order to reduce errors and defects in products and services. In an increasingly
competitive landscape, only companies that understand the market needs , in order to respond
effectively, can aspire to achieve sustainable sucess.
The concept has developed over the years, and became a management strategy adopted by
most organizations worldwide.
The aim of this work, is fully understand the principles of the methodology, analyse the
application fields to identify similarities with other methodologies, and analyse the set of
tools for its implementation and frame his subject in application of copper, welded by TIG
welding process.
DMAIC, is mainly applied to improvement programs or fixing problems in existing entities,
while DFSS is used to design and develop new entities.
In Comparison with PDCA, DMAICS reveals greater propability of sucess.
In case study, based on Six Sigma, sitting in the DMAIC road map, the autor will make
analysis based on historical data of welded construction available in Instituto de Soldadura e
Qualidade and a will also proceed with the analyse of defects in the applicatin above
described.
It is foreseen in this study, the identification of types of defects, most frequently obtained in
copper, using TIG as welding process, their cause and effects.
Keywords: Six Sigma, DMAIC, TIG, Copper
iii
Agradecimentos
Aos meus pais, irmãos, cunhada (em memória) e a minha sobrinha o meu agradecimento pelo
apoio ao longo deste ciclo académico.
Ao Professor Pedro Marques, meu Orientador, o meu agradecimento pelo indispensável
apoio, amizade e manifesta disponibilidade demonstrada
Ao Professor Doutor José Carlos Outeiro, meu Co - Orientador o meu agradecimento pelo
apoio e disponibilidade em colaborar .
À direção do Instituto de Soldadura e Qualidade, que concedeu o enquadramento deste caso
de estudo.
A toda equipa por parte da terceira entidade, o meu agradecimento pelo enquadramento desde
caso de estudo, bem como o apoio e disponibilidade.
Aos meus amigos e colegas da Faculdade, o meu agradecimento pelo apoio e amizade ao
longo desde ciclo.
Ao bibliotecário Dr. Ricardo Cunha, obrigado pelo apoio e disponibilidade ao longo da
execução desta Dissertação.
iv
Índice
RESUMO ............................................................................................................... II
ABSTRACT ............................................................................................................ III
AGRADECIMENTOS ..............................................................................................IV
LISTA DE QUADROS .............................................................................................. IX
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................. X
LISTA DE ABREVIATURAS...................................................................................... XI
LISTA DE SÍMBOLOS ........................................................................................... XIII
I- INTRODUÇÃO .................................................................................................... 1
1.1- Definição do Problema .......................................................................................................................... 1
1.2- Objetivos da Dissertação ....................................................................................................................... 2
1.3- Estrutura da Dissertação ...................................................................................................................... 2
1.3.1- Metodologia .......................................................................................................................................................... 2
1.3.2- Organização .......................................................................................................................................................... 3
II. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................... 4
2.1- Evolução do Seis Sigma .......................................................................................................................... 4
2.2- Definição de Seis Sigma ......................................................................................................................... 6
2.3- Seis Sigma Como Métrica ...................................................................................................................... 7
2.3.1- Processo ................................................................................................................................................................. 7
2.3.2- Variabilidade........................................................................................................................................................ 9
2.3.3- Distribuição Normal .......................................................................................................................................10
2.3.4- Cálculo do Nível Sigma de um Processo ................................................................................................11
2.3.5- Estudos da Capacidade dos Processos ...................................................................................................13
2.4- Seis Sigma como Metodologia ........................................................................................................... 15
2.4.1- DMAIC ...................................................................................................................................................................15
2.4.1.1- Fase de Define ..........................................................................................................................................17
2.4.1.2- Fase Measure ...........................................................................................................................................18
2.4.1.3- Fase Analyse .............................................................................................................................................19
2.4.1.4- Fase Improve............................................................................................................................................19
2.4.1.5- Fase Control ..............................................................................................................................................20
2.4.2- Ferramentas e Técnicas da Qualidade ....................................................................................................21
2.4.2.1- Ferramentas Básicas da Qualidade ................................................................................................21
2.4.2.1.1- Fluxograma ......................................................................................................................................21
2.4.2.1.2- Histograma .......................................................................................................................................22
2.4.2.1.3- Folha de Verificação ......................................................................................................................22
v
2.4.2.1.4- Diagrama de Dispersão/Correlação .......................................................................................22
2.4.2.1.5- Diagrama de Pareto ......................................................................................................................22
2.4.2.1.6- Diagrama Causa e Efeito .............................................................................................................23
2.4.2.1.7- Cartas de Controlo .........................................................................................................................24
2.4.2.2- Ferramentas de Planeamento e Gestão da Qualidade ...........................................................24
2.4.2.2.1- Diagrama de Afinidades ..............................................................................................................24
2.4.2.2.2- Diagrama de Relações ..................................................................................................................25
2.4.2.2.3- Diagrama em Árvore ....................................................................................................................25
2.4.2.2.4 - Matriz de Prioridades ..................................................................................................................25
2.4.2.2.5- Diagrama Matricial .......................................................................................................................26
2.4.2.2.6- Gráfico de Decisão do Processo (PDPC) .................................................................................26
2.4.2.2.7- Diagrama de Atividades ..............................................................................................................26
2.4.2.3- Outras Ferramentas e Técnicas da Qualidade ...........................................................................26
2.4.2.3.1- Brainstorming .................................................................................................................................26
2.4.2.3.2- Análise Modal de Falhas e seus Efeitos ..................................................................................26
2.4.2.3.3- Diagrama SIPOC .............................................................................................................................27
2.4.2.3.4- Mapeamento de Processos ..........................................................................................................27
2.4.2.3.5- Poka - Yoke .......................................................................................................................................27
2.4.2.3.6- In Scope - Out of Scope .................................................................................................................27
2.4.2.3.7- Planeamento de Experiências (DOE) ......................................................................................28
2.4.3- Design for Six Sigma .......................................................................................................................................29
2.4.3.1- Design for Six Sigma Vs Seis Sigma ................................................................................................30
2.4.4- Ciclo de Deming ................................................................................................................................................36
2.4.4.1- Identificação do problema .................................................................................................................37
2.4.4.2- Fase Observação .....................................................................................................................................38
2.4.4.3- Fase Análise ..............................................................................................................................................38
2.4.4.4- Fase Plano de Ação ................................................................................................................................38
2.4.4.5 Fase Ação .....................................................................................................................................................39
2.4.4.6- Fase Verificação ......................................................................................................................................39
2.4.4.7- Fase Padronização .................................................................................................................................39
2.4.4.8- Fase Conclusão ........................................................................................................................................40
2.4.4.9- Relação entre a metodologia DMAIC e PDCA .............................................................................40
2.5- Seis Sigma como Sistema Alargado ................................................................................................. 41
2.5.1- Estrutura Humana do Seis Sigma .............................................................................................................42
2.5.1.1- Champion ...................................................................................................................................................43
2.5.1.2- Master Black – Belt ................................................................................................................................43
2.5.1.3- Black – Belt................................................................................................................................................43
2.5.1.4- Green – Belt...............................................................................................................................................44
2.6- Revisão Histórica do Processo Tecnológico de Soldadura ..................................................... 45
2.6.1- Desde quando existe a soldadura? ...........................................................................................................45
2.6.2- Fenómeno Físico ..............................................................................................................................................51
2.6.2.1- Soldadura de Metais..............................................................................................................................51
2.6.2.2- Arco Eléctrico ...........................................................................................................................................51
2.7- Processo de Soldadura TIG ................................................................................................................. 52
2.7.1- Descrição .............................................................................................................................................................52
2.7.2- Aplicações ...........................................................................................................................................................53
2.7.3- Parâmetros de Soldadura .............................................................................................................................53
2.8- Cobre e Suas Ligas.................................................................................................................................. 54
2.8.1- Descrição .............................................................................................................................................................54
2.8.2- Características Mecânicas ............................................................................................................................55
2.8.3- Propriedades Químicas .................................................................................................................................56
2.8.4- Metalurgia do Cobre e suas Ligas ............................................................................................................56
III. ENQUADRAMENTO DO CASO E APLICAÇÃO .................................................... 60
vi
3.1- Introdução ................................................................................................................................................ 60
3.2- Apresentação do Instituto de Soldadura e Qualidade (ISQ) .................................................. 61
3.3- Caso de Estudo ........................................................................................................................................ 62
3.3.1- Descrição .............................................................................................................................................................62
3.3.2- Classificação e Agrupamento de Imperfeições ...................................................................................64
3.3.2.1- Fissuras .......................................................................................................................................................64
3.3.2.1.1- Tipos de Fissuras ............................................................................................................................65
3.3.2.1.2- Orientações das Fissuras .............................................................................................................65
3.3.2.1.3- Fissuras Longitudinais .................................................................................................................66
3.3.2.1.4- Fissuras Transversais ...................................................................................................................66
3.3.2.1.5- Fissuras de Cratera ........................................................................................................................66
3.3.2.1.6- Fissuras na Raiz ..............................................................................................................................66
3.3.2.1.7- Fissuras Abaixo da Soldadura e na Zona Termicamente Afectada (ZTA) ...............67
3.3.2.2- Porosidade ................................................................................................................................................67
3.3.2.3- Inclusões Sólidas ....................................................................................................................................68
3.3.2.3.1- Inclusões de Escória ......................................................................................................................68
3.3.2.3.2- Inclusões de Tungsténio ...............................................................................................................68
3.3.2.4- Falta de Fusão ..........................................................................................................................................69
3.3.2.5- Falta de Penetração ...............................................................................................................................69
3.3.2.6- Forma e Dimensão .................................................................................................................................69
3.3.2.6.1- Bordos Queimados .........................................................................................................................69
3.3.2.6.2- Falta de Enchimento .....................................................................................................................70
3.3.2.6.3- Sobreposição ou Desbordo..........................................................................................................70
3.3.2.6.4- Concavidade .....................................................................................................................................70
3.3.2.6.5- Convexidade......................................................................................................................................70
3.3.2.6.6- Sobre Espessura ..............................................................................................................................70
3.3.2.7- Outras Descontinuidades....................................................................................................................71
3.3.2.7.1- Laminação ........................................................................................................................................71
3.3.2.7.2- Folheamento.....................................................................................................................................71
3.3.2.7.3- Dobras ou Sulcos .............................................................................................................................71
3.3.2.7.4- Arrancamento Lamelar ...............................................................................................................72
3.3- Aplicação do Ciclo DMAIC ................................................................................................................... 85
3.3.2- Define ....................................................................................................................................................................85
3.3.3- Measure ................................................................................................................................................................99
2-Cálculo dos DPMO e Nível Sigma .................................................................................................................99
3.3.4- Analyse ............................................................................................................................................................... 101
3.3.5- Improve .............................................................................................................................................................. 108
3.3.5.1- Problemas Operacionais do Processo TIG ............................................................................... 109
3.3.5.1.1- Arco com comportamento instável: ..................................................................................... 109
3.3.5.1.2- Contaminação do metal de base pelo eléctrodo.............................................................. 110
3.3.5.1.3- Desgaste rápido do eléctrodo ................................................................................................. 110
3.3.5.1.4- Porosidade na soldadura ......................................................................................................... 110
3.3.5.2- Control ..................................................................................................................................................... 111
IV- CONCLUSÕES ............................................................................................... 113
V- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................................................................... 115
VI- ANEXOS ....................................................................................................... 118
ANEXO A: Declaração de Projeto ............................................................................................................ 119
ANEXO B: Mapeamento do processo .................................................................................................... 120
vii
ANEXO C: In Scope Out-of-Scope ............................................................................................................ 121
ANEXO D : Exemplos de Determinação de Percentagem de Porosidade ................................ 122
viii
Lista de Quadros
Quadro 2.1: Evolução do Seis Sigma
Quadro 2.2: Relação entre Nível Sigma, taxa de defeitos e rendimento considerando
desvio 1,5
Quadro 2.3: Índices de capacidade do processo (distribuição Normal)
Quadro 2.4: Resumo das etapas chave para implementação de um processo DMAIC
Quadro 2.5: Ferramentas para implementação do DMAIC
Quadro 2.6: Resumo dos pontos chave do DMAIC
Quadro 2.7: Comparação entre DMAIC e DMADV
Quadro 2.8: Comparação entre DFSS (ICOV)e Seis Sigma
Quadro 2.9: Resumo das responsabilidades da estrutura humana
Quadro: 2.10- Desenvolvimentos Durante e Após a Revolução Industrial
Quadro 2.11: Propriedades do Cobre
Quadro 2.12: Composições Nominais, Pontos de Fusão, Condutividade Térmica Relativa e
Soldabilidade
Quadro 3.1: Classificação de Imperfeições (EN ISO 6520-1: 2007)
Quadro 3.2: Nomenclatura de Classificação de Imperfeições
Quadro 3.3: Definição de CTQC´s e suas características operacionais (Critérios de Aceitação)
Quadro 3.4 : Características do Nível Dois
Quadro 3.5 : Características do Nível Três
Quadro 3.6: Indicadores de controlo
ix
Lista de Figuras
Figura 2.1: Processo de desenvolvimento do Seis Sigma na Gestão da Qualidade
Figura 2.2: Representação de um processo
Figura 2.3: Distância entre o valor alvo e os limites de especificação, considerando que a
média do processo pode sofrer uma variação de ± 1,5  em torno do valor alvo
Figura 2.4: Processos com índices Cp 1 e 2
Figura 2.5: Ciclo DMAIC
Figura 2.6: Fases de melhoria
Figura 2.7: Fases do ciclo de vida de um produto/serviço ou de um processo
Figura 2.8: Quando optar por um Seis Sigma (DMAIC) ou DFSS (ICOV)
Figura 2.9: Ciclo PDCA
Figura 2.10: Relação DMAIC e PDCA
Figura 2.11: Integração com ISO 9001
Figura 2.12: Cordão de soldadura
Figura 2.13: Processos de união ou ligação de materiais
Figura 2.14: Processos de soldadura por fusão
Figura 2.15: Evolução histórica dos processos de soldadura
Figura 2.16: Arco eléctrico
Figura 2.17: Processo de Soldadura TIG
Figura 3.1: Processos de Bobinagem BT
Figura 3.2: Exemplo de Ligação Soldada Banda-Barra
Figura 3.3: Diagrama de CTQC´s, segundo o Quadro 3.1
Figura 3.4: Diagrama de Pareto
Figura 3.5: Diagrama de Pareto
Figura 3.6: Preparação da Peça à Soldar
Figura 3.7: Diagrama de Ishikawa (Poros Esféricos)
Figura 3.8: Diagrama de Ishikawa (Falta de Penetração)
x
Lista de Abreviaturas
5W1H- What, Where, When, Why, Who and How
ABB- Asea Brown Boveri
ANSI- American National Standardization Institute
AWS- American Welding Society
C & D- Concepção & Desenvolvimento
CTQ- Critical to Quality
DFSS- Design for Six Sigma
DMADV- Define-Measure-Analyse-Design-Verify
DMAIC- Define – Measure – Analyse – Improve – Control
DOE – Design of Experiments
DPMO- Defeitos Por Milhão de Oportunidades
DPO- Defeitos Por Oportunidade
DPU- Defeitos Por Unidade
E.U.A.- Estados Unidos da América
FMEA- Failure Mode and Effect Analysis
GE - General Electric
GMAW- Gas Metal Arc Welding
GTAW- Gas Tungten Arc Welding
ISO- International Organization for Standardization
LASER- Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
LIE- Limite Inferior de Especificação
LSE- Limite Superior de Especificação
MIG- Metal Inert Gas
NASA- National Aeronautics and Space Administration
PAW- Plasma Arc Welding
PDCA- Plan – Do – Check – Act
PDSA- Plan – DO – Study - Act
PPM- Partes Por Milhão
QC- Quality Control
QFD – Quality Function Deployment
SER- Soldadura Eléctrodo Revestido
SIPOC- Suppliers – Inputs - Process – Outputs – Customers
SMAW- Shielded Metal Arc Welding
SPC- Statistical Process Control
xi
SQC- Statistical Quality Control
TIG- Tungsten Inert Gas
TPM- Total Product Management
TQC- Total Quality Control
TQM- Total Quality Management
U.E.- União Europeia
U.R.S.S.- União das Repúblicas Socialistas Soviéticas
VOC- Voice of Customer
Z- Nível Sigma
Zcp- Nível Z de curto prazo
Zlp- Nível Z de longo prazo
xii
Lista de Símbolos
- Desvio - Padrão
- Valor médio
Z- Nível Sigma
T- Valor alvo
xiii
I- INTRODUÇÃO
1.1- Definição do Problema
No mundo atual de produção, devido ao ambiente competitivo global, a maioria das
organizações de produção esforça-se para produzir produtos de alta qualidade, a custo
reduzido e em curto espaço de tempo. As constantes mudanças das necessidades dos clientes,
novos mercados, mudanças sociais, motivaram à movimentações constantes para melhorar os
processos existentes, servir melhor os clientes, assim como desejos para desenvolver novos
processos que satisfaçam as necessidades dos clientes. Para isto, a recorrência a programas de
Qualidade eficazes e eficientes é um desígnio nos dias que correm.
No passado, os programas da Qualidade adoptados pelas empresas focavam-se na satisfação
das necessidades dos clientes, não levando em consideração os custos implicados. Muitas
Organizações, ainda hoje, conseguem produtos e serviços que satisfazem os clientes, mas à
custa de grandes volumes de retrabalho e correção, com consequência direta em baixas
rentabilidades. Ainda no passado, várias filosofias da Qualidade (TQM –Total Quality
Management, TQC- Total Quality Control, etc) foram implementadas em Organizações,
contudo o nível de resultados financeiros não satisfizeram as expectativas das comunidades
empresariais.
Nasce então o Seis Sigma, na Motorola pela mão de Bill Smith como uma visão alargada,
disciplinada e lógica, proporcionando métodos específicos de revisão de processos.
Surgiu, não como uma rejeição às restantes filosofias estratégicas, mas como uma resposta á
crescente necessidade Objectivo das empresas sustentarem a sua rentabilidade.
O Seis Sigma foi construído em torno do conceito de que as empresas podem aumentar a sua
vantagem competitiva através da redução da variabilidade nos processos, perspectivando
desta forma a redução de defeitos nos outputs dos processos.
Através do Seis Sigma é possível aumentar os lucros das empresas, maximizar o valor para o
consumidor, com produtos e serviços de elevada qualidade e custo o mais baixo possível.
1
Pretende-se com este caso, identificar e classificar as imperfeições/descontinuidades ou
defeitos presentes na sua produção, bem como implementar medidas de melhoria, após
identificação das causas raiz de cada imperfeição/descontinuidade ou defeito.
1.2- Objetivos da Dissertação
São objectivos da presente dissertação:

Compreender na íntegra os princípios da metodologia Seis Sigma

Compreender o enquadramento do Seis Sigma, no contexto Gestão da Qualidade

Analisar diferenças e semelhanças entre metodologias de Qualidade

Compreender o domínio de aplicação do Seis Sigma

Compreender as metodologias e ferramentas para a aplicação do Seis Sigma

Analisar o potencial das metodologias e ferramentas do Seis Sigma na eficácia e
eficiência do sistema de Gestão da Qualidade das organizações

Caso de Estudo: Aplicação da metodologia Seis Sigma, aplicado a soldadura de
Cobre com base no processo TIG, e para isso foi preciso:
o
Fazer uma revisão bibliográfica do processo tecnológico de soldadura
o
Fazer uma revisão do processo de soldadura TIG
o
Compreender a sua aplicação à soldadura de cobre
O objectivo final desta dissertação, é aplicar a metodologia Seis Sigma, na soldadura de
cobre, com base no processo TIG, perspectivando, a identificação dos defeitos com maior
frequência de ocorrência, bem como identificar causas-efeito. Criar e implementar uma
solução óptima e validada, e desenvolver ações de controlo, com o objectivo de garantir os
resultados desejados.
1.3- Estrutura da Dissertação
1.3.1- Metodologia
Tendo assumido como ponto de partida, a análise da redução de defeitos e ocorrência dos
mesmos no produto final da soldadura de cobre com base no processo TIG, através da
2
metodologia Seis Sigma, iniciou-se uma revisão bibliográfica do tema que se dividiu nos
seguintes passos:

Consulta de bibliografia sobre Gestão da Qualidade

Consulta da mais recente e referenciada bibliografia sobre Seis Sigma

Seleção de títulos segundo sua relevância para o cumprimento dos objetivos

Relacionamento de conceitos e estabelecimento de ligações pertinentes

Consulta de bibliografia sobre o processo tecnológico de soldadura

Consulta de bibliografia sobre o cobre e suas ligas
1.3.2- Organização
A presente Dissertação, é constituída por quatro capítulos.
O Capítulo I, faz introdução ao problema e a relevância do tema bem como procede à
apresentação dos
objetivos da Dissertação. Por fim apresenta as metodologias para a
concretização do documento.
O Capítulo II, trata da revisão bibliográfica, do Seis Sigma, bem como do processo
tecnológico de soldadura enfatizando-se o processo TIG e descreve o cobre e as suas
propriedades.
O Capítulo III, trata do enquadramento do caso de estudo. Define alguns conceitos
importantes na área. Faz referência as típicas imperfeições inerentes aos processos.
Faz uma breve introdução das entidades responsáveis pelo enquadramento do Caso,
nomeadamente Instituto de Soldadura e Qualidade e uma terceira entidade cuja forma não
pode ser revelado por motivos de confidencialidade. Descreve e analisa resultados obtidos.
O Capítulo IV, refere-se às conclusões.
3
II. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1- Evolução do Seis Sigma
A metodologia Seis Sigma, tanto não é uma forma de pensamento revolucionário, como não
fornece um conjunto radicalmente novo de técnicas da qualidade. Representa um
desenvolvimento da ciência da melhoria contínua, que combina um conjunto dos melhores
princípios, práticas e métodos oriundos da gestão pela qualidade total e de outras áreas de
conhecimento convergentes (Figura.2.1) de forma rigorosa, disciplinada tornando-a uma
abordagem poderosa.
Figura 2.1: Processo de desenvolvimento do Seis Sigma na Gestão da Qualidade
(fonte: Park, 2003)
Embora algumas das ferramentas e técnicas utilizadas no Seis Sigma, como Desdobramento
da Função Qualidade (QFD) – Quality Function Deployment, são relativamente novas, a
maioria, como o diagrama de Ishikawa, datam meio século ou mais.
O General George Patton, estudante de história, acreditava que os que não aprendem com os
erros do passado, estão condenados a repeti-los. No domínio da qualidade, e no espírito da
melhoria contínua, esta afirmação verifica-se como verdadeira.
O sucesso no lançamento de projetos e iniciativas de grande escala, passa pela prévia
compreensão das raízes da qualidade e das razões por detrás dos métodos.
4
A conceito Seis Sigma teve origem na Motorola, e sofreu evoluções que podem ser divididas
em torno de três gerações distintas (Quadro 2.1).
O processo evolutivo teve início em 1984, quando Bill Smith, estudava a correlação existente
entre a frequência de mau funcionamento de um determinado produto, já na posse do cliente,
e a frequência de reparações que o mesmo tinha tido durante o processo de fabrico (Marques
et al., 2006). Com base nesse estudo, Smith sugeriu que a Motorola deveria garantir uma
margem de segurança de 50% face às especificações em todas as características consideradas
críticas para a qualidade do produto. Estatisticamente falando equivale a considerar-se, para
uma Distribuição Normal, 6 vezes o respectivo desvio padrão, ou seja Seis Sigma. Deste
modo nasceu o conceito estatístico.
Com a aplicação desta metodologia, a partir de 1986, a Motorola reduziu drasticamente os
defeitos em todos os seus produtos, através da diminuição da variabilidade dos processos que
lhe davam origem, e assim começou a popularização do Seis Sigma. Entre 1986 e 1993, Seis
Sigma, foi apenas considerado uma metodologia de melhoria de qualidade, aplicado à
produção e montagem de produtos.
Por volta de 1995 dá-se o início a segunda geração Seis Sigma, pela General Electric e pela
mão do seu lendário presidente, Jack Welch (Harry 2005, citado em Marques et al. 2006).
Enfatizou-se não só a eliminação de defeitos e diminuição da variabilidade dos processos,
mas também a diminuição de custos, aumento da produtividade e melhoria dos resultados.
Iniciou-se desta forma a abordagem ao Seis Sigma, como um sistema de gestão. Isto deveu-se
também às empresas ABB e Allied Signal. Nesta perspectiva, cada projeto Seis Sigma deve
traduzir-se em benefícios económicos quantificáveis monetariamente. A General Electric,
estima que em 1999, o impacto sobre o lucro líquido derivado do Seis Sigma, menos os
custos de implementação, ultrapassaram os 2 biliões USD (Gerenal electric company, 1999).
Com esta abordagem, a aplicação da metodologia Seis Sigma, alarga-se aos serviços e
processos transacionais bem como as atividades de concepção e desenvolvimento através da
abordagem de Projeto para Seis Sigma (DFSS) - Design for Six Sigma.
Por volta de 2002 nasce a terceira geração do Seis Sigma, pela Dupont, expandindo-se o
âmbito à criação de valor e oportunidades para inovar. Nesta perspectiva, alargou-se a criação
de valor não só no cliente, mas em todas as partes interessadas, desde fornecedores,
parceiros, sociedade e incluindo os acionistas. Definiu-se também nesta fase, uma nova
percepção de defeito. Deste modo defeito é qualquer factor ou elemento que não contribui ou
5
acrescente valor. Nesta fase o conceito evoluiu para sistema estratégico, onde factores como
execução da estratégia, identificação de oportunidades, capacidades para inovar,
desenvolvimento sustentável, passam a estar igualmente na linha das preocupações da
metodologia. Nesta geração, a aplicação do conceito alarga-se a todas as áreas da empresa e
do negócio.
Quadro 2.1: Evolução do Seis Sigma
(fonte: Marques et al,2006)
GERAÇÕES SEIS SIGMA
Geração 1 (SSG1)
Geração 2 (SSG2)
Período
Origem
1986 - 1993
Motorola
Enfoque
Minimização do número de
defeitos e da variabilidade dos
processos
Conceito
Metodologia de melhoria da
qualidade
Produção e montagem
Áreas
aplicáveis
Geração 3 (SSG3)
1994 - 2001
ABB, Allied Signal
(1994) e General
Electric (1995)
Redução de custos e
aumento da
produtividade e da
eficiência
Sistema de gestão
2002 - Presente
Dupont
As da SSG1
atividades de suporte
serviços concepção e
desenvolvimento de
entidades (produtos,
serviços, processos)
As da SSG” +todas
as áreas da empresa e
do negocio
(atividades de
inovação, marketing,
planeamento
estratégico,
desenvolvimento
sustentável, etc.)
Criação de valor e
oportunidades para
inovar
Sistema estratégico
2.2- Definição de Seis Sigma
A definição do Seis Sigma, tornou-se incerta e confusa, dado que aparece definida de
diversas formas, quer seja definida por académicos, quer por profissionais.
De seguida são apresentadas definições de alguns autores:
6

Pyzdek (2008), descreve Seis Sigma como sendo uma aplicação rigorosa,
concentrada e altamente eficaz de princípios e técnicas de qualidade comprovada,
incorporando elementos do trabalho de muitos pioneiros da qualidade. Seis Sigma
tem por objetivo o desempenho do negócio livre de erros.

Harry e Schroeder (2000), descreveram Seis Sigma, como um processo de negócio
que permite às empresas, melhorar drasticamente o seu estado atual, através da
concepção e acompanhamento das atividades empresariais diárias de forma a
minimizar o desperdício e recursos, aumentando a satisfação do cliente.

Hahn et al. (2000), descreveu Seis Sigma como uma abordagem estatística e
disciplinada para a melhoria de produtos e qualidade de serviços.

Sanders et al. (2000), chamam-na de uma estratégia de gestão, que requer uma
mudança de cultura na organização.
O Seis Sigma é, acima de tudo um sistema estruturado e baseado em factos que, através de
projetos criteriosamente selecionados, optimiza o funcionamento de processos, produtos e
serviços nos aspectos críticos para os clientes e para o negócio. (Marques, 2011)
É frequentemente enquadrada em três perspectivas que serão de seguida descritas.
Estas são:

Seis Sigma como métrica

Seis Sigma como metodologia

Seis Sigma como sistema alargado
2.3- Seis Sigma Como Métrica
2.3.1- Processo
Processo é um conjunto de atividades interrelacionadas e interactuantes que transformam
inputs (entradas) em outputs (saídas) (Figura 2.2). Genericamente os outputs são produtos,
cujas características intrínsecas são apelidadas de características da qualidade, as quais
devem satisfazer plenamente o cliente interno ou externo à organização. Os inputs podem ser
7
factores controláveis, ou factores de ruído. Os factores de controláveis podem ser fisicamente
controlados (e.g. pressão, temperatura), enquanto que os factores de ruído são factores
considerados incontroláveis (e.g. condições ambientais).
Numa perspectiva de sistema, a organização é vista como uma rede de processos que deve
ser continuamente melhorada relativamente à sua eficácia (concretização de objetivos) e
eficiência (minimização de desperdícios).
Figura 2: Esquema de um processo
Figura 2.2: Representação de um processo
(adaptado de: Park, 2003)
O modelo de Seis Sigma, em termos de processos e melhoria, descrito acima, traduz-se pela
seguinte equação:
Y=f(X1,X2,…,X n;V1,V2,…,Vn) (Eq. 2.1)
onde:

Y – Variável de saída

Xn – Um ou mais factores de controle

Vn – Um ou mais factores de ruído
O objectivo num processo, é encontrar o nível óptimo de variáveis X que reduzam a
variabilidade observada Y, conferindo robustez aos factores de ruído V. Um processo é
considerado robusto, quando os valores de Y, não são alterados a medida que os níveis de
ruído o são.
Qualquer processo, tem uma ou mais caraterísticas específicas, associadas às variáveis de
saída Y e permitem estabelecer definições operacionais (especificações) que sejam
específicas, claras e não ambíguas que permitirão recolher dados. Estas caraterísticas, são
8
usadas para medir o desempenho do processo, sendo geralmente representadas por variáveis
quantitativas, que podem ser contínuas ou discretas. As características contínuas podem
tomar qualquer valor medido numa escala contínua, fornecendo dados contínuos (e.g.
espessura, velocidade), enquanto que as características discretas são baseadas em contagens,
fornecendo dados por atributos (e.g. aprovação/reprovação, aceitável/inaceitável).
2.3.2- Variabilidade
A variabilidade é intrínseca a todos os processos. Não há dois produtos, processos ou
características dos mesmos exatamente iguais, ainda que as diferenças sejam infinitamente
pequenas. Quanto maior a variabilidade, mais elevada será a probabilidade de produção de
defeitos. Consequentemente, esta variabilidade traduz-se numa redução da satisfação dos
clientes e afecta negativamente a rentabilidade, que é um dos principais focos do Seis Sigma.
Atingir-se o Nível Sigma igual a seis, a partir de um Nível Sigma igual a três, requer alguns
passos de melhoria, passando pelos níveis intermédios, nomeadamente Nível Sigma igual a
quatro e cinco. O Quadro 2.2 indica a relação entre o Nível Sigma, uma medida de
capacidade de um processo, com o número de defeitos expectavelmente produzido por esse
processo para uma tal capacidade. Para elevar a capacidade de um processo até ao Nível
Sigma igual a seis (Z=6), a que estão associados índices de desempenho de classe mundial,
exige a efetivação de ciclos de melhoria, que podem ser concretizados com a realização de
projetos assentes na metodologia Seis Sigma. O esforço de melhoria aumenta
substancialmente à medida que o Nível Sigma se vai aproximando do valor seis.
A escala relativa ao Nível Sigma, dita com que frequência poderão surgir defeitos no
processo.
Quadro 2.2: Relação entre Nível Sigma, taxa de defeitos e rendimento considerando
desvio 1,5
(fonte: Park,2003)
Nível Sigma
Valor de Z
Taxa de
Rendimento
(considerando desvio
(para curva de distribuição
Defeitos
(%)
1,5)
normal)
(ppm)
2
0,5
308,770
69,1230
3
1,5
66,811
93,3189
4
2,5
6,210
99,3790
5
3,5
233
99,9767
6
4,5
3,4
99,99966
9
Nível Sigma igual a seis não é duas vezes melhor que Nível Sigma igual a três mas
aproximadamente 20.000 vezes melhor, conforme se pode ver no quadro acima.
A um Nível Sigma igual a seis equivale, em grande medida, o paradigma dos zero defeitos
postulado por Crosby, um dos gurus da qualidade.
2.3.3- Distribuição Normal
A Distribuição Normal, ou de Gauss, é a distribuição estatística mais utilizada em Gestão e
Engenharia de Qualidade. Simétrica, apresentando uma forma semelhante a um sino, é
caracterizada por um parâmetro de localização, a média (), e de dispersão, o desvio-padrão
().
O termo Seis Sigma, deriva da Distribuição Normal. No Seis Sigma, assume-se geralmente
que a variável de saída de um dado processo pode ser caracterizado por uma Distribuição
Normal, no caso de variáveis contínuas. Sigma () é uma letra do alfabeto grego que, na
disciplina da estatística, simboliza o desvio padrão. Para um processo cuja variável de saída
possa ser modelada através de uma Distribuição Normal, e no caso de o processo se encontrar
centrado “Seis” corresponde ao número de desvios-padrão (número de sigmas) medido num
processo, quando a variação em torno do alvo é de tal forma que apenas 3,4 outputs são
considerados defeitos, por cada milhão de oportunidades (DPMO), (Eq. 2.2).Parte-se do
princípio que a média do processo no longo prazo pode variar, até 1,5 segundo Bill Smith.
Um defeito ocorre quando o valor da resposta da característica de saída não cumpre o
especificado.
DPMO =
(Eq. 2.2)
Numa distribuição normal, as tolerâncias naturais do processo encontram-se sempre a uma
distância de três desvios-padrão (3) do seu valor médio. Se o processo tiver níveis de
desempenho Seis Sigma e estiver centrado no valor alvo, os limites de especificação vão
encontrar-se a uma distância de 6 em relação ao valor médio do processo. Considerando a
variação verificada por Bill Smith, qualquer dos limites de especificação não estará a uma
10
distância superior a 4,5 da média do processo e a 1,5 da tolerância natural do
processo.(Figura 2.3)
Na figura abaixo, LSE e LIE, definem-se por Limite de Especificação Superior, e Limite de
Especificação Inferior, respectivamente.
Figura 2.3: Distância entre o valor alvo e os limites de especificação, considerando que a
média do processo pode sofrer uma variação de ± 1,5  em torno do valor alvo
(fonte: Marques et al, 2006)
2.3.4- Cálculo do Nível Sigma de um Processo
Considerando uma Distribuição Normal, e uma variável continua que representa a
característica crítica para a qualidade (CTQC), que possa ser modelada por esta distribuição,
e assumindo uma especificação bilateral, haverá limites superior e inferior LSE e LIE
respectivamente. Considerando que o valor nominal da especificação, T e a média do
processo,  são coincidentes, um defeito ocorrerá sempre que a CTQC, produza uma valor
fora dos limites acima descritos. Dentro deste pressuposto, o Nível Sigma (Z), representa o
número de desvios-padrão compreendidos entre o valor da média do processo e os limites de
especificação.
Para o caso em que exista uma especificação bilateral e o processo estiver centrado , portanto
 e T coincidem, o Nível Sigma é dado pela equação 2.3 e quando utilizado, tem um
11
pressuposto que, no longo prazo, o valor médio da característica pode sofrer uma alteração
até 1,5. Deste modo, quando o Nível Sigma calculado for igual a 4,5, tal significa que o
desempenho corresponde aos padrões Seis Sigma. Isto quer dizer, que o rendimento do
processo é 99,99966% (ver Quadro 2.2) e que a taxa de defeitos é de 3,4 (ppm). Ainda no
quadro 2.2, pode ver-se como o número de defeitos diminui à medida que a distância entre a
média do processo e os limites de especificação aumenta. Nem todos os processos necessitam
operar a um nível Seis Sigma de capacidade.( citado em Kumar et al., 2007, por Marques
(2011)), sendo que o objectivo a estipular para o Nível Sigma deverá depender da
importância estratégica do processo e do custo de melhoria relativamente ao benefício
expectável. (citado em Linderman et al., 2003, Marques (2011))
Considerando que o valor da média do processo coincide com o valor da especificação
nominal (valor-alvo), o Nível Sigma (Z) de curto prazo e de longo prazo são definidos pela
equação 2.4. Quando o valor médio do processo não coincidir com o valor alvo, o Nível
Sigma é definido pela equação 2.5, aplicável quando o processo se encontra descentrado.
(Eq. 2.3)
=
ZCP=ZLP+1,5 (Eq. 2.4)
) (Eq. 2.5)
Z=min(
O número de defeitos por milhão de oportunidades (DPMO) e Nível Sigma (Z), encontram-se
diretamente relacionados através da seguinte expressão Eq. 2.6:
DPMO = DPMOLSE + DPMOLIE = (ZLSE) x 106 + (ZLIE) x 106 (Eq. 2.6)
onde:
12

(ZLSE) : é a probabilidade de o valor observado para a característica crítica ser maior
do que o limite superior de especificação (LSE).

(ZLIE) : é a probabilidade de o valor observado para a característica crítica ser menor
do que o limite inferior de especificação (LIE).
Considerando um desvio de ±1,5, o Nível Sigma e o DPMO encontram-se relacionados
através da seguinte expressão (Eq. 2.7):
ZCP = (
) (Eq. 2.7)
√
(fonte: Breyfogle III, 2003)
2.3.5- Estudos da Capacidade dos Processos
O estudo da capacidade do processo tem sido alvo de investigação ao longo de muitos anos,
durante os quais se desenvolveram os chamados índices de capacidade do processo. A análise
da capacidade do processo é fundamental para se saber se o processo tem capacidade de
produzir de acordo com as especificações estabelecidas o produto. Consiste em comparar a
distribuição de uma determinada característica do produto com especificações previamente
estabelecidas.
Dentro do panorama global da melhoria contínua, este estudo permite:

Reduzir a variação do processo

Selecionar fornecedores

Prever se o processo é capaz de produzir de acordo com as especificações

Ajudar a selecionar ou a modificar um processo ou uma máquina.
Na distribuição normal de dados, consideram-se quatro índices de capacidade. Considerar-seão neste estudo apenas dois índices, nomeadamente, os índices Cp, Cpk.
O índice Cp, habitualmente designado por índice de capacidade potencial, é definido para
casos em que a especificação é bilateral por:
13
(Eq. 2.8)
O denominador, da expressão deriva do facto de se considerar que a variação aceitável para
um processo modelado por uma distribuição normal é igual a 6. Isto significa que 99.73%
dos valores de uma determinada característica estarão naturalmente compreendidos entre
  3 (Pereira e Requeijo, 2008).
Quando a especificação é bilateral, considera-se que Cp = 1,33. Um processo pode ter
Cp = 1,33 e não produzir material conforme, porque a sua média não está centrada ao valor
nominal da metodologia Seis Sigma que é igual a 2 (Figura 2.4).
Figura 2.4: Processos com índices Cp 1 e 2
(fonte: Park, 2003)
O índice Cpk, considera para efeito a dispersão e a localização da média.
As expressões seguintes , respectivamente (Eq. 2.9, Eq. 2.10 e Eq. 2.11), definem o Cpk sendo
que se a especificação for unilateral, o índice de capacidade é definido pela Eq. 2.10 ou Eq.
2.11, dependendo da característica e habitualmente considera-se que o processo é capaz
quando Cpk 1,25.
Cpk=
(Eq. 2.9)
onde:
(Cpk)I =
(Eq. 2.10)
14
(CpK)S=
. (Eq. 2.11)
O processo será capaz e estará centrado no valor nominal quando:
(Cpk)I =(CpK)S. (Eq. 2.12)
Quadro 2.3: Índices de capacidade do processo (distribuição Normal)
(adaptado de : Pereira e Requeijo , 2008)
Índice
Fórmula
Cp
Cpk
2.4- Seis Sigma como Metodologia
2.4.1- DMAIC
O Seis Sigma, aplica-se sobretudo a programas de melhoria e/ou resolução de problemas em
entidades já existentes, assentado na concretização de ciclos DMAIC (Define-MeasureAnalyse-Improve-Control) (Figura 2.5). O objectivo é corrigir ineficiências e/ou aumentar a
qualidade do desempenho. A ciclo DMAIC, contribui para efetivamente reduzir ou mesmo
eliminar a qualidade negativa, que surge quando os requisitos dos clientes não são satisfeitos
rentavelmente. Esta metodologia de resolução de problemas, recorre ao uso de um conjunto
de ferramentas, desde as ferramentas básicas da qualidade às ferramentas de planeamento e
gestão da qualidade, que são implementadas de forma sistemática e orientada para o projeto.
É posta em prática por uma estrutura humana especialmente formada, para solucionar
diversos problemas e ir ao encontro dos objectivos das organizações.
15
Figura 2.5: Ciclo DMAIC
(fonte: Manual Prático Verlag, 2006)
O acrónimo DMAIC evoluiu ao longo do tempo, tendo inicialmente sido designado pela
Motorola por MAIC. Mais tarde, por intermédio da GE, passou a designação que é mais
frequentemente utilizada DMAIC. No entanto, no DFSS, que será abordado adiante,
consoante o processo, há vários acrónimos, nomeadamente:
1. DMADV(Define-Measure-Analyse-Design-Verify),
o
qual
foi
sugerido
pela
Motorola, é no entanto ,muito similar ao DMAIC. Este modelo processual, aplica-se
ao desenvolvimento de processos e produtos, maximizando o potencial de geração de
valor para o cliente.
2. IDOV (Identify-Design-Optimize-Validate). Foi sugerido pela GE.
3. DIDES (Define-Initiate-Design-Execute-Sustain). Foi sugerido pela Qualtec
Consulting Company.
A metodologia DMAIC, divide-se em dois grupos e cinco subgrupos, nomeadamente
caracterização e optimização. O grupo da caracterização, subdivide-se em Define, Measure e
Analyse, e por sua vez o grupo de optimização, em Improve e Control (Figura 2.6).
16
Figura 2.6: Fases de melhoria
(fonte: Park, 2003)
2.4.1.1- Fase de Define
A fase de define, baseia-se na determinação do âmbito, estabelecimento de objectivos e
planeamento de ações de melhoria. Passa primeiro pela identificação e seleção das
características de saída, bem como variáveis de Entrada/Saída dos processos , objectivando a
determinação do problema e do defeito.
A definição clara do âmbito do projeto é preponderante para o seu sucesso. Este, deve focarse num defeito específico, sendo que por vezes recorre-se a subdivisão do problema inicial
em problemas menores, tornando-se cada um destes num projeto. A definição de cada
projeto, passará primeiro pela declaração do problema, pela definição de um defeito
específico e mensurável e por fim pela determinação de um objectivo para a redução
percentual do defeito.
As ferramentas utilizadas nesta fase, permitem uma análise global dos processos, sob uma
perspectiva de negócio. São numa primeira fase, definidas e priorizadas as necessidades dos
clientes, de modo a determinar-se as áreas com maior oportunidade de melhoria.
Cada projeto, deve ser bem definido, antes de se passar a fase seguinte, seguindo a seguinte
ordem de tarefas:

Mapeamento do projeto, que inclua, o caso de estudo, definição do problema, âmbito
do projeto e constrangimentos, pressupostos, orçamentos, definição da equipa, bem
17
como linhas diretrizes para cada membro, calendarização do projeto e por último
identificação dos stakeholders.

Identificação dos clientes, tanto internos como externos, identificação dos requisitos
dos clientes sob a forma de Voz do Cliente (VOC- Voice of the Customer), e
requisitos do sistema de produção.
2.4.1.2- Fase Measure
A fase Measure, implica a seleção das características do produto e/ou serviço, determinação
das variáveis dependentes, mapeamento dos respectivos processos, medição e registo de
resultados de modo a estimar a capacidade do processo. Para estimar a capacidade do
processo, recorre-se a dados a curto e longo prazo. Os dados a curto prazo, são obtidos
durante um curto espaço de tempo, e não englobam causas especiais. Os dados a longo prazo,
refletem a influência de causas comuns e especiais de variação, e são obtidos durante um
espaço de tempo alargado.
As métricas de processo usadas, diferem, conforme os dados sejam discretos ou contínuos,
embora se possa recorrer a métrica nível (Z) que pode ser usada para comparar processos de
natureza diferente. Para dados discretos, os defeitos por milhão de oportunidades (DPMO),
defeitos por oportunidade (DPO) e defeitos por unidades (DPU), são as métricas mais usadas.
Para dados contínuos, as principais métricas de processo são o Cp, CPK, PP e o PPK, sendo que
CP é usado para exprimir a capacidade do processo a longo prazo, assumindo que o processo
é centrado e que se conseguem eliminar todas as causas especiais. O PP é usado para exprimir
a capacidade potencial do processo a curto prazo nas mesmas condições que o CP. Para se
saber se o processo é centrado e se é capaz de produzir segundo limites especificados,
recorre-se aos índices CPK e PPK.
O primeiro passo a realizar nesta fase, é a definição do padrão de desempenho ou
especificação, de forma tornar-se possível medir aquilo que é considerado defeito, e de
seguida calcula-se o nível da característica de saída. Assim, poderá ser efectuado o cálculo
dos DPMO iniciais e finais, e avaliar a melhoria atingida. O segundo passo é a validação do
sistema de medida, e por fim estabelecer a capacidade do processo de forma a determinar a
taxa de defeitos atual.
18
As tarefas a desenvolver nesta fase dividem-se em cinco etapas, nomeadamente:

Seleção do processo(s) à medir;

Desenvolvimento de procedimentos operacionais

Identificação de fontes(s) de dado(s);

Recolha de amostragem(s);

Implementação e melhoria do sistema de medição.
2.4.1.3- Fase Analyse
O objectivo da fase analyse, é a identificação e verificação das potenciais causas dos defeitos
e examinação das mesmas, com base na utilização de ferramentas de análise de dados, e
técnicas de análise de processos, nomeadamente Mapas do Processo detalhado, Matriz Causa
e Efeito e a Análise Modal de Falhas e Efeitos, para listar todas as variáveis de entrada que
possam afectar a variável ou característica de saída.
Os dados recolhidos com base nesta análise, são usados para identificação de padrões,
tendências, e outras diferenças, que podem sugerir e/ou servir como base para apoio ou
rejeição de teorias sobre causas dos defeitos.
Com base na análise de processos, é também possível sob um olhar pormenorizado aos
processos chave, identificar tempos de ciclos, e ouras etapas que geram valor ao
produto/serviço.
2.4.1.4- Fase Improve
A fase improve, é a fase que se destina ao teste das possíveis soluções para os potenciais
problemas. Depois de testadas, são selecionadas as melhores soluções, e de seguida
determina-se a nova capacidade do processo, bem como o Value Stream (Corrente de Valor)
inerente à solução implementada.
Com base no Desenho de Experiências (DOE), avalia-se, qual o impacto de múltiplas
entradas (x´s) numa saída (y) selecionada e deverá ser realizado de acordo com a seguinte
sequência:
1. Definir o problema
2. Estabelecer o objectivo
3. Selecionar a Saída-y
19
4. Escolher os níveis dos factores
5. Escolher o Desenho Experimental e o Tamanho da Amostra
6. Recolher os dados
7. Analisar os dados
8. Chegar a conclusões
9. Atingir o objectivo
2.4.1.5- Fase Control
A fase Control, tem por objectivo a implementação da solução previamente aceite. Deve-se
nesta fase, assegurar que os ganhos derivados da solução implementada sejam mantidos ao
longo do tempo no processo.
As técnicas de controlo empregues poderão ser divididas em três grupos:

Controlo de Nível 1: controlos dependentes do operador

Controlo de Nível 2: capacidade de prever o defeito

Controlo de Nível 3: eliminação virtual do defeito
Analyse
Measure
Define
Quadro 2.4: Resumo das etapas chave para implementação de um processo DMAIC
(adaptado de: Wang, 2008)
Etapas
Procedimentos



Definir os requisitos e expectativas do cliente
Definir as fronteiras do projeto
Mapeamento do processo de negocio



Medir o processo para satisfazer as necessidades do cliente
Desenvolver um plano de recolha de dados
Recolher e comparar dados para determinação de problemas e
deficiências
Analisar as causas dos defeitos, e fontes de variação
Determinação das variações do processo
Priorizar oportunidades para melhorias futuras



20
Improve
(continuação): Quadro 2.4: Resumo das etapas chave para implementação de um processo
DMAIC
(adaptado de: Wang, 2008)
 Melhorar o processo de modo a eliminar variações
 Desenvolvimento alternativas e implementação de planos de reforço
Control



Controlo das variações do processo, de modo a satisfazer as
necessidades do cliente
Desenvolvimento de estratégias de monitorização e controlo das
melhorias do processo
Implementação das melhorias do sistema
2.4.2- Ferramentas e Técnicas da Qualidade
A metodologia Seis Sigma utiliza ferramentas da qualidade padrão tais como a Análise
Modal de Falhas e Efeitos (FMEA) – Failure Mode and Effect Analysis, Gráficos de Causa e
Efeito e o Controlo Estatístico do Processo (Breyfogle, 2003; Schroeder, 2008; citado em
Carvalho, 2008). Estas ferramentas incluem muitas das sete Ferramentas Clássicas do
controlo de Qualidade e as ferramentas para diagnóstico e formulação de problemas
(Schroeder, 2008; citado em Carvalho, 2008).
Serão descritas em pormenor, apenas as ferramentas aplicadas ao caso de estudo. Para mais
informação, quanto as ferramentas básicas da qualidade, remeto ao livro de Douglas
Montegomery.
2.4.2.1- Ferramentas Básicas da Qualidade
2.4.2.1.1- Fluxograma
O fluxograma é uma representação gráfica que permite a visualização e o encadeamento de
todas as etapas de um processo. A sua grande utilidade, é fazer com que todos os
participantes adquiram uma visão completa do processo, e que cada um individualmente,
tenha melhor percepção de qual é o seu papel e responsabilidade no processo, e de que forma
este irá influir no resultado final.
O fluxograma também pode ser utilizado para comparar a forma como as atividades estão
sendo realizadas e como as mesmas deveriam ser realizadas, com o objetivo de determinar a
origem de alguns problemas. (Montegomery, 2012)
21
2.4.2.1.2- Histograma
O Histograma, é uma ferramenta do Sistema da Qualidade utilizada para analisar um
determinado problema baseado na ideia de que cada fenómeno tem o seu jeito próprio de
variar. Esta variação é representada por uma curva sobreposta a um gráfico de barras. Sempre
que as medidas se concentram ao redor da medida central, a curva é chamada curva normal.
De um modo geral, um número igual de medidas situa-se de cada lado deste ponto central.
O histograma tem carácter preliminar em qualquer estudo e é um importante indicador da
distribuição de dados, visto que podem indicar se uma distribuição se aproxima de uma
função normal, como pode indicar mistura de populações quando se apresentam bimodais.
2.4.2.1.3- Folha de Verificação
As Folhas de Verificação, são tabelas para facilitar a recolha e análise de dados de forma
consistente, facilitando a sua análise.
2.4.2.1.4- Diagrama de Dispersão/Correlação
O Diagrama de Dispersão, é útil para visualizar a relação entre duas variáveis quantitativas. É
uma técnica gráfica destinada a estudar relações existentes entre dois conjuntos de dados
associados que ocorrem aos pares. Estes pares são representados no diagrama como uma
nuvem de pontos, a qual dependendo do formato irá determinar a relação entre os conjuntos.
A relação entre os conjuntos pode ser positiva ou negativa.
2.4.2.1.5- Diagrama de Pareto
Diagrama de Pareto é um gráfico de barras que ordena a frequência das ocorrências, da maior
causa, para menor, permitindo priorizar os problemas. O gráfico associa dados variáveis com
dados na forma de atributos. Sobreposto as barras, o diagrama mostra ainda a curva de
percentagens acumuladas.
O diagrama é baseado no Princípio de Pareto, que enuncia que muitas vezes apenas alguns
itens são responsáveis pela maior parte do efeito.
Para construir um Diagrama de Pareto, seguem-se os seguintes passos:
22
1. Definir a situação a ser analisada;
2. Identificar e listar as causas/factores que podem contribuir para essa situação;
3. Recolher os dados relativamente ao impacto (número de ocorrências, custos, etc.)
para os factores identificados em 2;
4. Ordenar as causas por ordem decrescente de importância;
5. Representar graficamente a informação a analisar.
A sua aplicação, é útil para mostrar por ordem de importância, a contribuição de cada item
para o efeito total, de modo a determinar-se oportunidades de melhoria.
2.4.2.1.6- Diagrama Causa e Efeito
O Diagrama de Causa e Efeito, também designado como Diagrama de Ishikawa ou Diagrama
de Espinha de Peixe, constitui uma base organizada para pesquisa, discussão e análise das
causas de um problema, para além de permitir evidenciar as relações entre as diferentes
causas. É uma abordagem metódica para investigação e análise das causas de um problema.
O Diagrama de Causa e Efeito pode ser utilizado individualmente, mas a principal qualidade
do diagrama é a sua capacidade de focalizar a discussão em grupo, estimulando a
participação de todos e direcionando o conhecimento de cada pessoa no sentido de identificar
as causas ou os fatores responsáveis por um dado problema ou situação. Permite, assim, a
organização de ideias e a sua visualização agrupada destacando as áreas mais significativas.
Para construir um Diagrama de Causa e Efeito:
1. Selecionar o problema cujas causas se pretendem apurar;
2. Colocar esse problema à direita do diagrama;
3. Identificar todas as possíveis causas para o problema;
4. Identificar, se necessário, causas secundarias e terciárias (sub-causas mais
específicas);
5. Analisar o Diagrama de Causa e Efeito.
23
2.4.2.1.7- Cartas de Controlo
As Cartas de Controlo são utilizadas para acompanhar e avalisar de uma forma contínua, o
desenvolvimento qualitativo de um processo, pondo em evidência quando é que um processo
se altera e necessita de ação corretiva. O gráfico determina uma faixa chamada de tolerância
limitada pela linha superior (limite superior de controlo) e uma linha inferior (limite inferior
de controlo) e uma linha média do processo, que foram estatisticamente determinadas.
O objetivo do gráfico é determinar se determinado processo está sob controlo e determinar
rapidamente a ocorrência de causas especiais de variação ou desvio no processo. Este
controlo pode ser feito com base em dois tipos de cartas, nomeadamente Controlo por
variáveis e Controlo por atributos.
O Controlo por variáveis é realizado quando a caraterística da qualidade pode ser medida e
expressa como um número numa escala contínua de mediações. O Controlo por atributos é
realizado quando o produto é avaliado em termos de conforme ou não conforme em relação a
determinados atributos ou em termos do número de defeitos que aparecem numa unidade de
produto.
As cartas podem também ser usadas para estimar os parâmetros do processo de produção e,
através desta informação, determinar a capacidade do processo em produzir dentro das
especificações. Estas podem também fornecer informação útil para a melhoria do processo.
2.4.2.2- Ferramentas de Planeamento e Gestão da Qualidade
(adaptado de Marques, 2011)
As Ferramentas de Planeamento e Gestão, forma desenvolvidas no Japão após a Segunda
Guerra Mundial, e introduzidas no ocidente na década de 1980.
São ferramentas simples, mas que têm grande utilidade e aplicabilidade no planeamento e
gestão da Qualidade. (Brassard, 1996)
2.4.2.2.1- Diagrama de Afinidades
O Diagrama de Afinidades, também conhecido por Método KJ (Jiro kawakita), é uma técnica
que permite organizar uma grande quantidade de dados ou informações qualitativas (ideias,
24
opiniões, necessidades, etc.) em agrupamentos, com base nas relações naturais entre os
mesmos. É uma ferramenta poderosa que pode ser utilizada em diversas situações tais como
(mas não se limitando a) apoio a sessões de Brainstorming, organização de necessidades de
clientes, apoio ao desenvolvimento de novos produtos, ou ainda na identificação dos
processos organizacionais.
2.4.2.2.2- Diagrama de Relações
O Diagrama de Relações é uma ferramenta que permite efetuar relações lógicas entre os
elementos relacionados e, deste modo, analisar as causas que contribuem para a ocorrência de
determinada situação, fenómeno ou problema.
2.4.2.2.3- Diagrama em Árvore
O Diagrama em Árvore tem a forma de um organigrama e permite ilustrar e com grande
detalhe todas as alternativas, em percursos e eventos, que serão necessárias para atingir um
objetivo previamente definido. A elaboração deste Diagrama assegura que todos os passos
possíveis para a resolução de um problema estão a ser dados e que as linhas lógicas traçadas
são coerentes.
Existem múltiplas aplicações do Diagrama em Árvore, sendo que em geral a sua construção
ocorre da seguinte forma:
1. Colocar o assunto/problema/objetivo central, geralmente do lado esquerdo, ou então
no tipo;
2. Questionar “para responder ao assunto, solucionar o problema ou alcançar o objetivo,
o que deverá ser existir ou ser feito?”;
3. Escrever as ideias imediatamente à direita, ou imediatamente em baixo, do
assunto/problema/objetivo central.
4. Repetir os passos 2 a 3 até esgotar as ideias ou soluções nas suas especificidades.
2.4.2.2.4 - Matriz de Prioridades
As Matrizes de Prioridades são utilizadas para avaliar possíveis ações ou atividades, face a
determinados critérios, permitindo priorizá-las.
25
2.4.2.2.5- Diagrama Matricial
É uma ferramenta muito versátil, uma vez que permite organizar e relacionar um leque
alargado de informação.
Para além de fornecer a indicação visual da existência ou não de relação (ou correlação) entre
cada par de elementos (e.g. atividades, características, funções, etc), permite ainda
representar a intensidade e/ou direção dessa mesma relação.
2.4.2.2.6- Gráfico de Decisão do Processo (PDPC)
O PDPC é uma ferramenta muito útil para planear uma sequência de atividades ou eventos,
sobretudo quando o acontecimento, problema ou objetivo é pouco conhecido, conduzindo a
incertezas a nível da duração dessas atividades.
2.4.2.2.7- Diagrama de Atividades
O Diagrama de Atividades permite planear um conjunto de atividades interligadas, cujos
tempos de execução são conhecidos, e determinar o caminho critico.
O caminho critico corresponde à sequência de atividades desde á primeira até à última
atividade, cujo tempo previsto de duração é maior.
2.4.2.3- Outras Ferramentas e Técnicas da Qualidade
2.4.2.3.1- Brainstorming
Brainstorming também conhecido por Tempestade de Ideias, é uma técnica utilizada com o
objectivo de reunir o conhecimento e criatividade de todos os membros de uma equipa de
trabalho, de forma a gerar “ondas” de ideias através de um processo livre de criticismo e
julgamentos.
2.4.2.3.2- Análise Modal de Falhas e seus Efeitos
Análise Modal de Falhas e seus Efeitos (FMEA) – Failure Mode and Effect Analysis, é uma
técnica sistemática que permite identificar potenciais modos de falha num sistema técnico,
26
seus efeitos negativos no desempenho desse sistema, o grau de risco associado e ações
conducentes à diminuição desse nível de risco.
2.4.2.3.3- Diagrama SIPOC
O Diagrama SIPOC é uma ferramenta de mapeamento de processos, cujo acrónimo
corresponde a Suppliers – Fornecedores, Inputs – Entradas, Process – Processo, Outputs –
Saídas e Customers – Clientes.
É um diagrama de cinco elementos chave, dispostos em coluna, para fornecer a seguinte
informação:

Suppliers – As funções principais (desempenhos ou pessoas) que produzem as inputs
do processo.

Inputs - As informações chave, componentes, decisões, contribuições que são
necessárias antes do começo ou fim de uma atividade.

Process – As atividades de alto nível de um processo, que transformam as entradas
em saídas.

Outputs – As saídas dos elementos tangíveis principais do processo.

Clients – Os clientes principais (internos ou externos) que solicitam as saídas ou
entregas do processo.
2.4.2.3.4- Mapeamento de Processos
Mapeamento de Processos, é atividade onde são representadas a sequência e a iteração entre
as diferentes tarefas que compõem um processo. Essa representação, para além de facilitar a
sistematização e a uniformização de práticas, permite uma melhor análise dos fluxos e a
detecção de oportunidades de melhoria nesses mesmos processos.
2.4.2.3.5- Poka - Yoke
Poka - Yoke, é um dispositivo a prova de erros, destinado a evitar a ocorrência de defeitos
em processos de fabricação e/ou utilização de produtos/serviços.
2.4.2.3.6- In Scope - Out of Scope
In Scope - Out of Scope, é uma ferramenta de apoio à definição do âmbito do projeto. Com
base nesta, são definidas todas as variáveis ou características que participam ou não no
âmbito do projeto.
27
2.4.2.3.7- Planeamento de Experiências (DOE)
O Planeamento de Experiências (DOE) – Design of Experiments é uma estratégia utilizada
para determinar quais os inputs que têm impacto significativo nos outputs de um processo, e
quais os níveis que as variáveis que condicionam o processo devem possuir, para se obter
uma resposta desejada.
O Planeamento de Experiências, pode ser definido coo um conjunto de técnicas estatísticas
usadas para planear experiências e analisar os seus resultados. (Escalante, 2003; citado por
Marques, 2011).
Quadro 2.5: Técnicas e ferramentas para implementação do DMAIC
(adaptado de: Chinvigai et al, 2010)
Ferramentas
D
M
A
Seis Sigma
X
X
Diagrama de
Afinidades
X
X
Brainstorming
X
X
Diagrama
Ishikawa
X
CTQ(Crítico à
qualidade)
X
X
X
Fluxograma
X
FMEA
X
X
Diagrama de
Pareto
X
Capacidade do
Processo
X
X
SPC
SIPOC
Standardization
X
Project Scope
Contract
Mapeamento
do Processo
Matriz CT
Simulação
Poke Yoke
X
QFD
X
I
C
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
28
Quadro 2.5: Técnicas e ferramentas para implementação do DMAIC
(adaptado de: Chinvigai et al, 2010)
Inspeção
Visual
X
Análise por
Regressão
X
Diagrama de
Dispersão
X
X
DOE
X
In Scope Out
of Scope
Quadro 2.6: Resumo dos pontos chave do DMAIC
(adaptado de: Manual pratico Verlag, 2006)
Pronto-Chave
Medir o problema
Enfocar no cliente
Verificar a causa da raiz
Romper com os maus hábitos
Gerir os riscos
Medir os resultados
Manter a mudança
X
Objectivo
Necessidade de se ter noção clara dos
defeitos produzidos em termos de
quantidades e de custos associados
Necessidade de se considerar devidamente as
necessidades e requisitos do cliente
Alcançar a razão fundamental ou raiz do
problema, evitando ficar apenas pelos
sintomas dos mesmos
Uma mudança real requer soluções criativas
A comprovação e o aperfeiçoamento das
soluções é fundamental para a melhoria
Verificar o impacto real de cada solução
A chave final é conseguir que a mudança
perdure
2.4.3- Design for Six Sigma
Projeto para Seis Sigma, internacionalmente conhecido por Design for Six Sigma (DFSS), é
uma metodologia de concepção e desenvolvimento (C&D) de produtos, serviços e processos
que utiliza, de forma disciplinada, um conjunto de técnicas, ferramentas e práticas com o
objectivo de projetar soluções inovadoras, com níveis de qualidade e desempenho superiores
(níveis Seis Sigma), capazes de satisfazer os requisitos dos clientes, regulamentares e do
negócio. (Manual Prático Verlag, 2006).
29
A definição concreta de DFSS, não é clara, e é entendida de forma diferente dentro das
organizações.
De acordo com Berryman (2002, citado em Cronemyr), “nenhuma outra iniciativa de
qualidade anteriormente, foi tão mal divulgada e compreendida nas organizações”.
Bergman e Gremyr (2006, citado em Cronemyr), definem-na de forma pragmática: “A
finalidade do Seis Sigma pode ser resumida, como forma de minimizar a variação nos
processos, enquanto que DFSS, focaliza-se mais no desenvolvimento de processos que
permitam variações, mas sem que estes afectem o seu desempenho”.
Chowdhury (2002, citado em Cronemyr), define de forma anedótica:
” Enquanto Seis Sigma repara o que está partido, DFSS, ajuda a projetar coisas que não se
partem, fazem mais e custam menos.”
Embora haja várias definições, o objetivo final do DFSS resume-se sempre em reduzir
custos, tal como o Seis Sigma.
Os seus princípios tiveram origem no seio do Departamento de Defesa dos Estados Unidos e
NASA, nomeadamente na engenharia de sistemas.
Uma maior eficiência do processo de investigação, bem como concepção e desenvolvimento
é potencialmente alcançável com a correta implementação do DFSS, refletindo-se na redução
de custos e à melhoria do time to market (tempo que medeia o início do processo de C&D e o
lançamento no mercado das respetivas soluções encontradas).
2.4.3.1- Design for Six Sigma Vs Seis Sigma
Seis Sigma difere do Design for Six Sigma pelo facto de aplicar-se sobretudo a programas de
melhoria e/ou resolução de problemas em entidades, enquanto que o Design for Six Sigma, é
utilizado para conceber ou desenvolver novas entidades sejam elas produtos, serviços ou
processos. Desta forma, os Projetos Seis Sigma, possuem sobretudo uma natureza reativa,
pois têm por objetivo corrigir ineficiências e/ou aumentar a qualidade/desempenho de
entidades existentes e por sua vez os Projetos DFSS, possuem uma natureza preventiva e
inovadora, pois ambicionam minimizar riscos conceptuais e operacionais.
30
A aplicação de cada uma das metodologias, está associada a diferentes momentos dos ciclos
de vida do produto, serviço ou processo em análise (Figura 2.7). O Seis Sigma tradicional
está assente na concretização do ciclo DMAIC, ao passo que o Design for Six Sigma baseiase na concretização de um dos seguintes mapas ou ciclos: ICOV (Identify, Caracterize,
Optimimize, Validate); DMADV (Define, Measure, Analyse, Design, Validate); IDOV
(Identify, Design, Optimize, Validate); entre outros. No Quadro 2.8, exemplifica-se o DFSS
assente no mapa ICOV e o Seis Sigma assente no mapa DMAIC.
Cronemyr (2007), defende que em aplicações práticas, nem sempre a escolha da melhor
metodologia à implementar é óbvia. Através de relatos de Black e Green Belts, a aplicação
direta do DMAIC a processos existentes, torna-se por vezes complexo, porque assume-se de
antemão que os processos foram projetados para executar atividades, da forma como o fazem
no momento. Por vezes esta premissa conduz-nos a erros, porque por vezes, não o foram de
todo. O desenvolvimento de um processo, recorre por vezes ao envolvimento de várias
organizações, recursos humanos de diferentes entidades, etc. Isto faz com que se torne difícil
conhecer o processo na íntegra, e o processo pode ser abordado de forma diferente, consoante
a pessoa que o utilize e a ocasião que o faça. Por estes motivos, é necessário que se faça um
estudo prévio dos processos, de modo a que a metodologia escolhida seja a mais eficiente.
(Wheeler, 2000, citado em Cronemyr, (2007)), através dos conceitos “estado do processo,” e
“entropia do processo, sintetiza as diferenças e semelhanças entre ambas metodologias, de
forma a que se possa optar pela metodologia mais eficiente para dado processo. Por vezes
nenhuma das metodologias isoladamente é a mais adequada. Neste casso é necessário que
dentro das sinergias entre as mesmas, se encontre uma solução eficiente.
Dentro do quadro de ferramentas, tanto no DMAIC, como no DMADV, utilizam-se as
mesmas ferramentas, mas por vezes com sequência inversa. Isto deve-se ao fato de algumas
ferramentas do DMADV serem recorrentes (exemplo, QFD, FMEA e Design scorecard)
(Cronemyr,2007).
No Quadro 2.7, descreve-se de forma sumária as ferramentas das metodologias. Conforme se
observa, estas são semelhantes no início e no fim dos ciclos, sendo apenas diferente no meio.
A primeira fase do DMAIC (Define) e do DMADV (Define), consiste na definição do
projeto, mapeamento do mesmo e nos requisitos dos clientes.
A segunda fase do DMAIC (Measure e Analyse), consiste na medição e análise dos dados do
processo de forma a encontras as causas raiz do processo., enquanto que no DMADV
31
(Measure e Analyse), transforma-se a voz dos clientes (VOC), em requisitos funcionais. Há
grande diferença entre os dois casos. No primeiro, há um processo que já pode ser medido,
enquanto que no segundo, procura-se os requisitos para o novo projeto.
A terceira fase, do DMAIC, consiste no Improve, e a do DMADV, consiste no Design. Estas
fases aparentemente são diferentes, no entanto são muito semelhantes. Ambas iniciam com a
geração de novos componentes do processo, nomeadamente subprocessos, tarefas e sistemas
de apoio entre outras, prosseguem a síntese com a utilização de Matrizes Pugh e finalizam
com o desenvolvimento de soluções sustentáveis e robustas (FMEA e Robust Design).
Finalmente a quarta fase conforme anteriormente dito, são semelhantes, consistindo no
controlo de processo, desde a criação de um plano de implementação a um plano de controlo
dos mesmos.
Figura 2.7: Fases do ciclo de vida de um produto/serviço ou de um processo
(fonte: Manual Prático Verlag, 2006)
32
Quadro 2.7: Comparação entre DMAIC e DMADV
(adaptado de: Cronemyr ,2007)
DMAIC
D
M
A
Ferramentas
DMAIC
Definição do
projeto
Mapeamento do
processo
Voz do cliente
(VOC)
Sistema de
medição
Dados históricos
de medições
Sigma inicial do
processo
Análise de causas
de raíz
Ferramentas
DMADV
Definição do
projeto
Mapeamento do
processo
Voz do cliente
(VOC)
QFD1:VOC para
QC
Design Scorecard
Benchmarking
QFD2:QC pata
QC
Geração de
melhorias
(Matriz Pugh)
FMEA
Geração de
conceitos
Matriz Pugh
QFD3: DC para
CC
Funções
transferências
Robust Design
Design Scorecard
Plano de
implementação
Revisão do
projeto
Processo piloto
Design scorecard
Plano de controlo
Lançamento
formal
Encerramento
I
C
Teste Piloto
Plano de
implementação
Plano de controlo
Padronização
Monitorização
Sigma final do
processo
Encerramento
33
DMADV
D
M
A
D
V
Quadro 2.8: Comparação entre DFSS (Mapa ICOV) e Seis Sigma (DMAIC)
(adaptado de: Marques et al., 2006)
Seis Sigma
DFSS
DMAIC
ICOV
Mapa
Metodológico
Âmbito
Melhoria e/ou resolução de
Concepção/reconcepção e
problemas em produtos, serviços
desenvolvimento de novos produtos,
e processos existentes, sem que os
serviços e processos, minimizando
parâmetros de projeto originais
riscos operacionais e conceptuais
sejam alterados
Problemas
Melhoria
Carácter corretivo/reativo
Carácter preventivo
Significativa
Muito significativa
Diferenciação do produto/serviço,
Oportunidades
Melhoria da qualidade, aumento
inovação, crescimento de mercado,
da satisfação dos clientes, redução
abertura de novos mercados
de custos, aumento da capacidade
melhoria significativa da eficiência
produtiva
dos processos, redução do time to
market
Depende da complexidade da
Duração do
Depende da natureza do projeto,
entidade em causa, podendo variar
projeto
mas em média cerca de 6 meses
entre alguns (poucos) meses até
vários anos
34
(Continuação) Quadro 2.8: Comparação entre DFSS (ICOV) e Seis Sigma
(adaptado de: Marques et al., 2006)
Seis Sigma
DFSS
DMAIC
Algoritmo
ICOV
Geralmente maior do que nos
projetos de Seis Sigma, podendo
Investimento no
projeto
Geralmente menor do que nos
ascender a valores consideráveis no
projetos de DFSS
caso de a entidade a desenvolver ter
elevada complexidade ou custos de
validação
Risco associado
ao projeto
Geralmente o grau de risco é
Geralmente o grau de risco é
menor que o dos projetos DFSS
superior ao dos projetos de Seis
Sigma
Mais difíceis de quantificar em
todas as componentes, dado terem
Benefícios do
Quantificáveis na maioria das
um efeito preventivo; só são
projeto
vezes e perceptíveis num curto
perceptíveis durante as fases a
espaço de tempo
jusante do ciclo de vida dos
produtos, serviços e processos
concebidos
A análise destes requisitos possui
A análise tem por objetivo
uma natureza mais exploratória, no
Requisitos dos
percebes a(s) razão(ões) pela(s)
sentido de perceber tendências nos
clientes e do
qual(ais) o produto, serviço ou
requisitos, oportunidades para
negócio
processo não está a satisfazer s
inovar e acrescentar valor nas
requisitos dos clientes e/ou do
características e funcionalidades no
negócio
produto, serviço ou processo a
desenvolver
35
Figura 2.8: Quando optar por um Seis Sigma (DMAIC) ou DFSS (ICOV)
(fonte: Marques et al., 2006)
2.4.4- Ciclo de Deming
O ciclo de Deming, também denominado por ciclo de Shewhart ou ciclo PDCA (Plan-DoCheck-Act), em português (Planeamento-Execução-Verificação-Ação), foi idealizado por
36
Shewart inicialmente como PDSA, onde S significava Study (Estudo), na década de 1920 e
mais tarde aplicado e divulgado por Deming, no formato PDCA em 1950.(Franz et al. 2006)
O ciclo começa pelo planeamento de atividades de melhoria, as quais são de seguida
executadas, verificadas e por fim tomam-se ações de melhoria.
A fase Plan, foi subdividida em determinação das metas e determinação da estratégia para
atingi-las e a fase Do, subdividida em educação, treino e, implementação das melhorias. Com
esta subdivisão o ciclo passou a ser definido em seis etapas.
O PDCA pode ser abordado de duas formas distintas, conforme se pretenda manter
resultados, ou melhorar resultados, sendo que a que mais se aproxima da metodologia
DMAIC, é certamente o modelo para melhorar resultados. Neste caso, o ciclo subdivide-se
em oito fases (Figura 2.9), nomeadamente (i) Identificação do problema; (ii) Observação; (iii)
Análise; (iv) Plano de ação; (v) Ação; (vi) Verificação; (vii) Padronização e (viii)
Conclusão.(Franz et al.2006)
As oito fases que constituem o ciclo serão descritas de seguida.
Figura 2.9: Ciclo PDCA
(fonte: Franz et al, 2006)
2.4.4.1- Identificação do problema
Na fase de identificação, é feita a escolha do problema com base em diretrizes gerais da área
de trabalho. Entende-se por problema nesta fase, os resultados indesejáveis de uma atividade.
37
Após identificado o problema, deve-se recolher toda a informação que complemente o
historial do mesmo, de modo a identificar-se com que frequência e por que motivo o
problema ocorreu. Os custos associados ao problema, bem como os benefícios financeiros
provenientes da solução, devem ser previstos.
Deve-se nomear a estrutura humana responsável pelo projeto, assim como prazos limite para
a conclusão do mesmo.
2.4.4.2- Fase Observação
Na fase observação, é espetável que se identifiquem as características do problema. Após a
recolha minuciosa de dados na fase anterior, e recorrendo a gráficos de Pareto, deve-se
estratificar o problema quanto as suas características. A ferramenta 5W1H, é útil nesta fase,
nomeadamente na distribuição de tarefas para a recolha de dados.
No fim desta fase, deve-se elaborar um cronograma das atividades de melhoria, definir-se
metas a atingir, e estimar-se os custos do projeto.
2.4.4.3- Fase Análise
Nesta fase, levanta-se possíveis causas do problema. A pergunta chave nesta fase é “porquê
ocorre o problema”.
Recorre-se ao Brainstorming para sugestão de possíveis causas e ao Diagrama Causa Efeito.
As causas identificadas como mais prováveis, devem ser analisadas novamente. Para esta
análise, os gráficos de Pareto e Histogramas são ferramentas úteis.
No fim desta fase é espetável que se chegue a confirmação das causas mais prováveis, as
quais deverão apresentar evidências técnicas de que podem ser eliminadas e que não se
repercutirão.
2.4.4.4- Fase Plano de Ação
Na fase Plano de Ação, são planeadas as ações para a eliminação das causas fundamentais do
problema, assim como a estratégia de ação para as realizar. Deve-se no entanto eliminar as
38
causas do problema e não os efeitos e é importante que se averigúe se as ações propostas não
irão produzir efeitos secundários.
A ferramenta 5W1H é útil para este processo. No fim desta fase deve-se fazer uma revisão do
cronograma.
2.4.4.5 Fase Ação
O plano de ação deve ser transmitido e comunicado a toda massa laboral envolvida no
projeto de melhoria. A informação relativa a tarefa que cada um irá realizar e porque motivo
irá faze-lo deve ser transmitida de forma clara, e é necessário que se certifique que todos
entendem e concordam com as medidas propostas pelo plano de ação.
Por fim deve-se realizar as ações planeadas, e as mesmas devem ser verificadas de modo a
certificar-se a correta execução das mesmas.
Deve-se registar todos os resultados obtidos, sejam bons ou maus.
2.4.4.6- Fase Verificação
Na fase verificação, é avaliada a eficiência e a eficácia da implementação da solução.
Recomenda-se nesta fase do ciclo que os resultados sejam avaliados numa perspectiva
financeira.
Deve-se proceder ao registo e documentação de quaisquer efeitos secundários detectados.
Para esta avaliação, pode-se recorrer aos gráficos de Pareto, Cartas de Controle, e
Histogramas.
Caso se verifique a eliminação das causas do problema passa-se a fase Padronização, caso
contrário, deve-se recomeçar o método a partir da fase Observação.
2.4.4.7- Fase Padronização
Deve-se nesta fase certificar-se que o problema identificado não reaparecerá, e de seguida
deve-se prosseguir com a preparação, divulgação, implementação e acompanhamento dos
procedimentos provenientes dos resultados obtidos.
A criatividade na criação de dispositivos que evitem o reaparecimento dos problemas é
essencial.
39
Uma vez padronizada a solução, esta deve ser monitorizada e verificada periodicamente.
2.4.4.8- Fase Conclusão
Esta fase consiste na observação e planeamento da solução dos problemas remanescentes.
Por fim é importante que se reflita sobre a eficiência e eficácia da solução.
A fase conclusão é de extrema importância para que se aprenda com os erros cometidos, e se
aplique este conhecimento na aplicação do PDCA em projetos futuros.
2.4.4.9- Relação entre a metodologia DMAIC e PDCA
A grande ênfase dada ao planeamento dos projetos antes da execução de qualquer ação,
difere o DMAIC do PDCA.
A fase Define do DMAIC é equivalente a fase Identificação do problema no PDCA, uma vez
que ambas as fases dedicam-se a identificação dos problemas críticos.
A fase Measure do DMAIC é semelhante a fase Obervação do PDCA, dado que nas duas
fases perspectiva-se definir os CTQ´s.
Contudo, no DMAIC a fase Analyse também deve ser usada como meio de chegar aos CTQ´s
do processo que precisam ser trabalhados na fase Improve do DMAIC. Isso faz com que as
fases Measure e Analise do DMAIC se confundam com os passos de Observação e Análise
do PDCA.
A fase Improve do DMAIC tem implicito a utilização de ferramentas estatísticas e da
qualidade que sustentem as melhorias, o que difere do PDCA que não contempla qualquer
atividade de verificação e análise nas fases Plano de Ação e Ação.
A fase Control do DMAIC, contempla atividades de verificação da eficiência e eficácia das
melhorias implementadas, e caso não se prove ou garanta a eficiência e eficácia, deve-se
retomar a fase Measure e as seguintes. Diferentemente, no PDCA, sempre que não se prove a
eficiência e eficácia da solução, deve-se retomar a todas as fases anteriores. Uma relação
entre o PDCA e o DMAIC é apresentada na Figura 2.10.
40
Figura 2.10: Relação DMAIC e PDCA
(fonte: Franz et al, 2006)
2.5- Seis Sigma como Sistema Alargado
Dentro no panorama atual, as Organizações por todo o mundo, esforçam-se cada vez mais
para adoptar sistemas internos de gestão e estratégias de melhoria. Desta forma, poderão
melhorar os seus resultados operacionais e tornarem-se competitivas a nível global. Neste
contexto o Seis Sigma integrado ou não com o ISO 9001 sistemas de gestão da qualidade, são
abordagens conhecidas e populares. Embora os seus âmbitos divirjam, há potenciais sinergias
benéficas (Figura 2.11), que as empresas podem tirar vantagem articulando as duas
abordagens.
A abordagem do ISO 9001 sistemas de gestão da qualidade, baseia-se numa análise por
processos, com grande enfoque nas características críticas para o cliente, onde todos os
requisitos legais e regulamentares, devem ser identificados, e monitorizados de maneira a
garantir melhoria contínua ao longo do tempo.
O Seis Sigma, é também uma abordagem por processos, visando melhorar os resultados
operacionais, através da melhoria do desempenho de um processo criteriosamente
selecionado, e é conduzido projeto a projeto.
41
Por vezes, as duas abordagens coexistem, e sendo assim a articulação entre ambas, poderá
assumir grande relevância na melhoria de processos.
O Seis Sigma como sistema alargado, aplica-se essencialmente aos processos-chave das
organizações, críticos a execução da estratégia. Mais do que uma iniciativa de melhoria de
qualidade, é uma filosofia de excelência que abrange todas as vertentes do negócio.
Figura 2.11: Integração com ISO 9001
(fonte: Marques, 2011)
2.5.1- Estrutura Humana do Seis Sigma
Conforme referido anteriormente, a implementação da metodologia Seis Sigma, é levada a
cabo por uma estrutura humana disciplinada e devidamente qualificada para solucionar
diversos problemas e ir ao encontro dos objectivos das organizações, bem como levar a
filosofia Seis Sigma a todos os níveis da organização, criando uma visão partilhada.
Esta estrutura é caracterizada pela função e responsabilidade inerente a cada função, e
encontra-se de seguida descrita:
42
2.5.1.1- Champion
Os Champions no sistema Seis Sigma, são indivíduos de nível hierárquico elevado na
organização, que entendem a ferramenta e estão comprometidos com o seu sucesso. Em
organizações maiores, o Seis Sigma, será liderado em tempo integral por um Champion que
seja, por exemplo, o vice-presidente executivo.
Em todas as empresas, os patrocinadores podem ser líderes informais que utilizam o Seis
Sigma em seu trabalho diário e comunicam suas mensagens em todas as oportunidades. Os
patrocinadores são donos dos processos e sistemas que ajudam a iniciar e coordenar as
atividades de melhoria Seis Sigma nas áreas pelas quais são responsáveis.
2.5.1.2- Master Black – Belt
Este é o mais alto nível de domínio técnico e organizacional. Os Master Black-Belts são a
liderança técnica do programa Seis Sigma. Logo, precisam estar acima do nível do
conhecimento dos Black-Belts. Devem entender a teoria matemática na qual os métodos
estatísticos se baseiam. Os Master Black-Belts têm de ser capazes de prestar assistência aos
Black-Belts na aplicação correta dos métodos em situações inusitadas. E, dada a natureza de
suas obrigações, suas habilidades de comunicação e ensino são tão importantes quanto sua
competência técnica. Sempre que possível, a preparação estatística deve ser conduzida
somente por Master Black-Belts.
De outra forma, o familiar fenómeno de ”propagação de erros” pode ocorrer ou
seja, Black-Belts passam adiante os erros aos Green-Belts, que por sua vez, passam adiante
erros ainda piores aos integrantes das equipas. Caso seja necessário que Black-Belts e GreenBelts ministrem a preparação, somente o devem fazer sob a supervisão e orientação de
Master Black-Belts.
2.5.1.3- Black – Belt
Os candidatos ao status de Black-Belt são indivíduos com orientação técnica e muito
estimados por seus companheiros. Devem estar ativamente envolvidos no processo de
desenvolvimento e mudança organizacional. Podem provir de vasta gama de disciplinas e não
precisam ter sido treinados formalmente como estatísticos ou engenheiros. Contudo, como
terão de dominar uma grande variedade de ferramentas e técnicas em curto prazo, os
43
candidatos a Black-Belt provavelmente precisarão ter uma bagagem anterior que inclua
matemática e uma base de análise quantitativa.
Como parte da preparação, os Black-Belts recebem 160 horas de instrução em sala de aula,
além de treino individual nos projetos ministrados por Master Black-Belts ou consultores.
Os candidatos a Black-Belt devem:

Sentir-se à vontade com computadores;

Conhecer um ou mais sistemas operacionais, programas de gestão de bancos de
dados, programas de apresentação e processadores de texto;

Já ter estudado algum dia métodos estatístico;

Saber utilizar um ou mais pacotes de software de análise estatística.
Os Black-Belts buscam extrair conhecimento aplicável do sistema de armazenamento de
informações da empresa.
Para garantir acesso às informações necessárias, as atividades Seis Sigma devem, estar
integradas nos sistemas de informática da organização. Obviamente, as habilidades e a
preparação dos Black-Belts têm de ser viabilizadas por investimentos em software e
hardware.
2.5.1.4- Green – Belt
Estes são os líderes de Projetos Seis Sigma capazes de formar e facilitar equipas Seis Sigma e
de gerar os Projetos Seis Sigma desde a concepção até a conclusão.
Os Green-Belts passam por cinco dias de preparação em sala de aula, numa programação
conduzida em conjunto com os Projectos Seis Sigma e que engloba a concepção de projetos,
Ferramentas da Qualidade, solução de problemas e análise descritiva de dados. Os
Champions Seis Sigma devem estar presentes na preparação dos Green-Belts. Em geral, os
Black-Belts ajudam os Green-Belts a definir seus projetos antes, participam na preparação
com os segundos e prestam-lhes assistência em seus projetos posteriores.
44
Quadro 2.9: Resumo das responsabilidades da estrutura humana
Função
Responsabilidades
 Criar a visão
 Aprovar e gerir os recursos
Champion
 Remover as barreiras
 Gerir os projetos através de várias unidades de negócio
 Assistência ao Champion
 Ensinar as ferramentas e a metodologia
Master
 Formar e dar suporte aos Black Belts
Black Belt
 Rever o estado dos projetos
 Desenvolver planos de atividade
(continuação) Quadro 2.9: Resumo das responsabilidades da estrutura humana
 Dedicado a 100% à função
 Liderar projetos
 Treinar equipas
Black Belt
 Formar e dar suporte aos Green Belts
 Aplicar a metodologia
 Promover a conclusão dos projetos
 Identificar novos projetos
 Desenvolvimento de projetos (tipicamente com dedicação de 10 a
30%)
Green Belt
 Apoio aos Black Belts
2.6- Revisão Histórica do Processo Tecnológico de Soldadura
2.6.1- Desde quando existe a soldadura?
Apesar do aparente aspecto moderno, existem fortes indícios de que há cerca de quatro mil e
oitocentos anos, nos vales dos rios Nilo e Tigre – Eufrates, já se praticava união de materiais,
principalmente por Brasagem e Fase Sólida (Machado, 1996).
Da Idade do Bronze, pode-se observar no Nacional Museum of Ireland (Dublin), pequenas
caixas circulares de ouro, cujas juntas foram realizadas por pressão (Estado Sólido).
No British Museum, em Londres, estão expostas diversas peças em ouro, unidas por
Brasagem, além de ferramentas de ferro com juntas provavelmente forjadas, produzidas por
egípcios e povos do Mediterrâneo (Machado, 1996).
45
O Pilar de Ferro de Delhi (Índia), é mais um exemplo de uma estrutura que merece particular
atenção, pois foi construída com diversas partes soldadas. Caracteriza-se por dimensões
aproximadas de 8 m de altura, 400 mm de diâmetro na base e 300mm de diâmetro no topo, e
peso total de 5500 Kg.
Contudo, apesar destes registos históricos, a união de materiais, tal como hoje é concebido,
desenvolveu- se apenas em finais do século XIX (Quadro 2.10 e Figura 2.15), e ganhou
impulso nos últimos 60 anos.
A definição do termo Soldadura (Figura 2.12), tem sofrido alterações ao longo do tempo,
devido entre outros factores, ao surgimento de novos materiais e desenvolvimentos
científicos e tecnológicos em diversas áreas do conhecimento.
A Sociedade Americana de Soldadura (AWS) – American Welding Society, em 1958, definia
soldadura, como sendo “uma coalescência localizada de metal, onde coalescência é produzida
pelo aquecimento à temperaturas convenientes, com ou sem aplicação de pressão e com ou
sem a aplicação de metal de adição. O metal de adição, ou possui ponto de fusão
aproximadamente igual aos metais base, ou possui ponto de fusão abaixo daquele dos metais
mas acima de 800 F”. (citado em Welding Handbook-AWS, 1958 por Machado (1996))
Em 1987, a 8ª edição do Welding Handbook, da mesma instituição (AWS), definia
soldadura, como sendo “uma coalescência localizada de metais, ou não metais, produzida ou
pelo aquecimento dos materiais até a temperatura de soldadura, com ou sem aplicação de
pressão, ou pela aplicação apenas de pressão, com ou sem aplicação de metal de adição”.
(citado em Welding Handbok-AWS,1987, por Machado (1996))
Como de observa, as definições supra citadas, possuem pelo menos duas importantes
diferenças, nomeadamente: A primeira definição, refere-se apenas a coalescência do metal, e
define condições de ponto de fusão para o metal de adição. A segunda, menciona metais ou
não metais, ou seja abrange todos os materiais e não faz referencia as propriedades do metal
de adição.
Desta forma, é importante entender que a união de metais assim como outras tecnologias de
áreas distintas, são dinâmicas e dependem muito de fenómenos correlacionados tais como
calor, eletricidade, luz, magnetismo, som, bem como o desenvolvimento de novos materiais,
física, química, electrónica e outras áreas.
46
Figura 2.12: Cordão de soldadura
Os métodos de união ou ligação de materiais, dividem-se em três grupos distintos , conforme
a Figura 2.13.
Figura 2.13: Processos de união ou ligação de materiais
(fonte: Fernandes, 2010)
A Figura 2.14, ilustra os processos de soldadura, consoante a classe a que pertencem.
47
Figura 2.14: Processos de soldadura por fusão
(fonte: ANSI/AWS A3.0-94)
48
Quadro: 2.10- Desenvolvimentos Durante e Após a Revolução Industrial
(adaptado de: Machado, 1996)
Século
Ano
1801
XIX
1885
1900
1903
1910
Período
da Iª
Guerra
Mundial
1925
1930
XX
1940
1941
1948
1953
1954
Acontecimento
Humphry (Inglaterra) descobriu o gás Acetileno. Além disso, e
utilizando uma bateria, produziu um Arco Eléctrico entre dois elétrodos
de carvão, ao qual caracterizou “chama voltaica”.
Elihu Thompson (Inglaterra) realizou soldaduras por Resistência
Eléctrica.
A.P. Strohmenger (Inglaterra) introduziu um arame (alma do elétrodo)
revestido com uma fina camada de argila, para melhorar a estabilidade
do arco elétrico.
Hans Goldschmidt (Alemanha) inventou a soldadura por Aluminotermia.
Oscar Kjellberg (Suécia) obteve patente para Elétrodos Revestidos
(desenvolvidos em 1907), os quais produzidos através de repetida
imersão e secagem da alma num denso banho de minerais.
A soldadura sofreu grande impulso. O primeiro navio completamente
soldado é fabricado em Inglaterra (HMS Fulagar). A soldadura por Arco
Eléctrico com Elétrodo Revestido estava estabelecida, bem como com
Oxigás e Oxicorte.
Por volta de 1925: Foi desenvolvida a Soldadura por Faíscamento
(E.U.A.), mais conhecida por Flash Welding.
B.S. Robiniff et al. (E.U.A.) patentearam o processo por Arco
Submerso, o qual popularizou-se por volta de 1935. John D. Creeca e
S.S. Scott (E.U.A.) desenvolveram a Soldadura de Pernos (patente
concedida em 1936).
Período da IIª guerra Mundial (1939 a 1945): as técnicas de união de
materiais sofrerem grande evolução.
Robert K. Hopkins (E.U.A.) desenvolveu e patenteou o processo
Eletroescória, o qual a sua utilização, só foi possível após as
contribuições realizadas pelos investigadores do Instituto de Soldadura
Elétrica Paton (Ucrânia). Foi apresentado na Feira Mundial de Bruxelas
em 1958.
Russel Meredith e V.H. Pauleka (E.U.A.) desenvolveram a Soldadura
TIG (patenteada em 1942), sendo o processo inicialmente denominado
Heliarc, pois utilizava Hélio como gás de proteção. As primeiras
aplicações foram somente para Magnésio e suas ligas.
A. Muller et al. (E.U.A.) desenvolveram no Battele Momorial Institute a
Soldadura MIG (Metal Inert Gas) utilizando Hélio como gás de
proteção. Este processo foi patenteado em 1950 pela Air Reduction Co..
As aplicações iniciais deram-se para Alumínio e suas ligas.
K.V. lyubavskii e N.M. Novoshilov (antiga U.R.S.S.) desenvolveram a
Soldadura MAG apenas com gases oxidantes, nomeadamente Dióxido
de Carbono.
Arthur A. Bernard (E.U.A.) desenvolveu o processo Eléctrodo Tubular
ou Arame Tubular com proteção gasosa (Dualshield), patenteado em
1957.
49
(continuação): Quadro: 2.10- Desenvolvimentos Durante e Após a Revolução Industrial
(adaptado de:Machado, 1996)
Século
Ano
1957
XX
1959
1961
1966
Acontecimento
Robert M. Gage (E.U.A.) desenvolveu e patenteou o processo de
Soldadura Plasma. J.A. Stohr tornou público o processo de Soldadura
por Feixe de Electrões, o qual teria sido desenvolvido alguns anos antes
em França e Alemanha. Ainda dentro desta época, foi desenvolvido a
Soldadura por Fricção. A Soldadura MIG/MAG por curto-circuito foi
desenvolvido simultaneamente nos E.U.A., Inglaterra e antiga U.R.S.S.
George G. Landis e D.M. Patton (E.U.A.) desenvolveram o processo
Elétrodo Tubular Auto-protegido (Innershield).
Wolgang Krieweth e Klaus Dohm (Bélgica) desenvolveram o processo
Electrogás, patenteado em 1962 pela Arcos da Bélgica. Théodore H.
Maiman (E.U.A.) desenvolveu o primeiro equipamento LASER.
Foi desenvolvido o processo de Soldadura LASER.
Figura 2.15: Evolução histórica dos processos de soldadura
(fonte: Fernandes, 2010)
50
2.6.2- Fenómeno Físico
2.6.2.1- Soldadura de Metais
Soldadura de metais, é a uma operação de união de metais, por meio de calor ou pressão, ou
então ambos, de tal forma que haja continuidade na natureza dos metais que se unem.
(ISOFDIS_857-1:1998)
2.6.2.2- Arco Eléctrico
Define-se por descarga eléctrica estável, sob baixos níveis de queda de tensão total entre um
Cátodo e um Ânodo (eléctrodos), no seio de um Meio (Figura 2.14) Plasmogénico (gás
ionizado que funciona como condutor do arco eléctrico), caracterizado por um determinado
Potencial de Ionização e Condutividade Térmica, e uma queda de tensão catódica, inferior à
produzida numa descarga luminescente, da ordem do potencial de excitação do vapor do
eléctrodo, e no qual os fluxos de corrente máximo e mínimo ficam limitados em função do
material e geometria dos eléctrodos. (Vilaça, 2010)
Figura 2.16: Arco eléctrico
(fonte: Fernandes, 2010)
51
2.7- Processo de Soldadura TIG
2.7.1- Descrição
O processo de soldadura Tungsten Inert Gas (Figura 2.17), também conhecido pelas
seguintes abreviaturas TIG (Portugal/U.E.), GTAW(E.U.A.), WIG (Alemanha), 141 (EN ISO
4063) é um processo de soldadura por fusão à arco eléctrico, onde este é estabelecido entre
um eléctrodo de Tungsténio puro não consumível ou composto por outros metais e óxidos e a
peça à soldar.
O cordão de soldadura é obtido apenas, através do material base, ou através da utilização de
uma vareta e fusão do material base.
A proteção gasosa do elétrodo, banho em fusão, das gotas e durante a fase de solidificação do
cordão é obtida através da utilização de um gás de proteção do tipo Inerte (Árgon ou Hélio).
Para algumas aplicações mais especificas, podem também ser utilizadas misturas destes
mesmos gases com adições de Hidrogénio e Azoto, embora este último precipite a
deterioração do eléctrodo.
Apesar do conceito deste processo ser antigo (foram realizadas várias tentativas em 1919)
(Machado, 1996), o mesmo desenvolveu-se por volta de 1940 nos Estados Unidos da
América em plena 2ª Guerra Mundial, quando houve necessidade de realizar-se soldaduras de
alta qualidade em ligas de Alumínio, Aço Inoxidável e Magnésio. Inicialmente o elétrodo
utilizado era de carvão e operava em corrente contínua polaridade positiva (CCEP), sendo
que ocorria sobreaquecimento da tocha e o gás de proteção era relativamente impuro.
Após resolvidas as dificuldades iniciais, o TIG foi estabelecido como processo geralmente
utilizado para soldadura de juntas com espessuras compreendidas entre 0,2 à 8 mm, sobre
materiais tais como aços inoxidáveis e refractários, alumínio, cobre, magnésio, níquel e suas
ligas, e uma excelente opção para titânio e zircónio. A gama de espessuras é limitada, devido
a baixa taxa de depósito do material que varia entre 0.2kg/h à 2kg/h quando são aplicados
variantes do processo, que permitam aumentar estas taxas de depósito. Para construções de
elevada exigência, onde requisitos de estanqueidade, baixo hidrogénio são exigidos, juntas de
grande espessura podem ser soldadas completamente, ou apenas o passe de raiz pode ser
realizado por TIG.
52
Figura 2.17: Processo de Soldadura TIG
2.7.2- Aplicações

Estruturas metálicas

Reservatórios de pressão

Tubagens

Cascas

Equipamentos rodoviários, ferroviários, agrícolas

Indústria química, petroquímica, de refinação e construção naval, etc.
2.7.3- Parâmetros de Soldadura

Intensidade de soldadura

Tensão do Arco Eléctrico

Velocidade de soldadura

Tipo de eléctrodo, e seu diâmetro

Tipo e caudal de gás de proteção

Tipo de corrente/Polaridade
53
2.8- Cobre e Suas Ligas
2.8.1- Descrição
De acordo com a norma Portuguesa NP 371, designa-se por cobre o produto metalúrgico
constituído por este metal. O cobre é dos raros metais que se encontra no estado livre na
natureza.
Cobre e Ligas de Cobre, oferecem uma combinação única de propriedades do material
(Quadro 2.11) , que o tornam preferível para diversas aplicações industriais. São amplamente
utilizados devido as suas excelentes condutividades eléctricas e térmicas, excelente
resistência a corrosão e boa resistência mecânica. A resistência ao faíscamento, resistência ao
desgaste metal-metal, baixa permeabilidade e a sua coloração, são também características
úteis destes materiais. Na sua forma mais pura, o cobre tem estrutura cristalina Cúbica de
Faces Centradas (CFC), e densidade de 8930 kg.m-3, que é cerca de três vezes superior a
densidade do alumínio. A sua condutividade eléctrica e térmica, é cerca de 50% superior a do
alumínio e ligeiramente inferior a da prata. Estas características beneficiam o cobre em
aplicações de condutores eléctricos e fabricação de componentes eléctricos.
A condutividade elétrica padrão de referência dos materiais de engenharia é a do cobre com
uma classificação de 100% IACS- International Annealed Copper Standard. Todos os outros
materiais são comparados numa base de condutividade com a norma IACS. Processamentos
especiais de fabrico de cobre podem produzir algumas formas que atinjam 102% IACS.
A sua excelente resistência a água doce, água salgada, e as soluções alcalinas tornam as ligas
de cobre ideais para fabricação de acessórios de tubos, válvulas, permutadores de calor,
equipamentos de aplicação na indústria química, alimentar, entre outros. O cobre reage com
enxofre e compostos de amoníaco. Soluções de hidróxido de amónio atacam rapidamente o
cobre e suas ligas, causando corrosão severa.
54
Quadro 2.11: Propriedades do Cobre
Massa atómica
Massa volúmica
63,57
8930 kg.m-3
Estrutura cristalina
CFC, parâmetro da rede:
a=0,36 nm a 20 0C
230 0C
1083 0C
Temperatura de recristalização
Ponto de fusão
Ponto de ebulição
Coeficiente de dilatação linear
Condutividade eléctrica (20 0C)
Condutividade térmica
2360 0C
17 x 10-6 0C-1
60 m.Ω-1.mm-2
0,94 cal.cm-1.s-1.0C-1
Em produção, o método de união largamente utilizado para o cobre é a soldadura a arco,
nomeadamente TIG, MIG e PAW embora estes processos sejam uma preocupação
primordial. O processo de soldadura utilizado neste caso de estudo é o processo TIG que já
foi anteriormente descrito.
2.8.2- Características Mecânicas
As propriedades mecânicas do cobre favorecem quer a enformação a quente (forjagem,
laminagem) quer a enformação a frio (trefilagem, laminagem). Todavia, como o metal é
muito dúctil, a sua maquinabilidade é fraca. Com efeito, o cobre é dúctil e maleável a frio, de
acordo com a sua estrutura cristalina. Por deformação a frio endurece facilmente e tanto mais
quanto maior for a deformação. Para prolongamento do trabalho é, no entanto, conveniente
efetuar um recozimento para ir eliminando o endurecimento obtido. Este recozimento pode
evitar-se se o trabalho for efetuado a quente. A maior parte das suas utilizações requer
deformação a frio.
Visto que, exceção feita ao módulo de elasticidade (12400 daN.mm-2), as características
mecânicas dependem principalmente da estrutura, o Quadro 2.11 indica valores consoante o
estado em que o metal se encontra.
Os valores da dureza e da resistência à tração são bastante diferenciados entre as
temperaturas baixas e as temperaturas elevadas, diminuindo o limite de elasticidade muito
rapidamente acima de 200 0C.
55
2.8.3- Propriedades Químicas
O cobre puro apresenta muito boa resistência à corrosão. Tem um potencial de dissolução
cujo valor se situa entre os metais nobres e os metais facilmente atacáveis mas não se
passiva, e as películas formadas pelos produtos de corrosão são pouco resistentes, não dando
qualquer proteção. Assim, o cobre não se altera ao ar seco mas reveste-se de uma camada
verde-acinzentada no ar húmido sobretudo em presença de dióxido de enxofre (SO2) e de
ácido sulfúrico (SH2). Resiste muito bem à água do mar, sofrendo ataque uniforme de cerca
de 1 m/ano, excepto no caso em que há correntes rápidas que vão destruindo os produtos de
corrosão formados, ocorrendo então erosões internas nas paredes das tubagens.
2.8.4- Metalurgia do Cobre e suas Ligas
O cobre forma ligas, com vários metais comuns, tais como alumínio, níquel, zinco, silício,
estanho. Estas ligas podem ser binárias, ternárias, ou ligas especiais, dependendo dos teores
de cada elemento incorporado na matriz. Alguns elementos de liga e metais, são adicionados
em quantidades pequenas, com o objectivo de melhorar certas propriedades mecânicas, tais
como resistência a corrosão, e maquinabilidade.
Cobre e suas ligas dividem-se em nove grupos distintos, nomeadamente:

Cobre, que contém um mínimo de 99,3% Cu

Cobre de alta liga, que contém até 5% de elementos de liga

Ligas de Cobre-Zinco (Latão), que contém até 40% Zn

Ligas de Cobre-Estanho ( Bronze de Estanho e Bronze de Fósforo), que contém até
10% Sn e 0,2% P

Ligas de Cobre-Alumínio (Bronze de Alumínio), que contém até 10% Al

Ligas de Cobre-Silício (Bronze de Silício), que contém até 3% Si

Ligas de Cobre-Níquel, que contém até 30% Ni

Ligas de Cobre-Zinco-Níquel (Prata Alemã), que contém até 27% Zn e 18% Ni

Ligas especiais
Várias ligas de cobre têm designações semelhantes, como por exemplo, cobre livre de
oxigénio (mínimo 99,95% Cu), cobre-berílio (0,2% à 2,0% Be), cobre-zinco (Cu-40Zn),
entre outras. O sistema padronizado UNS- Unified Numbering System, classifica as ligas de
cobre forjado, numericamente por 1xxxx à 7xxxx e as ligas fundidas, por 8xxxx à 9xxxx.
56
Esta classificação, permite distinguir se a mesma liga foi produzida por forjamento ou por
fundição.
O Quadro 2.12, lista algumas ligas de cobre que são frequentemente utilizadas em soldadura
a arco eléctrico e os respectivo número UNS bem como as propriedades físicas. Estas ligas
pertencem
aos grupos OFC- Oxigen Free Copper ( Cobre livre de Oxigénio), ETP-
Electrolytic Tough Pitch (Cobre Electrolítico) e DC- Deoxidized Coppers (Cobre
Disoxidado).
A liga de interesse nesta aplicação prática, é a liga C11000 cobre ETP.
Quadro 2.12: Composições Nominais, Pontos de Fusão, Condutividade Térmica Relativa
Soldadabilidade.
(adaptado de: ASM Metals Handbook)
UNS Nº
Liga
Composição
Nominal %
C10200
C11000
OFC
ETP
C12000
PDC, L-P
C12200
PDC, H-P
99,95 Cu
99,90 Cu
0,04 O2
99,9 Cu
0,008P
99,9 Cu 0,02
P
Ponto
de
Fusão
°C
1083
1083
Condutividade Soldabilidade (A)
Térmica
TIG
MIG SMAW
Reativa
100
100
B
S
B
S
NR
NR
1083
99
E
E
NR
1083
87
E
E
NR
(A) E: Excelente, B: Bom, S: Suficiente, NR: Não Recomendado
Os elementos de liga, têm efeitos pronunciados na soldabilidade do cobre e suas ligas.
Pequenas quantidades de elementos tóxicos voláteis, também se encontram no cobre e suas
ligas. Como resultado, há maior exigência em sistemas de ventilação adequados, para a
proteção dos soldadores e operadores de soldadura, na soldadura do cobre, comparativamente
à soldadura de metais ferrosos.
De seguida, são descritos de i à iv sucintamente o efeitos dos vários elementos de liga
presentes na ligas de cobre.
i.
Zinco (Zn). Reduz a soldabilidade de todas as ligas Cobre-Zinco (Latão), a medida
que o teor deste aumenta na liga. Dado o baixo ponto de fusão, este elemento
57
volatiliza-se facilmente durante a soldadura destas ligas, produzindo gases e fumos
tóxicos. É por isso obrigatório, sistemas de captação de fumos e ventilação forçada
eficaz.
ii. Nitreto de Titanio (TiN). Quando presente em quantidades entre 1 a 10%, aumenta
a susceptibilidade de fissuração a quente. Estas ligas são normalmente os Bronzes de
Fósforo e Bronzes de Estanho. O Estanho (SN), quando comparado com o zinco, é
muito menos volátil e tóxico. Contudo, durante a soldadura, o TiN pode oxidar
preferencialmente em relação ao cobre. Como consequência, haverá uma
concentração de óxidos no cordão, que irão reduzir a residência da junta.
iii. Berílio (Be), Alumínio (Al) e Níquel (Ni). Formam óxidos que devem ser
removidos antes da operação de soldadura. A formação destes óxidos durante a
operação de soldadura deve ser evitada através da utilização de gases de proteção ou
por fluxos, e pela escolha apropriada do tipo de corrente de soldadura bem como a
polaridade.
Os óxidos de Níquel, comparativamente aos óxidos de berílio e
alumínio, interferem em menor quantidade com o arco eléctrico. Consequentemente,
os Cobre-Níquel e Cobre-Níquel-Zinco, são menos sensíveis ao tipo de corrente de
soldadura utilizado durante a operação. O Berílio presente nas ligas, produz gases e
fumos tóxicos durante a soldadura, pelo que sistemas adequados de ventilação e
captação de fumos devem ser aplicados. Berílio contendo ligas também produzem
gases tóxicos durante a soldagem.
iv. Silício (Si). Tem efeito benéfico na soldabilidade das ligas Cobre-Silício, devido ao
seu poder desoxidante e boa molhagem. O efeito combinado do poder desoxidante,
boa molhagem e baixa condutividade térmica, tornam esta liga soldável por todos
processos a arco eléctrico.
v. Fósforo (P). Tem efeito benéfico para determinadas ligas de cobre, na medida que
tem efeito desoxidante, e permite aumento da resistência mecânica, dentro de
determinados teores. Em quantidade superiores o fósforo poderá ter efeito contrário
ao pretendido. Quando adicionado às ligas Cobre-Zinco, o fósforo, inibe a corrosão
por deszincagem.
vi. Crómio (Cr). Tal como o berílio e alumínio, pode formar óxidos refractários na
superfície do banho de fusão. Deve-se estabelecer o arco eléctrico, sob uma
atmosfera inerte, de modo a prevenir a formação destes óxidos.
58
vii. Cádmio (Cd). Não tem efeitos graves na soldabilidade do cobre. No entanto, a sua
baixa temperatura de fusão, resulta na volatilização desta liga a temperaturas de
soldadura, criando assim um perigo potencial para a saúde. O cádmio poderá reagir e
criar óxidos no banho em fusão, mas que podem ser reduzidos com a devida
proteção, gasosa ou por fluxos.
viii. Oxigénio (O). Pode criar porosidade e reduzir a resistência das juntas, em
determinadas ligas que não contém quantidade suficiente de fósforo ou outros
desoxidantes.
O Oxigénio pode causar porosidade e reduzir a força de soldaduras feita em certas
ligas de cobre que não contêm suficiente quantidade de fósforo ou outros
desoxidantes. Este elemento, pode ser encontrado como gás livre ou como óxido
cuproso. Normalmente, ligas de cobre soldáveis e metais de adição, contém
elementos desoxidantes - geralmente fósforo, silício, alumínio, ferro, ou manganês,
que combinados com o oxigénio presente, irão reduzir/eliminar o aparecimento de
porosidade. A solidificação e a resistência das juntas dependem do teor de óxido
cuproso, na medida em que quanto este diminui, melhora a solidificação e a
resistência da junta. Cobres desoxidado potenciam melhores resultados, na medida
em que se reduz a susceptibilidade de aparecimento de óxido cuproso, e contém
quantidades residuais de fósforo.
ix. Ferro (Fe) e o Manganês (Mn). Não afectam significativamente a soldabilidade das
ligas que os contém como elementos de liga. O ferro é tipicamente presente
em alguns latões especiais, bronzes de alumínio e ligas cobre-níquel l em quantidades
de 1,4 a 3,5%. O manganês é normalmente adicionado a estas ligas, mas a
concentrações mais baixas que o ferro.
59
III. ENQUADRAMENTO DO CASO E APLICAÇÃO
3.1- Introdução
No presente capítulo, pretende-se enquadrar o caso de estudo, nomeadamente redução de
defeitos de soldadura aplicado à soldadura de cobre através do processo TIG, com base na
metodologia DMAIC (Define-Measure-Analyse-Improve-Control) anteriormente descrita.
O enquadramento do caso de estudo foi estabelecido entre a Faculdade de Engenharia da
Universidade Católica Portuguesa –FEUCP, o Instituto de Soldadura e Qualidade – ISQ, e
uma terceira entidade, cuja firma não pode ser revelada por motivos de confidencialidade.
O contributo do ISQ, foi fundamental para este trabalho, na medida em que esta entidade,
possui preciosa informação acerca dos processos de soldadura e respectivos defeitos.
A terceira entidade, projeta e fabrica equipamentos para a área de Energia, e possibilitou o
enquadramento deste caso de estudo, no âmbito dos seus processos de soldadura de cobre,
com base no processo TIG, conforme se pode ver na declaração de projeto no anexo A.
Pretende-se com este caso, identificar e classificar as imperfeições/descontinuidades ou
defeitos presentes na sua produção, bem como implementar medidas de melhoria, após
identificação das causas raiz de cada imperfeição/descontinuidade ou defeito.
Entende-se por Imperfeição/Descontinuidade, a “interrupção na estrutura típica do material,
tal como falta de homogeneidade nas suas características mecânicas, químicas ou
físicas.”(citado por Fernandes e Góis, 2007 ). Uma descontinuidade/imperfeição não é
necessariamente um defeito” (citado por Fernandes e Góis, 2007)
Entende-se por defeito como sendo “descontinuidade ou descontinuidades que pela sua
natureza ou efeito de acumulação torna um componente ou produto incapaz de cumprir os
requisitos mínimos dos critérios de aceitação das normas ou especificações ”( citado por
Fernandes e Góis, 2007).
60
De seguida, far-se-á apenas a apresentação do ISQ, devido aos motivos mencionados
anteriormente.
3.2- Apresentação do Instituto de Soldadura e Qualidade (ISQ)
O ISQ, é uma entidade privada e independente, constituída em 1965, oferecendo serviços nas
áreas de inspeção, formação e consultoria técnica apoiados em atividades de investigação e
desenvolvimento e laboratórios acreditados.
Inicialmente, estava vocacionada para o sector de construção soldada, à época uma
tecnologia inovadora e crucial para o desenvolvimento da Indústria portuguesa.
No início dos anos 80, o ISQ, diversificou a sua atividade para outros sectores como o
ambiente, a segurança, a metrologia, as inspeções de instalações e equipamentos eléctricos e
de construção, e os ensaios de segurança de bens e equipamentos, tendo sempre como
denominadores comuns a Qualidade e a Segurança.
Missão: Contribuir para a melhoria contínua da indústria e dos serviços portugueses com a
consequente projeção internacional, prestando ao Estado, Autarquias e às Empresas
colaboração ao nível da Transferência e Desenvolvimento de Tecnologia, Inovação de
Produtos e Processos, Estruturação de Processos de Gestão e Controlo da Qualidade,
Higiene e Segurança, Controlo Energético e Ambiental, e Valorização Sistemática dos
Recursos Humanos.
Sediado no Taguspark, o Parque de Ciência e Tecnologia localizado em Oeiras, a 20 Km de
Lisboa, o ISQ tem delegações e escritórios regionais no Norte (Vila Nova de Gaia), em
Braga, Castelo Branco, Loulé, Sines e Viseu, assim como uma parceria em Ponta Delgada.
No plano internacional, o ISQ mantém delegações e empresas associadas em mais de 20
países, permitindo desta forma, melhorar a atividade que tem desenvolvido em todo espaço
da União Europeia.
61
3.3- Caso de Estudo
3.3.1- Descrição
O objetivo do trabalho, é determinar e analisar os defeitos com maior ocorrência na
construção soldada, assim como as causas e efeitos, de modo a minimiza-los. Para tal, numa
primeira fase, determinar-se-á com base no Diagrama de Pareto, a frequência de ocorrência e
os tipos de defeitos mais significativos. Posteriormente, com base no Diagrama de Ishikawa,
determinar-se-ão todas as relações causa-efeito inerentes aos defeitos mais significativos,
anteriormente definidos.
A informação disponibilizada pelo ISQ, é vasta e encontra-se dispersa pelos vários sectores e
delegações da empresa. O previsto é reunir toda a informação e compilar de modo a que se
possa com base no ciclo DMAIC, efetuar um estudo Seis Sigma.
Depois de justificado o caso de estudo, com base em construção soldada em aço, prosseguirse-á ao enquadramento do caso de estudo na terceira entidade (ver 3.3.2). Conforme citado
anteriormente, esta entidade fabrica equipamento para a área de Energia. Como tal, dado as
suas propriedades mecânicas e eléctricas (ver 2.11), o cobre é o metal aplicado como
condutor nestes equipamentos. O processo pode ser visualizado no Anexo A e através da
Figura 3.1. De forma a garantir a resistência eléctrica especificada no projeto em cada bandabarra condutora, é importante que se garanta uma soldadura sã, em todas as ligações,
garantindo continuidade do material ao longo de todo o comprimento soldado entre bandabanda e banda-barra (Figura 3.2). Entende-se por banda ou chapa a forma como a produto se
apresenta, nomeadamente com espessuras compreendidas entre 0,3 mm à 1,8 mm , conforme
o projeto, e barra, uma porção de metal em forma de barra com as medidas definidas pelo
projeto.
62
Figura 3.1: Processos de Bobinagem BT (Baixa Tensão)
Figura 3.2: Exemplo de Ligação Soldada Banda-Barra
63
O primeiro objectivo, na fase Define, é rastrear todos os dados, os quais serão obtidos através
de especificações e relatórios e tratá-los de forma a que se possa prosseguir com as fases
Measure, Analyse, Improve e Control. Na fase Measure, far-se-á medição do processo, de
forma a calcular o Nível Sigma (Z), e prosseguir-se-á com as restantes fases, onde far-se-á
uma análise exaustiva de todas as causas inerentes aos defeitos, desenvolver-se-á medidas de
melhoria e controlo do processo de forma a minimizar ou eliminar as principais fontes de
defeitos.
3.3.2- Classificação e Agrupamento de Imperfeições
A classificação e agrupamento de imperfeições, será aqui descrito tendo por base a Norma
Internacional, EN ISO 6520-1:2007. Esta Norma tem como campo de aplicação, processos de
soldadura por fusão que não utilizem pressão. Define uma classificação e descrição das
imperfeições de soldadura dos processos por fusão. Agrupa as imperfeições em grupos
distintos, define alguns termos importantes, para cada tipo de imperfeições e faz uma
descrição sumária das mesmas.
As imperfeições, encontram-se agrupadas nesta norma da seguinte forma:

Fissuras;

Cavidades (Poros);

Inclusões Sólidas (metálicas e não metálicas);

Faltas de Fusão e de Penetração;

Forma e Dimensão;

Outras.
De seguida, far-se-á a descrição sucinta de cada grupo de imperfeições.
3.3.2.1- Fissuras
São definidas como descontinuidades do tipo fractura, caracterizada por uma extremidade
aguçada e uma elevada razão comprimento/largura para a deslocação da sua abertura. Podem
ocorrer na zona do metal depositado/fundido, zona termicamente afectada, e metal base
quando tensões localizadas excedem a tensão limite do material. A fissuração inicia-se com
frequência em concentrações de tensões causadas por outras descontinuidades ou perto de
entalhes mecânicos associados ao projeto do componente soldado. As tensões residuais
desenvolvem-se como resultado do constrangimento proveniente da junta de soldadura e da
64
contração térmica da soldadura após a solidificação. As fissuras relacionadas com a
soldadura são geralmente de natureza frágil, exibindo pouca deformação plástica nos limites
da fissura.
Uma fissura formada na primeira camada de uma soldadura e não completamente removida
antes da deposição da próxima camada tende a progredir para a camada acima e então
propagando-se a cada camada posterior até que finalmente, pode aparecer à superfície. A
extensão final para a superfície pode ocorrer durante o arrefecimento após a soldadura ter
sido completada.
3.3.2.1.1- Tipos de Fissuras
As fissuras podem na generalidade ser classificadas como provenientes de fissuração a
quente ou a frio. A fissuração a quente desenvolve-se durante a solidificação e como
resultado da insuficiente ductilidade a alta temperatura. A fissuração a quente propaga-se
entre grãos no metal depositado/fundido ou na interface de soldadura.
A fissuração a frio (ou por Hidrogénio) desenvolve-se após a solidificação estar completa.
Pode ocorrer quer na zona do metal depositado/fundido, zona termicamente afectada, ou zona
do meta base. Pode resultar de técnicas de soldadura impróprias ou de condições de serviço.
A fissuração a frio propaga-se tanto entre como através dos grãos.
3.3.2.1.2- Orientações das Fissuras
As fissuras podem ser descritas como longitudinais ou transversais, dependendo da sua
orientação. Quando a fissura é paralela ao eixo da soldadura é chamada de fissura
longitudinal independentemente de ser no centro do metal depositado/fundido ou na
concordância da zona termicamente afectada do metal base. As fissuras transversais são
perpendiculares a eixo da soldadura. Estas podem estar limitadas na dimensão e estar
completamente contidas dentro do metal depositado/fundido ou podem propagar-se do metal
depositado/fundido para a zona termicamente afectada adjacente e depois para o metal base.
Em alguns componentes soldados, as fissuras transversais podem-se formar na zona
termicamente afectada e não na soldadura.
65
3.3.2.1.3- Fissuras Longitudinais
As fissuras longitudinais em pequenas soldaduras entre secções elevadas são normalmente
resultado de taxas de arrefecimento elevadas e alto constrangimento. Em soldadura por arco
submerso são muito comuns e associadas com as altas velocidades de soldadura e podem
estar relacionadas com problemas de porosidade que não aparecem à superfície da soldadura.
3.3.2.1.4- Fissuras Transversais
São geralmente o resultado de tensões de contração longitudinais agindo em metais
depositados de baixa ductilidade. A fissuração por hidrogénio do metal depositado/fundido
pode ser orientada na direção transversal.
3.3.2.1.5- Fissuras de Cratera
Ocorrem na cratera de uma soldadura que é terminada impropriamente. São por vezes
referidas como fissuras estrela, no entanto podem ter outras configurações. As fissuras de
cratera são provenientes da fissuração a quente normalmente prolongadas com forma de uma
rede em estrela. As fissuras de cratera são normalmente encontradas em materiais com altos
coeficientes de expansão térmica, por exemplo aços inoxidáveis austeníticos e alumínio. No
entanto, a ocorrência de tais fissuras pode ser minimizada ou prevenida preenchendo a cratera
até uma forma levemente convexa antes de terminar o arco.
Estas fissuras são geralmente o resultado de tensões de contração térmica numa zona
termicamente afectada da soldadura. Algumas fissuras na concordância ocorrem devido a que
as propriedades de tração transversais do metal base não podem acomodar as tensões de
contração que são impostas pela soldadura.
3.3.2.1.6- Fissuras na Raiz
São fissuras longitudinais na raiz da soldadura ou na superfície da raiz. Podem ter origem na
fissuração a quente ou a frio.
66
3.3.2.1.7- Fissuras Abaixo da Soldadura e na Zona Termicamente Afectada (ZTA)
São geralmente provenientes da fissuração a frio na zona termicamente afectada do metal
base. São geralmente curtas, mas várias podem-se juntar para formar uma fissura continua.
As fissuras abaixo da soldadura podem tornar-se um grave problema quando três elementos
estão presentes, nomeadamente: Hidrogénio, uma microestrutura com uma ductilidade
relativamente baixa, e tensões residuais residuais altas. Fissuras abaixo da soldadura e na
zona termicamente afectada podem ser longitudinais e transversais. Podem ser encontradas
em intervalos regulares abaixo da soldadura e também nos limites exteriores na zona
termicamente afectada e também nos limites exteriores na zona termicamente afectada onde
as tensões residuais são mais elevadas.
3.3.2.2- Porosidade
Porosidade é uma descontinuidade do tipo cavidade formada por gás confinado durante a
solidificação ou num depósito de projeção térmica. A descontinuidade formada é geralmente
esférica e pode ser alongada.
Uma causa comum da porosidade é a contaminação durante a soldadura. Geralmente, a
porosidade não é considerada tão deteriorante como as outras descontinuidades, tais como
fissuras ou falta de fusão. A forma arredondada da porosidade não concentra tantas tensões
como as descontinuidades planares (afiadas nos extremos) tal como fissuras ou falta de fusão.
A porosidade é uma indicação de que os parâmetros de soldadura, os consumíveis de
soldadura, ou o alinhamento da junta não estão a ser devidamente controlados para o
processo de soldadura selecionado ou que o metal de base está contaminado ou de que existe
uma incompatibilidade na composição do metal de adição utilizado. Informação importante
relativa à causa do problema é proveniente da descrição tanto da forma como da orientação
de poros individuais ou um vector geométrico de poros adjacentes.
Um exemplo desta utilidade é a distinção entre a porosidade alongada e porosidade tubular.
Ambões têm um comprimento superior à largura, mas diferem na sua orientação em relação
ao eixo da soldadura. Também diferem em relação à maneira como foram originados.
67
3.3.2.3- Inclusões Sólidas
São partículas estranhas aprisionadas de material sólido, tal como escória, fluxo, tungsténio
ou óxido. Estas, podem ser metálicas e não metálicas.
3.3.2.3.1- Inclusões de Escória
São descontinuidades resultantes de produtos não metálicos aprisionadas da dissolução mútua
do fluxo e impurezas não metálicas em alguns processos de soldadura e brasagem.
Podem ser encontradas em soldaduras executadas com qualquer processo com que empregue
fluxo como meio de proteção. Em geral, inclusões de escória resultam de técnicas de
soldadura impróprias, falta de acesso adequado para a soldadura da junta, ou limpeza
inadequada entre passes de soldadura. Devido à sua baixa densidade e baixo ponto de fusão a
escória fundida normalmente sobrenada o passe de soldadura.
Entalhes afiados ou em aresta na interface de soldadura ou entre passes dão origem
normalmente a que fique presa sobre o metal depositado fundido. A libertação da escória do
metal fundido poderá ser esperada por parte de qualquer factor que torne o metal menos
viscoso ou que retarde a sua solidificação, tal como entrega térmica elevada.
3.3.2.3.2- Inclusões de Tungsténio
São partículas de tungsténio aprisionadas no metal depositado/fundido. As inclusões de
tungsténio são frequentemente associadas ao processo TIG e por vezes associadas ao
processo Plasma. Nestes processos, é utilizado um eléctrodo não consumível de tungsténio
para estabelecer e manter um arco de soldadura entre o eléctrodo e a soldadura ou metal base.
Se o eléctrodo de tungsténio é inserido no banho de soldadura, fica contaminado ou
fragilizado, ou se o ajuste da corrente está muito elevado origina a fusão do tungsténio, estas
causas podem resultar inclusões em tungsténio. As inclusões de tungsténio aparecem como
indicações claras nas radiografias pois o tungsténio é mais denso que o aço ou alumínio e
absorve mais radiação.
68
3.3.2.4- Falta de Fusão
É uma descontinuidade na soldadura em que não ocorreu fusão entre o metal
depositado/fundido e as faces de fusão ou entre dois cordões de soldadura adjacentes. É o
resultado de técnicas de soldadura impróprias, preparações do metal base deficientes, e
desenhos de junta impróprios. Deficiências que causam falta de fusão incluem a entrega
térmica insuficiente ou falta de acesso a todas às faces de fusão, ou ambos.
A não ser que a junta de soldadura seja devidamente limpa, os óxidos altamente aderentes
podem interferir com a fusão completa, mesmo quando existe o devido acesso apara a
soldadura e a devida entrega térmica é utilizada.
3.3.2.5- Falta de Penetração
É uma condição da raiz da junta em que o metal depositado/fundido não se estende para além
da espessura da junta. A zona não penetrada e não fundida é a descontinuidade descrita como
falta de penetração.
A falta de penetração pode resultar de insuficiente entrega térmica, desenho de junta
impróprio, ou controlo lateral do arco de soldadura indevido. Alguns processos de soldadura
têm maior poder de penetração do que outros. Para juntas soldadas de ambos os lados,
descarnar/goivar/burilar a raiz pode ser especificado antes de se soldar o outro lado de forma
a garantir que não existe falta de penetração. Soldaduras de tubagem são particularmente
vulneráveis a este tipo de descontinuidade, pois o interior do tubo é normalmente inacessível.
Os projetistas podem empregar juntas de suporte, anéis de suporte da raiz ou anéis fusíveis
para ajudar os soldadores nestes casos. As soldaduras que requerem penetração completa
podem requerer ensaios por inspeção visual e por outro método não destrutivo.
3.3.2.6- Forma e Dimensão
3.3.2.6.1- Bordos Queimados
Chanfro fundido no metal base adjacente à concordância da soldadura ou raiz da soldadura e
deixado por encher pelo metal fundido. Este chanfro cria um entalhe mecânico concentrador
de tensões. Quando os bordos queimados são controlados dentro dos limites da especificação
não é considerado um defeito de soldadura. Os bordos queimados são geralmente associados
quer a técnicas de soldadura impróprias ou a correntes demasiado elevadas, ou ambas.
69
3.3.2.6.2- Falta de Enchimento
Condição em que a face de soldadura ou superfície da raiz se encontra abaixo da superfície
adjacente do metal base. Resulta da falha por parte do soldador de encher completamente a
junta de soldadura.
3.3.2.6.3- Sobreposição ou Desbordo
Desbordo de metal depositado/fundido para além da margem da soldadura ou raiz de
soldadura. Desbordo é uma descontinuidade superficial que forma um entalhe mecânico e é
quase sempre considerado rejeitável. Duas causas comuns d desbordo pode ser a velocidade
de deslocação insuficiente e preparação imprópria do metal base.
3.3.2.6.4- Concavidade
É a máxima distância desde a face de uma soldadura de ângulo côncava perpendicular à linha
que une as linhas de concordância. É por vezes chamada de garganta insuficiente. A
concavidade não é rejeitável a não ser que a soldadura esteja abaixo da dimensão. Soldadura
de ângulo côncavas devem ser inspeccionadas utilizando um padrão/calibre de soldadura
capaz de medir a dimensão da garganta, uma vez que esta é a dimensão limite em termos de
dimensão da soldadura de ângulo côncava. Um perfil côncavo do cordão de ângulo não pode
ser corretamente dimensionado pelo cateto.
3.3.2.6.5- Convexidade
Convexidade é a máxima distância desde a face de uma soldadura de ângulo convexa
perpendicular à linha que une as linhas de concordância. A convexidade resulta num entalhe
mecânico na junção da face de soldadura e metal base similar ao produzido pelo desbordo. O
nível de severidade é maior quanto maior for a convexidade.
3.3.2.6.6- Sobre Espessura
Em soldaduras em chanfro, a sobre espessura é o metal depositado/fundido em excesso da
quantidade requerida para encher a junta. A sobre espessura pode estar localizada tanto na
raiz como na face da soldadura em chanfro. A sobre espessura é indesejável quando cria altas
concentrações de tensões nas concordâncias da soldadura ou na raiz da soldadura similar à
70
convexidade. Tende a estabelecer entalhes que criam concentrações de tensões. Esta condição
pode resultar de técnicas de soldadura impróprias ou corrente de soldadura insuficiente.
3.3.2.7- Outras Descontinuidades
3.3.2.7.1- Laminação
Tipo de descontinuidade com separação ou enfraquecimento geralmente alinhada
paralelamente à superfície laminada de um produto laminado. As laminações podem ser
completamente internas e são normalmente internas e são normalmente detectadas não
destrutivamente por ultra - sons. Podem também estender-se a uma aresta ou ponta, onde são
visíveis à superfície e podem ser detectadas por inspeção visual, ensaio de líquidos
penetrantes ou partículas magnéticas. Podem ser encontradas quando o corte ou maquinagem
expõem laminações internas.
As laminações são formadas quando vazios gasosos, cavidades de constrangimento, ou
inclusões não metálicas no lingote original são achatadas durante a operação de laminagem.
Geralmente aparecem paralelamente à superfície de produtos laminados e é mais comum
aparecerem em perfis e chapas. Metais que contenham laminações não devem ser utilizados
para suportarem esforços de tração na direção da espessura.
3.3.2.7.2- Folheamento
É uma laminação que se separou devido a tensões.
3.3.2.7.3- Dobras ou Sulcos
São descontinuidades no metal base que podem ser encontradas em produtos laminados,
fundidos ou forjados. Diferem de laminagens pois aparecem à superfície do produto
trabalhado. Quando a descontinuidade é paralela à tensão principal, não é geralmente um
defeito crítico. Quando as dobras são perpendiculares às tensões aplicadas ou residuais, por
vezes propagam-se como fissuras. Enquanto as dobras são defeitos superficiais, a sua
presença pode ser ocultada pelos processos de fabrico que subsequentemente modificaram a
superfície do produto vazado. Soldar por cima das dobras pode causar fissuração ou
porosidade.
71
3.3.2.7.4- Arrancamento Lamelar
Fissuração subsuperficial em forma de degraus no metal base com a orientação básica
paralela á superfície. É causada por tensões de tração na direção segundo a espessura dos
metais base enfraquecidos pela presença de pequenas inclusões não metálicas, dispersas,
achatadas, paralelas à superfície do metal. O arrancamento lamelar ocorre com mais
frequência em materiais de elevada secção.
O arrancamento lamelar pode-se estender por longas distâncias e geralmente inicia-se em
regiões do metal base que têm elevada incidência de inclusões não metálicas (com forma de
agulha) em planos paralelos e com altas tensões residuais. A fractura propaga-se usualmente
de um plano lamelar para outro pelo corte ao longo de linhas que estão próximas da normal à
superfície laminada.
Após a descrição sucinta das imperfeições, segundo a Norma EN ISO 6520-1: 2007,
apresentar-se-á de seguida no Quadro 3.1 resumo e ilustrativo dos agrupamentos.
Na Figura 3.3, apresenta-se de forma sumária, a Árvore de CTQC´s com base no Quadro 3.1.
Esta tipificação permite estabelecer e organizar as características críticas para a qualidade.
72
Quadro 3.1: Classificação de Imperfeições (EN ISO 6520-1: 2007)
Ref.
Nº.:
EN
ISO
65201:2007
1
Designação e Explicações
Ilustrações
2
3
Grupo Nº. 1 - Fissuras
100
1001
101
1011
1012
1013
1014
102
1021
1023
1024
104
1045
1046
1047
Fissura
Uma imperfeição produzida por
uma ruptura local no estado
sólido que pode aparecer devido
ao efeito de arrefecimento ou de
tensões.
Micro-Fissura
Uma fissura que só é visível ao
microscópio.
Fissura Longitudinal
Uma fissura paralela ao eixo da
soldadura.
Pode ser situada:
 no metal depositado
 na linha de fusão
 na ZTA
 no metal de base
1- ZTA- Zona Termicamente
Afectada
Fissura Transversal
Uma fissura essencialmente
transversal ao eixo da soldadura.
Pode ser situada:
 no metal depositado
 na ZTA
 no metal de base
Fissura de Cratera
Uma fissura na cratera no final do
cordão de soldadura. Pode ser:
 longitudinal
 transversal
 radial (fissura em estrela)
Grupo Nº. 2 – Cavidades (Poros)
201
2011
Poro
Cavidade formada pelo gás que
ficou retido no cordão de
soldadura.
Poro Esférico
Cavidade de gás com uma forma
essencialmente esférica.
73
(continuação) : Quadro 3.1: Classificação de Imperfeições (EN ISO 6520-1: 2007)
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2024
Porosidade Uniformemente
Distribuída
Quantidade de poros de gás
distribuído de uma forma
substancialmente uniforme através
do metal depositado; não deve ser
confundido com a porosidade
linear (2014) e com os ninhos de
poros (2013).
Ninhos de Poros (porosidade
localizada)
Grupo de poros de gás que têm
uma distribuição geométrica
aleatória.
Porosidade Linear
Uma linha de poros de gás
situados em paralelo com o eixo
da soldadura.
Cavidade Alongada
Cavidade larga não esférica cuja
maior dimensão é
aproximadamente paralela ao eixo
da soldadura.
Poro Vermicular
Cavidade tubular no metal
depositado causada por uma bolha
de gás que se desloca
verticalmente.
A forma e a posição dos poros
vermiculares são determinados
pelo modo de solidificação e pela
origem do gás.
Geralmente estão agrupados em
feixes e distribuídos em forma de
espinha. Alguns poros
vermiculares podem rasgar a
superfície da soldadura.
Poros Superficiais
Poros de gás que rasgam a
superfície do cordão.
Rebaixo da Cratera
Cavidade de retração no fim do
passe de soldadura e que não é
eliminada antes ou durante os
subsequentes passes de soldadura.
74
(continuação) : Quadro 3.1: Classificação de Imperfeições (EN ISO 6520-1: 2007)
2025
Rechupe de Cratera
Uma cratera aberta que reduz o
perfil da soldadura.
Grupo Nº. 3 – Inclusões Sólidas
300
301
3011
3012
3013
302
3021
3022
3023
303
3031
3032
3033
304
3041
3042
3043
Inclusão Sólida
Substâncias sólidas desconhecidas
retidas no metal depositado ou
fundido.
Inclusão de Escória
Inclusão sólida na forma de
escória. Tais inclusões podem ser:
 lineares
 isoladas
 agrupadas
Inclusão de Fluxo
Inclusão sólida na forma de fluxo
retido. Tais inclusões podem ser:
 lineares
 isoladas
 agrupadas
Inclusão de Óxido
Inclusão sólida na forma de óxido
metálico. Tais inclusões podem
ser:
 lineares
 isoladas
 agrupadas
Inclusão Metálica
Inclusão sólida na forma de um
metal estranho à soldadura. Pode
ser de:
 tungsténio
 cobre
 outro metal
Ver 3011, 3012 e 3013
Ver 3011, 3012 e 3013
Ver 3011, 3012 e 3013
75
(continuação) : Quadro 3.1: Classificação de Imperfeições (EN ISO 6520-1: 2007)
401
4011
4012
4013
4014
402
4021
Grupo Nº. 4 – Faltas de Fusão e Penetração
Falta de Fusão (fusão
incompleta)
Ausência de ligação entre o metal
depositado e o metal de base ou
entre as sucessivas camadas de
cordões depositados. Pode ser
umas seguintes:
 falta de fusão nas faces
laterais (bordos da junta)
 falta de fusão inter-passes
(a)
 falta de fusão na raiz
 micro falta de fusão
(a) Em Francês e em Português
podem tomar a designação de
colagens negras ou colagens
brancas; as negras incluem óxidos
metálicos não fundidos na zona de
fusão.
Falta de Penetração (penetração
incompleta)
Diferença entre a penetração real e
a penetração nominal.
1- Penetração Real
2- Penetração Nominal
Penetração Incompleta da Raiz
Uma ou ambas das faces da raiz
estão fundidas
Grupo Nº. 5 – Imperfeições de Forma e Dimensão
501
5011
Bordos Queimados
Uma cavidade irregular na linha de
fusão, entre o metal depositado e o
metal base ou entre dois cordões
de soldadura previamente
depositados.
Bordos Queimados Contínuos
Cavidades irregulares sem
interrupção de comprimentos
significativo.
76
(continuação) : Quadro 3.1: Classificação de Imperfeições (EN ISO 6520-1: 2007)
5012
Bordos Queimados
Intermitentes
Cavidades irregulares de pequeno
comprimento, descontínuas ao
longo da soldadura.
5014
Bordo Queimado entre Passes
Cavidades irregulares na direção
longitudinal entre os passes da
soldadura.
5015
Bordo Queimado Intermitente
Localizado
Cavidades irregulares, espaçadas
entre si irregularmente,
localizados na linha de fusão ou
na superfície entre os passes de
soldadura.
502
Excesso de Metal Depositado
Metal depositado em excesso na
superfície da soldadura topo a
topo.
1. Normal
503
Convexidade Excessiva
Excesso de metal depositado na
superfície de uma soldadura de
ângulo/canto.
1. Normal
504
5041
5042
5043
Excesso de Penetração
Excesso de metal depositado na
raiz da soldadura. Isto pode ser:
 excesso de penetração
local
 penetração contínua em
excesso
 metal depositado que
perfurou a raiz
77
(continuação) : Quadro 3.1: Classificação de Imperfeições (EN ISO 6520-1: 2007)
505
Molhagem Incorreta
Ângulo () demasiado pequeno
entre a superfície do metal de base
e o plano tangencial à soldadura na
linha de fusão.
 ângulo de molhagem
5051
incorreto na linha de fusão
5052
506
5061
5062
509
5091
5092
5093
5094

raio de molhagem incorreto
na linha de fusão
Desbordo ou Dobra ou
Sobreposição
Excesso de metal de soldadura que
cobre o metal de base mas não o
funde. Isto pode ser:
 dobra de face que é uma
dobra no cordão de capa
 dobra de raiz que é uma
dobra no cordão de raiz.
Escorrimento
O metal depositado escorre devido
à gravidade. De acordo com as
circunstâncias, pode ser:
 escorrimento na
posição horizontal
 escorrimento na
posição ao baixo ou ao
tecto
 escorrimento na
soldadura de
ângulo/canto
 escorrimento (fusão) da
aresta numa junta
sobreposta
507
Desalinhamento Linear
Desalinhamento entre os dois
componentes a soldar, que estão
paralelos mas não alinhados. Isto
pode ser:
5071
 desalinhamento linear
entre chapas
5072
 desalinhamento linear
entre tubos
78
(continuação) : Quadro 3.1: Classificação de Imperfeições (EN ISO 6520-1: 2007)
508
Desalinhamento Ângular
Desalinhamento entre os dois
componentes a soldar, em que as
suas superfícies planas não estão
paralelas ou no ângulo
pretendido.
511
Falta de Enchimento
Um canal longitudinal contínuo
ou intermitente na superfície da
soldadura devido a insuficiente
enchimento do depósito de
soldadura.
512
Excessiva Assimetria na
Soldadura de Ângulo/Canto
(excessiva diferença nos catetos
ou pernos)
Não é necessária qualquer
explicação
1- Geometria normal
2- Geometria assimétrica
513
514
5211
5212
5213
Largura Irregular
Variação excessiva na largura da
soldadura.
Superfície Irregular
Superfície excessivamente
rugosa.
Espessura Excessiva da
Soldadura
A espessura da soldadura é
demasiado grande.
Largura Excessiva da
Soldadura
A largura da soldadura é
demasiado grande.
1- Espessura de Projeto ou
Nominal
2- Espessura Real
Espessura Insuficiente da
Garganta
A espessura real da garganta da
soldadura de ângulo/canto é
muito pequena.
1- Garganta de Projeto ou
Nominal
2- Garganta Real
79
(continuação) : Quadro 3.1: Classificação de Imperfeições (EN ISO 6520-1: 2007)
Grupo Nº6. – Imperfeições Diversas
601
602
6021
603
604
607
6071
6072
608
617
Escorvamento Parasita ou Golpe
de Escorvamento
Danos locais na superfície do metal
de base adjacente à soldadura, que
resulta da formação do arco ou do
escorvamento do arco fora da zona a
fundir.
Salpicos ou Projeções
Gotas de metal depositado ou do
metal de adição expelidas durante a
soldadura e que se fixam à superfície
do metal de base ou do cordão de
soldadura já solidificado.
Projeções de Tungsténio
Partículas de tungsténio transferido
do eléctrodo para a superfície do
metal base ou do cordão de
soldadura já solidificado.
Superfície com Entalhes
Danificação da superfície do metal
base ou do cordão de soldadura,
devido à remoção por fractura ou
impacto de componentes provisórios
de montagem.
Marcas de Rectificação ou Golpes
de Rebarbagem
Danificação local devido à
rectificação ou rebarbagem.
Imperfeição do Pingo de
Soldadura
Imperfeição que resulta de um pingo
de soldadura incorreto, por exemplo:
 quebra do pingo ou
sem penetração
 pingo defeituoso que
tenha excesso de
espessura
Desalinhamento entre Passes
Opostos
Diferença entre as linhas centrais de
dois passes realizados em lados
opostos da junta.
Folga de Raiz Incorreta para
Soldaduras de Ângulo/Canto
Uma folga insuficiente ou excessiva
entre as partes a serem unidas
80
1
Classificação das Imperfeições EN ISO 6520-1:2007
2
3
Grupo Nº.2 Cavidades (Poros)
(201-202)
Grupo Nº.1 - Fissuras
(101-104)
1001 : Micro-Fissura
...
1047 : Fissura
de Cratera
2011 : Poro
...
Figura 3.3: Árvore de CTQC´s, segundo o Quadro 3.
81
Grupo Nº.6 Imperfeições
Diversas (601-617)
...
2025 : Rechupe
de Cratera
...
6021 :
Escorvamento
Parasita
...
6072 : Folga de
Raiz Incorrecta
3.3- Aplicação do Ciclo DMAIC
3.3.2- Define
Conforme referido anteriormente, numa primeira fase, fez-se uma análise global da Indústria
Portuguesa, nos vários sectores de atividade, tendo por base a construção em aço., de forma a
justificar a necessidade crescente de implementação de sistemas de qualidade em construção
soldada. Através do Diagrama de Pareto, determinou-se os defeitos que ocorrem com maior
frequência na construção soldada em aço.
O tratamento de dados, disponibilizado pelo ISQ, através de relatórios técnicos de ensaios de
juntas soldadas, nos vários sectores de atividade em Portugal, de soldadura em aço,
permitiram concluir que há oito defeitos que contribuem para 80% do total de defeitos na
construção em aço (Figura 3.4). Estes são:

Inclusões Gasosas

Falta de Fusão

Poros Esféricos

Falta de Penetração

Bordos Queimados

Poros Vermiculares

Ninhos de Poros

Sulcos na raíz
O Quadro 3.2apresenta a nomenclatura adoptada pelo ISQ, para a identificação de
imperfeições.
85
Figura 3.4: Diagrama de Pareto
Quadro 3.2: Nomenclatura de Classificação de Imperfeições
API
ISQ/IIW 1104
EN ISO 5817
Inclusões gasosas
A
P
2011/2014/2017
Poros esféricos
Aa
P
2012
Poros vermiculares
Ab
HB
2016
Ninhos de poros
Ac
CP
2013
Cavidade alongada
Ad
HB
2015
Poro de cratera na raiz
Ae
BT
Inclusões de escória
B
ISI
301
Quaisquer (inclusões)
Ba
3013
Alinhadas (inclusões)
Bb
ESI
3011
Alternadas (inclusões)
Bc
3013
Defeitos de rebarbagem
Bd
604
Defeito na mudança do eléctrodo
Be
517
Falta de fusão
C
IF
401
Falta de fusão entre cordões
Ca
IFD
4012
Falta de fusão na raiz
Cb
IPD
4013
Falta de penetração
D
IP
402
Fendas ou fissuras
E
C
100
Fissuras longitudinais
Ea
C
101
Fissuras transversais
Eb
C
102
Fissuras de cratera
Ec
CC
104
86
(continuação): Quadro 3.2: Nomenclatura de Classificação de Imperfeições
Bordos queimados
F
EU
5011
Sulcos superficiais
Fa
EC
511/509
Sulcos na raiz
Fb
IU
515/5013
Excesso de metal
Fc
502
Excesso de penetração
Fd
EP
504
Abatimento da raiz
Fe
IC
515/5013
Oxidação da raiz
Ff
516
Inclusões de fluxo
G
302
Inclusões de metais
H
304
Inclusões de óxidos
J
303
Cratera
K
IC
202
Cratera na raiz (recomeço)
Ka
IC
2024
Expulsão de metal
L
Inclusões de tungsténio
T
TI
3041
Qualquer descontinuidade excepto
(falta de fusão, penetração ou
Q
AD
600
bordos queimados)
Posteriormente, fez-se a análise do caso de estudo centrado na soldadura de cobre, com base
no processo TIG. Esta análise prosseguiu-se, através da seguinte sequência de atividades:
1- Mapear, analisar e compreender o processo, utilizando o SIPOC e Fluxogramas
adicionais
2- Recolha de dados, tipificações dos defeitos
3- Construção e análise do Diagrama de Pareto e prioritização do(s) defeito(s) de acordo
coma sua frequência e/ou criticidade
4- Determinação das características Críticas da Qualidade (CTQC´s)- Árvore de CTQc´s
1a)- Mapeamento do Processo
O mapeamento do processo, encontra-se descrito no SIPOC do Anexo B tanto ao alto nível,
como a nível do processo de Bobinagem BT (Bobinagem Baixa Tensão). O processo de
Bobinagem BT, é o processo no qual se realizam as soldaduras à analisar. Os fluxograma da
Bobinagem BT, descreve o processo desde o pedido por parte da montagem à entrega.
87
1b)- Definição do Âmbito do Projeto
A definição do âmbito do projeto com base na ferramenta in scope out of scope, encontra-se
no Anexo C. Esta definição, permitiu localizar exatamente o ponto do processo em que se
iria incidir o estudo.
2- Recolha de dados, tipificações dos defeitos
Através dos relatórios de ensaios realizados às amostras, tipificou-se os defeitos, com base na
Norma EN ISO 6520-1: 2007 Quadro 3.1, e de seguida construiu-se o Diagrama de Pareto
que pode ser visualizado na atividade 3.
3- Construção e Análise do Diagrama de Pareto e prioritização do(s) defeito(s) de
acordo coma sua frequência e/ou criticidade
Face a pequena dimensão da amostra, não foi possível identificar dados mais concretos. Isto
deveu-se ao facto de os relatórios que a terceira instituição dispunha não terem interesse para
este estudo, e pelo facto de ter havido incumprimento nos prazos por parte da instituição, no
que concerne a realização dos ensaios necessários para o estudo.
Contudo, de acordo com a Figura 3.5, identifica-se Poros Esféricos e Falta de Penetração,
Fendas ou Fissuras como os defeitos que cobrem 83% do total dos defeitos.
Figura 3.5: Diagrama de Pareto
88
No gráfico acima, a linha que corresponde o valor acumulado de 80%, e que intersecta a linha
de valores acumulados, representa as causas mais significativas, dentro do princípio de
Pareto.
4-Determinação das Características Críticas da Qualidade (CTQC´s)- Árvore de CTQc´s
Os níveis de qualidade de imperfeições na soldadura a arco eléctrico de cobre e suas ligas, são
definidos pela norma EN ISO 10042:2005 Welding - Arc -Welded Joints in Aluminium and
its Alloys - Quality Levels for Imperfections. (Soldadura- Soldadura a arco para Juntas em
Alumínio e suas Ligas- Níveis de Qualidade de Imperfeições)
Embora esta norma aborde a soldadura de alumínio e suas ligas, esta pode ser aplicada a
soldadura de cobre, sendo que o nível de qualidade das imperfeições deve ser definido pelo
Nível B, à exceção das seguintes imperfeições: Excesso de metal depositado, Convexidade
excessiva, Espessura insuficiente da garganta e Excesso de penetração. O nível de qualidade
imperfeições outrora mencionadas, é definido pelo Nível C.(EN ISO 15614-6:2006)
De seguida, definir-se-á o âmbito da norma, e prosseguir-se-á com a definição das
características críticas a qualidade dos níveis de qualidade no Quadro 3.3.
EN ISO 10042 : 2005 – Soldadura - Soldadura a arco para Juntas em Alumínio e suas LigasNíveis de Qualidade de Imperfeições
Âmbito
Esta norma internacional, especifica níveis de qualidade de imperfeições em soldadura a arco
para alumínio e suas ligas. É aplicável a materiais com espessuras superiores a 0,5 mm
inclusive. Cobre juntas topo-a-topo e juntas de canto com penetração total.
Os princípios desta norma internacional, podem também ser aplicados à juntas topo-a-topo
com penetração parcial.
Dentro do seu âmbito, são definidos três níveis de qualidade, de maneira a alargar o seu
domínio de aplicação na construção soldada. Estes são designados por letras B, C e D. O
nível de qualidade B, corresponde aos requisitos mais exigentes de qualidade de soldadura.
89
Os níveis de qualidade, referem-se a qualidade de produção e não a adequação ao uso do
produto construído.
O domínio de aplicação desta norma refere-se a:

Todo tipo de soldaduras, juntas topo-a-topo, juntas de canto e soldaduras de nós.

Os processos e sub - processos a qual é aplicável, são definidos pela norma ISO
4063
por:
o
131 MIG
o
141 TIG
o
15 PAW

Soldaduras manuais, mecanizadas e automatizadas.

Todas as posições de soldadura.
Aspectos metalúrgicos, como por exemplo tamanho do grão, dureza, não são contemplados
por esta norma.
A simbologia aplicada no quadro, encontra-se definida no final do mesmo.
90
Quadro 3.3: Definição de CTQC´s e suas características operacionais (Critérios de Aceitação)
Nº. Nº.:
Classificação
Observações
EN
da Imperfeição
ISO
65202007
1. Imperfeições Superficiais
1.1
100 Fissura
1.2
104 Fissura de
h = altura ou largura
Cratera
1.3 2012 Porosidade
Para avaliação de porosidade, ver exemplos do
Uniformemente Anexo D
Distribuída
1.4 2013 Ninhos de
Poros
(porosidade
localizada)
O total de poros dentro do agrupamento, é representado
pelo circulo de diâmetro dA circunscrevendo todos os
poros.
Os requisitos para cada poro, devem ser definidos através
de todos poros dentro o mesmo circulo.
Área permitida de poros deve ser local.
Deve ser tido em consideração, a possibilidade de alguns
agrupamentos camuflarem outros.
Se D for menor que dA1 ou dA2, o menor dos dois, logo dA
será a soma de dA1 + dA2 + D.
Agrupamentos sistemáticos de poros não são permitidos.
91
t
Critério de Aceitação
mm
≥ 0,5
≥ 0,5
Não permitido
Não permitido
≥ 0,5
≤ 0,5 %
≥ 0,5
Não permitido
(continuação): Quadro 3.3: Definição de CTQC´s e suas características operacionais (Critérios de Aceitação)
1.5 2014 Porosidade
≥ 0,5
Linear
1.6 2017 Poros
Dimensão máxima para o cada poro
0,5 a 3
Superficiais
>3
1.7 2025 Rechupe de
≥ 0,5
Cratera
1.8
401 Falta de Fusão
≥ 0,5
(fusão
incompleta)
Não permitido
d ≤ 0,1s ou 0,1a
d ≤ 0,2s ou 0,2a
máx. 1 mm
Não permitido
Não permitido
1.9
4021
Penetração
Incompleta da
Raiz
≥ 0,5
Não permitido
1.10
5011
Bordos
Queimados
Contínuos
Bordos
Queimados
Intermitentes
0,5 a 3
Não permitido
>3
0,5 a 3
Não permitido
h ≤ 0,1t
h ≤ 0,1t
mas, máx. 1 mm
5012
>3
Transições devem ser suaves. 5012 não é
referenciado como imperfeição sistemática.
92
(continuação): Quadro 3.3: Definição de CTQC´s e suas características operacionais (Critérios de Aceitação)
1.11 502 Excesso de
≥ 0,5
h ≤ 1,5 mm + 0,15b
Metal
máx. 8 mm
Depositado
1.12
503
Convexidade
Excessiva
≥ 0,5
h ≤ 1,5 mm + 0,15b
máx. 4 mm
≥ 0,5
Apenas pequenas
imperfeições
h ≤ 0,2a
máx. 1,5 mm
Transições devem ser suaves.
1.13
5213
Espessura
Insuficiente da
Garganta
Não aplicável a processos susceptíveis de
promoverem elevadas profundidades de penetração
1.14
504
Excesso de
Penetração
≥ 0,5
h ≤ 4 mm
1.15
506
Desbordo ou
Dobra ou
Sobreposição
≥ 0,5
Não permitido
93
(continuação): Quadro 3.3: Definição de CTQC´s e suas características operacionais (Critérios de Aceitação)
1.16 509 Escorrimento
≥ 0,5
511 Falta de
Enchimento
Apenas pequenas
imperfeições
h ≤ 0,05t
máx. 0,5 mm
Transições devem ser suaves.
1.17
512
Excessiva
Assimetria na
Soldadura de
Ângulo/Canto
≥ 0,5
h ≤ 1,5mm + 0,2a
≥ 0,5
Apenas pequenas
imperfeições
h ≤ 0,05t
máx. 0,5 mm
≥ 0,5
Não permitido
≥ 0,5
Aceitação depende do tipo
de material a soldar,
devido a sua sensibilidade
à fissuração
d ≤ 0,2s ou 0,2a
mas máx. 4 mm
Nos casos, em que soldaduras assimétricas não são
previstas.
1.18
515
5013
2.1
100
Fissura
2.2
1001
Micro-Fissura
2.3
2011
Poro Esférico
Transições devem ser suaves.
2. Imperfeições Sub Superficiais
Todos tipos de fissuras, excepto microfissuras e
fissuras de cratera.
Fissuras normalmente observável através de
microscópios (x50).
Dimensão máxima para cada poro.
94
≥ 0,5
(continuação): Quadro 3.3: Definição de CTQC´s e suas características operacionais (Critérios de Aceitação)
2.4 2012 Porosidade
A avaliação de porosidade é feita tendo em conta a
≥ 0,5
Uniformemente área da seção. Ver exemplos no Anexo D
Distribuída
A avaliação de porosidade é feita tendo em conta a
0,5 a 3
área projetada. Ver exemplos no Anexo D
> 3 a 12
> 12 a 30
> 30
2.5 2013 Ninhos de
≥ 0,5
Poros
(porosidade
localizada)
≤1%
≤1%
≤2%
≤3%
≤4%
dA ≤ 15 mm
ou
dA,máx ≤ wP/2
O total de poros dentro do agrupamento, é
representado pelo circulo de diâmetro dA
circunscrevendo todos os poros.
Os requisitos para cada poro, devem ser definidos
através de todos poros dentro o mesmo circulo.
Área permitida de poros deve ser local.
2.6
2014
Porosidade
Linear
≥ 0,5
-
95
Não permitido
(continuação): Quadro 3.3: Definição de CTQC´s e suas características operacionais (Critérios de Aceitação)
2.7 2015 Cavidade
≥ 0,5
2016 Alongada
Poro
Vermicular
2.8
303 Inclusão de
Se existirem várias inclusões óxidas l1, l2, l3, ...ln
≥ 0,5
Óxido
numa secção, serão todas somadas:
l = l1 + l2 + l3 + ... +ln.
2.9
3041
2.10
401
2.11
402
Inclusão de
Tungsténio
Falta de Fusão
(fusão
incompleta)
≥ 0,5
Apenas pequenas
imperfeições
l ≤ 0,2s ou 0,2a
mas, máx. 3 mm
l ≤ 0,2s ou 0,2a
mas, máx. 3 mm
Não permitido
≥ 0,5
Não permitido
≥ 0,5
-
Falta de
Penetração
(penetração
incompleta)
96
l ≤ 0,2s ou 0,2a
mas, máx. 3 mm
(continuação): Quadro 3.3: Definição de CTQC´s e suas características operacionais (Critérios de Aceitação)
2.12
≥ 0,5
Apenas pequenas
imperfeições
h ≤ 0,1a
máx. 1 mm
3. Imperfeições na Geometria da Junta
3.1
507
Desalinhamento
Linear
≥ 0,5
h ≤ 0,2t
máx. 2 mm
≥ 0,5
h ≤ 0,2t
máx. 4 mm
Limites relativamente às excentricidades.
Se não especificado no projeto, a posição correta
será quando as linhas de eixo são coincidentes.
Chapas e soldaduras longitudinais.
Soldaduras circunferenciais.
97
(continuação): Quadro 3.3: Definição de CTQC´s e suas características operacionais (Critérios de Aceitação)
3.2
617 Folga de Raiz
≥ 0,5
h ≤ 0,5 mm + 0,1a
Incorreta para
máx. 3 mm
Soldaduras de
Ângulo/Canto
Folga entre as peças à soldar.
Folgas superiores ao limites previstos, poderão em
determinados casos ser compensadas com por um
aumento da espessura da garganta.
4. Múltiplas Imperfeições
4.1
≥ 0,5
-
O somatório de cada
imperfeição aceitável
numa secção não pode
exceder:
0,2t ou 0,2a
Simbologia:
A: área do poro
a: espessura nominal da garganta
(junta de canto)
b: largura do reforço da junta
d: diâmetro do poro
dA: diâmetro da área circunscrita
ao poro
h: altura ou largura da
imperfeição
l: cumprimento da imperfeição da
direção longitudinal da soldadura
lP: comprimento da área projetada
ou seção
s: espessura nominal do cordão
(topo-a-topo)
98
t: espessura nominal da parede ou
chapa
wP: largura do cordão ou largura
ou altura da secção
z: comprimento do cateto (junta
de canto)
3.3.3- Measure
As atividades objetivo na fase Measure são:
1- Definição do plano de amostragem (dimensão da amostra e a frequência de
amostragem)
2- Determinação do Baseline do processo (Nível Sigma e DPMO)
3- Revisão intermédia do projeto
1- Definição do plano de amostragem
Por motivos alheios à vontade da equipa (referidos anteriormente), foram apenas definidas
três amostras para o estudo.
2-Cálculo dos DPMO e Nível Sigma
Com base da Árvore de CTQC´s da Figura 3.3, calculou-se os DPMO e Nível Sigma, para os
dois níveis, sendo que o Quadro 3.4, define as característica do nível dois e o Quadro 3.5,
define as características do nível 3.
Nível Dois
Neste nível, dentro da dimensão da amostra (Número de Unidades 3), foram definidos 4
defeitos dentro das 32 oportunidades para defeito que o definem.
Quadro 3.4 : Características do Nível Dois
Número de Defeitos
Número de Unidades (amostras)
Número de oportunidades para defeito
4
3
32
Com base nas Equações, 2.2 e 2.9, respectivamente, definiu-se o DPMO e o Nível Sigma (Z)
para o nível dois:
DPMO =
Z=(
) = 3,2
√
99
Nível Três
Neste nível, dentro da dimensão da amostra (Número de Unidades 3), foram definidos 6
defeitos dentro das 32 oportunidades para efeito que o definem.
Quadro 3.5 : Características do Nível Três
Número de Defeitos
Número de Unidades
Número de oportunidades para defeito
6
3
60
Com base nas Equações, 2.2 e 2.9, respectivamente, definiu-se o DPMO e o Nível Sigma (Z)
para o nível três:
DPMO =
Z=(
) = 3,3
√
100
3.3.4- Analyse
As atividades objetivo na fase Measure são:
1- Análise e triagem das potenciais causas, suas interações e estudo dos seus efeitos
2- Gerar potenciais causas do problema (Diagrama de Causa-Efeito)
3- Identificação das causas raiz
1- Análise e triagem das potenciais causas, suas interações e estudo dos seus efeitos
Factores que afectam a soldabilidade do Cobre e suas ligas
Para além dos elementos de liga, que compõem uma liga de cobre, vários outros factores,
afectam diretamente e indiretamente a soldabilidade do cobre. Entre estes, destacam-se a
condutividade térmica da liga a ser soldada, o gás de proteção o tipo de corrente utilizado
durante o processo, tipo de junta e chanfros, a posição de soldadura e as condições de
limpeza da superfície à soldar. Os efeitos do gás de proteção e o tipo de corrente, serão
discutidos adiante para cada processo à aplicar.
1a)- Efeito da Condutividade Térmica.
O comportamento das ligas de cobre durante a soldadura, é fortemente influenciado pela
condutividade térmica. O Quadro 2.12 apresenta as condutividades térmicas baseada na
condutividade térmica da liga C10200 (Oxygen - free - copper). Conforme mostrado no
Quadro 2.12, a condutividade térmica varia muito do valor de referência, que é 339 KJ/m2
em metros por hora a 20 °C. O domínio varia entre 100 para ligas C10200 e C11000, à 8-12
para ligas de Niquel-Prata ligas Cobre-Níquel e 9 para ligas C65500. Em comparação, Aços
ao Carbono, têm condutividade térmica de 13, na mesma escala.
Aquando da soldadura do cobre designado comercial, e de baixa liga com elevada
condutividade térmica, o tipo de corrente e gás de proteção deve ser criteriosamente
selecionado, de modo a maximizar-se a entrega térmica. A elevada entrega térmica, tem
como objectivo baixar a velocidade de arrefecimento da junta. Dependendo da espessura da
junta a soldar, pré-aquecimentos podem ser requeridos para ligas de cobre com baixa
condutividade térmica. A temperatura de inter-passe, deve ser igual à temperatura de préaquecimento. Contrariamente aos Aços, as ligas de Cobre não necessitam de tratamentos
térmicos pós soldadura, mas as taxas de arrefecimento devem ser controladas de modo a
minimizar tensões residuais, deformações e empenos.
101
1b)- Posição de Soldadura
Devido a natureza fluída do Cobre e suas ligas, este, é soldado preferencialmente na posição
ao baixo. A posição horizontal é aplicada em algumas soldaduras de canto, e juntas em T.
Posições, vertical ao tecto e horizontal, são menos aplicadas a soldaduras topo-a-topo. Estas
posições, são normalmente restritas as ligas de menor condutividade, tais como Bronze de
Alumínio, Bronze de Silício e Cobre-Níquel, e utilizando os processos TIG, MIG e PAW.
Diâmetros pequenos de eléctrodos e arames consumíveis, são utilizados em conjunto com
baixas correntes de soldadura para soldaduras em posição. Recorre-se por vezes a corrente
pulsada, para os processos TIG, MIG e PAW, de maneira a obter-se maior controlo da fluidez
do banho de fusão.
O processo SER quando utilizado, é usualmente limitado a soldadura de Bronze de Alumínio
e Cobre-Níquel, mas pode também ser aplicado a alguns Bronzes fosforosos e Bronzes de
Silício.
1c)- Ligas Endurecidas por Precipitação
As mais importantes reações de endurecimento por precipitação, são obtidas adicionando,
Berílio, Crómio, Bório, Níquel, Silício e Zircónio. Deve-se ter atenção aquando da soldadura
das ligas endurecidas por precipitação, de modo a evitar oxidação que consequentemente
levarão a faltas de fusão. Sempre que possível as ligas devem ser soldadas no estado
recozido, e após a soldadura deve-se recorrer a tratamentos de endurecimento por
precipitação.
1d)- Fissuração a quente
As ligas de Cobre, assim como as ligas Cobre-Estanho e Cobre-Níquel, são susceptíveis a
fissuração a quente durante a solidificação. A fissuração a quente é intrínseca a todas ligas de
cobre que têm elevado intervalo de solidificação. Tensões de contração elevadas, conduzem a
uma separação interdendritica, e concentram a meio do cordão compostos de baixo ponto de
fusão, proporcionando fissuração a quente. Este tipo de fissuração, pode ser minimizada pela
redução de constrangimentos durante a soldadura, aplicando pré-aquecimentos de modo a
reduzir as velocidades de arrefecimento, reduzir a magnitude das tensões de soldadura e
reduzindo a folga da raiz e aumentando o talão.
102
1e)- Porosidade
A volatilização durante a soldadura de elementos com baixo ponto de fusão, tais como Zinco,
Cádmio e Fósforo podem originar porosidade. A porosidade nas ligas que contêm estes
elementos, pode ser reduzida aumentando a velocidade de soldadura, e utilizando materiais
de adição que contêm baixos teores dos referidos elementos.
1f)- Condição superficial da junta
Antes da operação de soldadura, deve-se garantir que a superfície está isenta de gorduras,
tintas, marcas de lápis ,canetas e óxidos, removendo-os mecanicamente ou quimicamente,
pois podem originar o aparecimento de poros e consequente fragilização da junta.
1g)- Soldabilidade do Cobre e Suas Ligas
1g.1)- Efeito do óxido cuproso
O óxido cuproso pode estar presente na superfície do metal ou então ser introduzido através
da oxidação do banho durante o processo de fusão. A migração de óxido cuproso para os
limites de grão, diminui a resistência e a ductilidade da junta e afecta negativamente as
propriedades de fadiga.
Os melhores resultados na soldadura a arco de cobre, são obtidos nas ligas de cobre
desoxidado, pois estas estão livres de óxidos cuprosos e contêm fósforo residual. O fósforo
residual, combinado com o oxigénio absorvido durante o aquecimento e soldadura, impede a
formação de óxido cuproso, devido ao seu poder desoxidante.
A resistência, ductilidade e porosidade nas soldaduras de ligas C10200 (cobre livre de
oxigénio), atingem valores intermédios, comparativamente as soldaduras de ligas de cobre
desoxidado (ligas C12000 e C12200) e ligas C11000 (Cobre-ETP ), as quais contém teores
de oxigénio entre 0.02% à 0,5%.
1g.2)- Gases de Proteção
O objectivo do gás de proteção, é impedir a oxidação do eléctrodo, criar um meio ionizado
que facilite o escorvamento do arco e proteger o banho de fusão. Apesar do Tungsténio
fundir a altas temperaturas, a sua oxidação ocorre para temperaturas muito mais baixas.
Portanto, recomenda-se a verificação da cor do eléctrodo após a extinção do arco, e
103
arrefecimento do eléctrodo até a temperatura ambiente. Caso a superfície do mesmo não se
mantenha prateada, ou há fuga de gás no sistema o que resulta uma proteção pouco eficiente;
ou o gás é impuro; ou ainda o restante gás que permanece no bocal, não se mantém, até ao
arrefecimento do eléctrodo. Neste último caso, sugere-se que após a extinção do arco, o fluxo
de gás permaneça na razão de 1 s para cada 10 A de corrente utilizada.
A escolha do gás de proteção, pode afectar significativamente a qualidade e o custo da
soldadura. Na soldadura de Cobre e suas ligas, o Árgon, é o gás de proteção de eleição, para
espessuras até 1,6 mm. Para o mesmo gás, a medida que a espessura da secção aumenta, são
necessárias velocidades de soldadura mais baixas e temperaturas de pré-aquecimento mais
elevadas. Por este motivo, para secções superiores a 1.6 mm o Hélio é preferível, devido a
sua maior entrega térmica possibilitando maiores velocidades de soldadura para a mesma
intensidade de corrente e redução de aprisionamento de óxido cuproso no banho em fusão
durante o processo. Comparativamente ao Árgon, soldadura utilizando Hélio como gás de
proteção, têm maior profundidade de penetração.
Misturas de Árgon e Hélio, resultam em características de soldadura intermédias. Para
soldadura em posição diferente da posição ao baixo, misturas de 65 a 75% He e Árgon
promovem bom equilíbrio entre elevado poder de penetração do Hélio, e a facilidade de
controle do banho de fusão do Árgon. Dentro destes valores, o caudal de gás necessário varia
entre 7.1 à 19 l/min, aumentando para secções de espessura maior, a medida que a
intensidade de corrente também aumenta.
1g.3)- Tipo de Corrente
No processo TIG, emprega-se preferencialmente corrente contínua polaridade negativa
(CCEN). Para determinadas aplicações as correntes contínua polaridade positiva (CCEP) e
corrente alternada (CA) revelam-se vantajosas face a CCEN embora comprometam o tempo
de vida do eléctrodo.
A CCEN é maioritariamente utilizado no TIG devido a sua maior capacidade de penetração
entre as três polaridades. Isto deve-se ao facto de cerca de 30% do calor total gerado ser
produzido no eléctrodo é 70% na peça. O banho de fusão formado é estreito e profundo o que
pode ser indesejável para peças de seção muito fina. Contrariamente as outras polaridades,
CCEN, não proporciona ação de limpeza dos óxidos superficiais no banho de fusão, o que é
prejudicial em determinadas aplicações, tal como soldadura de alumínio e suas ligas. Para
este tipo de corrente, é utilizando eléctrodo de Tungsténio puro, há oscilação de pontos
catódicos na superfície do mesmo, causando assim, instabilidade do arco.
104
No caso de CCEP, 70% do calor total gerado é produzido no eléctrodo e 30% na peça. Isto
resulta em menor profundidade de penetração, e maior largura de penetração. Embora o arco
nesta situação tenha menor temperatura, esta aplicação tem interesse nas situações em que se
pretende baixa profundidade de penetração, mas eficiente remoção dos óxidos superficiais
que se formam no banho de fusão, devido a oscilação dos pontos catódicos. Tem grande
aplicação para a soldadura do alumínio, embora seja preferível soldar em CA, que tem efeito
similar, requer menor habilidade operatória do soldador e conduz correntes mais altas para o
mesmo eléctrodo.
A distribuição de calor total na CA é aproximadamente igual entre o eléctrodo e a peça, com
profundidades de penetração intermediário entre a CCEP e CCEN.
Devido a variação de tensão os extremos dos ciclos positivo e negativo, o arco extingue-se
sempre que o ponto nulo é intersectado, criando problemas de falta de fusão. Este problema
pode ser ultrapassado se se aplicar fontes de potencia de CA com onda quadrada.
A CA produz uma excelente ação de limpeza dos óxidos superficiais no banho de fusão,
sendo uma ótima solução na soldadura de alumínio, magnésio e cobre-berílio.
1g.4)- Eléctrodos
Segundo a norma EN ISO 6848, os eléctrodos de Tungsténio, são classificados em função
dos óxidos adicionados. Pretende-se com estas adições aumentar a termoemissividade do
eléctrodo, aumentar a gama de intensidade de utilização, devido ao aumento da
condutibilidade eléctrica, diminuir o efeito de Joule, aumentar o tempo de vida do eléctrodo,
diminuir a temperatura de fusão e melhorar a estabilidade do arco.
Na soldadura de cobre e suas ligas, obtém-se melhores resultados, maiores tempos de vida,
com eléctrodos com adições de 2% de Tório (EWTh-2). A adição deste elemento no
Tungsténio puro, permite maior capacidade termoemissiva, maior potência do arco,
utilização de maiores correntes de soldadura, maior resistência à contaminação, maior
temperatura de fusão e muito boa estabilidade de arco e escorvamento em DC.
Comparativamente a outras classes de eléctrodos, este são de difícil contaminação.
A preparação dos eléctrodos EWTh-2, deve garantir uma forma cónica com ângulo de 60°, e
a ponta do eléctrodo deve ser truncada com um diâmetro aproximado a 1/3 do diâmetro do
eléctrodo.
105
2- Gerar potenciais causas do problema (Diagrama de Causa-Efeito)
Após identificados os defeitos mais significativos, e analisados os factores que afectam a
soldabilidade e a respectiva soldabilidade do cobre, prosseguiu-se com a análise das causasefeito com base no Diagrama de Pareto, Figuras 3.6 e 3.7 respectivamente.
Embora se tenha concluído anteriormente que as Fendas ou Fissuras também contribuem
significativamente para a larga maioria dos defeitos, para o presente estudo estas
descontinuidades não serão abordadas, devido ao facto de terem origem metalúrgica, e não
através de deficiente técnica operatória (ver secção 3.3.2.1.1)
Figura 3.6: Diagrama de Ishikawa (Poros Esféricos)
106
Figura 3.7: Diagrama de Ishikawa (Falta de Penetração)
3- Identificação das causas raiz
A principal causa para o aparecimento de poros, deve-se ao cumprimento de uma
especificação do procedimento de preparação da peça, que se refere a marcação da área a
soldar com tinta (Figura 3.6).
Conforme a sub secções 3.3.2.2, superfícies impregnadas de gorduras e tintas, são
susceptíveis de porosidade devido a contaminação de agentes químicos.
As principais causas para o aparecimento de Falta de Penetração, conforme secção 3.3.2.5,
são a baixa entrega térmica e o aparecimento de óxido cuproso na superfície a soldar. Isto
deve-se ao facto de as operações de rebarbagem/preparação das superfícies a soldar são por
vezes realizadas com um intervalo muito grande entre a limpeza e a soldadura. Ora, isto
potencia o aparecimento de óxido cuproso, que irá migrar nos limites de grão e potenciará a
falta de penetração.
107
Figura 3.6: Preparação da Peça à Soldar
A falta de qualificação dos operadores de soldadura, e a falta de um procedimento de
soldadura qualificado, aumentam a susceptibilidade de aparecimento de defeitos.
3.3.5- Improve
As atividades objetivo na fase Measure são:
1- Elaboração do plano de melhoria
2- Implementação do plano de melhoria
3- Estimação dos novos níveis de desempenho
Conforme referido na sub - secção 2.4.1.4, e na lista de atividade objectivo acima referida, a
fase Improve, destina-se ao teste de possíveis soluções para os potenciais problemas. Depois
de testadas, são selecionadas e implementadas as melhores soluções, e de seguida determinase a nova capacidade do processo bem como o Value Stream inerente à solução
implementada.
Por motivos alheios a minha vontade, nomeadamente incumprimento de prazos por parte da
entidade acolhedora do projeto e a não realização até à data dos ensaios necessários para os
testes, não foi possível concluir a fase Improve, bem como implementação e desenvolvimento
de ações de controle do processo, que deveriam ser elaborados na fase Control. No entanto
108
listo abaixo, um conjunto de problemas operacionais que afectam diretamente a qualidade da
soldadura com base no processo TIG. Os ensaios que estavam previstos teriam por base estes
pressupostos.
3.3.5.1- Problemas Operacionais do Processo TIG
Os problemas operacionais influenciam diretamente a qualidade da junta soldada. Alguns dos
problemas, podem causados pela técnica operatória, e outros pela falta de limpeza das
superfícies à soldar. Existem entretanto casos mais complexos e não tão fáceis de detectar
como por exemplo a variação da penetração, ou da pureza do gás.
De forma geral, no processo TIG podem ser descritas as seguintes situações indesejáveis, e as
respectivas soluções:
3.3.5.1.1- Arco com comportamento instável:

Com eléctrodo de Tungsténio puro e em CCEN, os pontos catódicos oscilam
sobre a superfície do eléctrodo: utilizar eléctrodos com adições de Tório (Th) ou
Zircónio (Zr);

Materiais que formam filmes refractários, como o Alumínio por exemplo e sendo
soldados em CCEN: alterar a corrente para CA, verificando antes a máxima
corrente que pode ser utilizada para o novo eléctrodo;

O metal de base não foi devidamente limpo;

A junta é muito estreita, e consequentemente o arco oscila entre as faces do
chanfro;

O arco é muito alto;

O eléctrodo está contaminado, ou sujo: sendo a contaminação causada pelo metal
fundido, a parte contaminada deve ser removida;

O eléctrodo é de diâmetro muito grande para a corrente utilizada: a densidade de
corrente é muito baixa e o arco não se mantém ou apresenta comportamento
instável;

O contacto eléctrico entre o eléctrodo e a tocha é deficiente;
109
3.3.5.1.2- Contaminação do metal de base pelo eléctrodo

O arco é escorvado através de contacto do eléctrodo à peça: deve-se recorrer à
escorvamento por alta frequência;

A ponta do eléctrodo funde: a corrente do eléctrodo é excessiva, e/ou a polaridade do
eléctrodo; trocar o eléctrodo de Tungsténio puro para eléctrodo com adições de Th ou
Zr; verificar a polaridade utilizada;

O eléctrodo apresenta fissuras ou outro tipo de defeito metalúrgico;
3.3.5.1.3- Desgaste rápido do eléctrodo

O arco é escorvado através de contacto entre o eléctrodo e a peça: deve-se
recorrer ao escorvamento por alta frequência;

Não há devida proteção gasosa e o eléctrodo oxida-se: manter o gás fluído após
extinção do arco 1 s para cada 10 A; aumentar a vazão do gás; verificar fugas ou
interrupções na vazão do gás.

O eléctrodo está em CCEP: trocar a polaridade; operar com intensidades mais
baixas;

O eléctrodo está contaminado;

Sobreaquecimento da tocha: mau contacto eléctrico; falta de refrigeração
adequada.
3.3.5.1.4- Porosidade na soldadura

O gás apresenta impurezas acima do máximo permitido: geralmente o gás de
proteçãoo deve ser puro 99,9 % puro e não pode conter mais de 11,4 ppm (partes por
milhão) de vapor de água por volume;

As mangueiras ou tubos apresentam contaminação: fluir o gás algum tempo antes de
iniciar o arco; verificar se as mangueiras são de material adequado e não foram
utilizadas para acetileno ou água;

O metal de base não foi devidamente limpo e desumidificado.
110
3.3.5.2- Control
As atividades objetivo na fase Measure são:
1- Elaboração/revisão de procedimentos que reflitam as ações de melhoria
2- Definição e implementação de mecanismos de controlo
Conforme referido anteriormente, as fases Improve e Control, não foram concretizadas.
No entanto no Quadro abaixo, listam-se alguns indicadores, que devem ser tidos em conta
aquando do controlo do processo.
Quadro 3.6: Indicadores de controlo
Imperfeições
Fissuração
Fusão
incompleta
Falta de
penetração
Inclusões















Porosidades





Bordos
Queimados
Falta de
enchimento




Causas
Problemas metalúrgicos
Óxidos na superfície
Morfologia do passe anterior
Escória entre cordões
Geometria do chanfro
Parâmetros de soldadura
Óxidos na superfície
Geometria do Chanfro
Preparação incorreta entre passes
Parâmetros de soldadura
Limpeza incorreta entre passes
Morfologia do cordão
Geometria do chanfro
Parâmetros de soldadura
Superfícies contaminadas (óleos e
massas lubrificantes, tintas e outros
revestimentos, humidade,
galvanizados)
Proteção gasosa inadequada ou
contaminada
Comprimento de stick-out incorreto
Revestimento e fluxos
contaminados
Controlo da altura do arco-eléctrico
Escorvamentos em local incorreto
Relação incorreta entre parâmetros
eléctricos e a velocidade de
soldadura
Altura de arco-eléctrico excessiva
Técnica operatória
Parâmetros de soldadura
Técnica operatória
111
Processo
TIG / GTAW/ WIG / 141
(continuação) :Quadro 3.4: Indicadores de controlo
Sobreposição ou
desbordo
Convexidade
Sobre-espessura
Golpe de
escorvamento
Grainhas







Parâmetros de soldadura
Técnica operatória
Parâmetros de soldadura
Técnica operatória
Parâmetros de soldadura
Técnica operatória



Arco-eletrico instável
Altura de arco excessiva
Stick-out excessivo
112
IV- CONCLUSÕES
O Seis Sigma, revela-se, uma abordagem poderosa, que combina um conjunto de princípios e
práticas oriundos de várias áreas de conhecimento convergentes à Gestão da Qualidade.
A redução dos defeitos nos outputs, conseguida através do Seis Sigma, perspectiva às
empresas, o aumento da vantagem competitiva. No entanto a sua aplicação requer a seleção
de um projeto que maximize o retorno e que tenha possibilidade de sucesso.
O Seis Sigma está assente na concretização de ciclos DMAIC e o DFSS em ciclos DMADV
O DMAIC, aplica-se sobretudo a programas de melhoria e/ou resolução de problemas em
entidades existentes, enquanto que o DFSS, é utilizado para conceber e desenvolver novas
entidades. Esta distinção não é em muitos casos reais tão clara.
As fases Define no DMAIC e do DMADV são semelhantes. Ambas consistem na definição
do projeto e mapeamento dos requisitos dos clientes.
A fase Measure e Analyse do DMADV, difere das mesmas no DMAIC; pelo facto de
transformar a voz do cliente em requisitos funcionais, e no DMAIC, consiste na medição e
análise dos dados do processo de forma a encontrar as causas raiz do problema. A grande
diferença, está no facto de nestas fases, no DMAIC há um processo que já pode ser medido
enquanto que do DMADV ainda se procura requisitos para o novo projeto.
As restantes fases dos ciclos são semelhantes.
O metodologia DMADV revela-se mais flexível que o DMAIC.
Comparando o DMAIC com o PDCA, mostrou-se que ambos são compostos pela premissa
de que as ações devem ser realizadas com base em factos reais provados por dados
quantitativos.
As fases Define, Measure e Analyse do DMAIC, coincidem com uma única fase Plan do
PDCA. A fase Measure sugere que as melhorias sejam realizadas utilizando, se necessário,
análises que sustentem a efetividade das mesmas. No PDCA estas atividades não são
sugeridas paralelamente. Com isto, a probabilidade de maior sucesso em projetos de melhoria
entre o DMAIC e o PDCA é atribuída ao DMAIC.
113
Dentro do caso de estudo, e com base na utilização estruturada de parte do conjunto de
técnicas e ferramentas inerentes à metodologia Seis Sigma, foi possível identificar os defeitos
com maior frequência de ocorrência na soldadura de cobre com base no processo TIG, bem
como determinar as causas inerentes aos mesmos.
Muito embora não tenha sido possível concluir as fases Improve e Control, por motivos
alheios a minha vontade, foi possível listar um conjunto de ações de melhoria que visam
combater as causas determinadas. Isto permitiu aferir sobre as vantagens da utilização dos
princípios e métodos do Seis Sigma, assentes no ciclo DMAIC, à melhoria da qualidade
aplicado a soldadura.
114
V- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ANSI/AWS 3.0:1994: Termos e Definições de Soldadura Normalizadas. - American
Welding Society, Miami, E.U.A.

ASM Handbook (1993) : Welding Brazing and Soldering Volume 6 - American
Society for Metals International, E.U.A.

Brassard, M. (1996). The Memory Jogger + Featuring the Seven Management and
Planning Tools, Goal/QPC,Manor Parkway, USA.

Breyfogle III, F.W. (2003). Implementing Six Sigma: Smarter Solutions Using
Statistical Methods, John Wiley & Sons, New Jersey, NJ, USA.

Carvalho, C. E. V. (2008). A Melhoria da Qualidade Suportada na Metodologia Seis
Sigma: O Caso da Tecnimaster. Tese de Mestrado, Universidade Fernando Pessoa,
Portugal.

Chinvigai, C. H., Dafaoui, E., El Mhamedi, A. (2010). ISO 9001: 2000/2008 and
Lean-Six Sigma Integration Toward to CMMI-DEV for Performance Process
Improvement. Comunicação apresentada no 8th
International Conference of
Modeling and Simulation, Tunisia.

Cronemyr, P. (2007). DMAIC and DMADV – Differences , Similarities and
Synergies, Int. J. Six Sigma and Competitive Advantage, Vol. 3, Nº 3, pp. 193 –
2009.

Montegomery, D. C. (2012). Statistical Quality Control, John Wiley & Sons, New
Jersey, NJ, USA.

EN ISO 10042:2005: Welding – Arc-Welded Joints in Aluminium and its Alloys –
Quality Levels for Imperfections – International Organization for Standardization,
Geneva, Switzerland.
115

EN ISO 15614-6:2006: Specification and Qualifications of Welding procedures for
Metallic Materials – Welding Procedure Test – Part 6: Arc and Gas Welding of
Copper and its Alloys – International Organization for Standardization, Geneva,
Switzerland.

EN ISO 4063: 1998: Welding and Allied Processes – Nomenclature of Processes and
Reference Numbers. - International Organization for Standardization, Geneva,
Switzerland.

EN ISO 6520-1:2007: Welding and Allied Processes – Classification of Geometric
Imperfections in Metallic Materials. – International Organization for Standardization,
Geneva, Switzerland.

Fernandes, I. (2010). Documento de apoio a formação: Pós-Graduação em
Engenharia da Soldadura , Instituto de Soldadura e Qualidade, Portugal.

Fernandes, I. E Góis, R. (2007). Documento de apoio a formação: Pós-Graduação
em Engenharia da Soldadura , Instituto de Soldadura e Qualidade, Portugal.

Franz, L., Caten, C. (2003). Uma Discussão Quanto à Relação Entre os Métodos
DMAIC e PDCA. III Semana de Engenharia de Produção e Transportes. Porto Alegre

Hahn, G., Doganaksoy, N., Hoerl, R. (2000). The Evolution of Six Sigma. Quality

Harry, M. E Schroeder, R. (2000). Six Sigma: The Breakthrough Management
Strategy Revolutionizing the World´s Top Corporation. New York: A Currency Book
Published by Doubleday, a Division of Random House, Inc.

ISO/FDIS 857-1: 1998(E/F): Welding and Allied Processes Vocabulary –
International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland.

John, A., Meran, R., Roenpage, O. E Staudter, C. (2008). SiX Sigma + Lean Toolset,
Frankfurt : Springer.
116

Machado, I. G. (1996). Soldagem & Técnicas Conexas : Processos, Porto Alegre:
Editado do Autor.

Marques, P. A. (2011). Documento de apoio as aulas de Gestão da Qualidade.
Universidade Católica Portuguesa, Portugal.

Marques, P.A., Saraiva, P.M. e Requeijo, J.G. (2006), Projecto para Seis Sigma
(DFSS), In: Paiva, A.L e Capelas, L., Manual Prático para a Certificação e Gestão
da Qualidade com base nas Normas ISO 9000:2000, Verlag Dashofer, Lisboa,
Capítulo 13.21.

Park, S. H. (2003). Six Sigma for Quality and Productivity Promotion, Tokyo : Asian
Productivity Organization.

Pereira, Z. L. e Requeijo, J. G. (2008). Planeamento e Controlo Estatístico de
Processos, Lisboa: Prefácio.

Pyzdek, T. (2003). The Six Sigma Handbook, New York : McGraw-Hill.

Sanders, D. Hild, C. E Cooper, T. (2000). SixSigma on Continuous Processes: How
and Why it Differs. Quality Enginnering, vol. 13: 1 – 9.

Vilaça, P. (2010). Documento de apoio a formação: Pós-Graduação em Engenharia
da Soldadura , Instituto de Soldadura e Qualidade, Portugal

Wang, H. (2008). A Review of Six Sigma Approach: Methodology, Implementation
and Future Research. IEEE.
117
VI- ANEXOS
118
ANEXO A: Declaração de Projeto
119
ANEXO B: Mapeamento do processo
120
ANEXO C: In Scope Out-of-Scope
121
ANEXO D : Exemplos de Determinação de Percentagem de Porosidade
No Quadro seguinte, as Figuras A.1 – A.10, ilustram diferentes percentagens de porosidade.
Este quadro serve de auxilio, aquando da determinação de porosidades na secção transversal
de uma junta.
A.1
0,5 %
A.2
1,0 %
A.3
2%
A.4
3%
122
A.5
4%
A.6
6%
A.7
8%
A.8
10 %
A.9
15 %
A.10
20 %
123
124