Estudo de tensões residuais em juntas soldadas utilizando o método dos elementos finitos

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Caracterização de juntas soldadas em PAW e GTAW de chapas finas em aço maraging 300 submetidas a vários reparos

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Procedimento de avaliação de integridade estrutural de juntas soldadas circunferenciais em tubulações submarinas rígidas submetidas à flexão.

A demanda crescente por energia tem motivado a procura por petróleo e gás natural em ambientes com condições extremas, como operações em águas profundas e o transporte de fluídos corrosivos. Avanços tecnológicos recentes favorecem o uso de tubos de aço contendo uma camada interna resistente a corrosão (comumente chamados de Lined ou Clad Pipes) para o transporte de tais fluidos agressivos. Além disso, as tubulações submarinas são sujeitas a condições de instalação muito severas e, um caso de interesse, é o procedimento de reeling que permite com que a fabricação e inspeção da tubulação seja feita em terra. Apesar de possuir vantagens econômicas, a avaliação da integridade estrutural e especificação dos tamanhos toleráveis de trinca em juntas soldadas, nestas condições, torna-se uma tarefa complexa, devido a natureza dissimilar dos materiais e ao grande nível de deformação plástica no processo. Dessa maneira, este trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de um procedimento de avaliação de forças motrizes elasto-plásticas em tubos contendo juntas soldadas circunferenciais sujeitos a flexão, para uma extensa gama de configurações geométricas. Dois métodos distintos foram desenvolvidos e analisados: a metodologia EPRI e o procedimento que utiliza a curva de tensão vs. deformação equivalente. As análises numéricas 3D fornecem os parâmetros de fratura necessários para a resolução do problema e a acurácia dos procedimentos é verificada a partir de estudos de casos e análises paramétricas.

Determinação do fator de rigidez de junta aparafusada em tração utilizando o software Excel

When a bolted joint is loaded in tension with dynamically, part of this load is absorbed by the bolt and rest is absorbed by the joint material. What determines the portion that is to absorbed by the bolt is the joint stiffness factor. This factor influences the tension which corresponds to pre-load and the safety factor for fatigue failure, thus being an important factor in the design of bolted joints. In this work, three methods of calculating the stiffness factor are compared through a spreadsheet in Excel software. The ratio of initial pre-load and the safety factor for fatigue failure depending on the stiffness factor graph is generated. The calculations for each method show results with a small difference. It is therefore recommended that each project case is analyzed, and depending on its conditions and the range of stiffness values, the more or less rigid method about the safety factor for fatigue failure is chosen. In general, the approximation method provides consistent results and can be easily calculated

Avaliação do comportamento em fadiga de juntas estruturais de ligas de Al2024T3 coladas com adesivo epóxi

Ligas de alumínio são extensamente usadas em partes aeronáuticas devido às boas propriedades mecânicas e baixa densidade. Estas partes devem ser unidas para formar conjuntos maiores. Uma junta estrutural é definida como um segmento de estrutura que provê um meio de transferir carga de um elemento estrutural para outro. A maioria das juntas aeronáuticas é mecanicamente fixada com múltiplos prendedores (parafusos ou rebites). Estas juntas apresentam uma alta concentração de tensões ao redor do prendedor, porque a transferência de carga entre elementos da junta acontece em uma fração da área disponível. Por outro lado, as cargas aplicadas em juntas adesivas são distribuídas sobre toda a área colada e reduz os pontos de concentração de tensão. Juntas são a fonte mais comum de falhas estruturais em aeronaves e quase todos os reparos envolvem juntas. Portanto, é importante entender todos os aspectos de projeto e análise de juntas. O objetivo deste trabalho é comparar estaticamente juntas estruturais de ligas de Al2024-T3 em três condições: juntas mecanicamente rebitadas, juntas coladas e uma configuração híbrida rebitada e colada. Foi usada a norma NASM 1312-4 para confecção dos corpos-de-prova. Além disso, foram conduzidos testes de fadiga, sob amplitude de carregamento constante e razão de tensão igual a 0,1 para avaliar a eficiência dos elementos estruturais durante sua vida em serviço. Os resultados mostraram que a configuração híbrida apresenta maior resistência estática e uma vida em fadiga superior à configuração colada.

Efeitos da vibração simultânea nas propriedades mecânicas de juntas de aço ASTM A131 soldadas pelo processo arame tubular (FCAW)

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Estudo em fadiga no aço API 5L X80 soldado pelo processo HF/ERW

The technological advancement in order to improve the methods of obtaining energy sources such as oil and natural gas is mainly motivated by the recent discovery of oil reserves. So, increasingly , there is a need for a thorough knowledge of the materials used in the manufacture of pipelines for transportation and exploration of oil and natural gas. The steels which follow the API standard (American Petroleum Institute), also known as high strenght low alloy (hsla), are used in the manufacture of these pipes, as they have, with their welded joints, mechanical properties to withstand the working conditions to which these ducts will be submitted . The objective of this study is to evaluate the fatigue behavior in microalloyed steel grade API 5L X80 welded by process HF / ERW . For this, axial fatigue tests to obtain S-N curve (stress vs. number of cycles ) were conducted. To complement the study, it was performed metallographic , fractographic , Vickers hardness tests and tensile tests to characterize the mechanical properties of the steel and check whether the values satisfy the specifications of the API 5L standard . From the fatigue tests , it was concluded that the surface finish influences directly on the fatigue life of the material

Estudo do comportamento em fadiga de um tubo de aço microligado, grau API 5L X70

This work focuses on a study on the fatigue behavior of a microalloyed steel API 5L X70, used in pipes lines to transport oil and gas. These types of steels have excellent mechanical resistance values and ductility and therefore increased their study driven by increased demand for oil and especially natural gas, which consequently raises the need to build new pipelines to transport these products. The oil extraction units, composed of the risers (pipelines connecting the oil well to the ship), are dimensioned to remain installed for periods of 20 to 30 years in the marine environment, a hostile environment for high pressure, corrosion, low temperatures and the stresses caused by the movement of water and tides. For analysis, the S-N (stress versus number of cycles) curves were obtained from data collected from bodies-of-proof cylindrical longitudinal, transverse and that one removed from the weld area of the pipe, tested in accordance with ASTM E466. Tensile tests were performed for characterizing the mechanical properties of the samples and welded joints, concluded that the values meet the specifications of the standard API 5L. To characterize microstructural material, also metallographic analysis was made of regions of the base metal and the HAZ. The results of fatigue tests demonstrated a higher life for the specimens removed from the longitudinal direction the pipe, followed by those in the transverse direction and, finally, the welded joint. The origins of the fatigue cracks were determined by scanning electron microscopy (SEM)

Avaliação da influência de aplicação de vibração mecânica na microestrutura e em características mecânicas de juntas do aço inoxidável martensítico CA6NM soldadas pelo processo FCAW

O aço inoxidável martensítico ASTM A743 CA6NM é utilizado para produzir componentes especiais para turbinas hidráulicas, devido às suas boas propriedades mecânicas combinadas com alta resistência à corrosão e cavitação e uma boa soldabilidade. As turbinas hidráulicas são produzidas por meio de múltiplos passes de solda em peças espessas obtidas por fundição. Durante a operação, estes componentes estão sujeitos à erosão por cavitação e trincas em regiões tensionadas, que são reparados também por meio de soldagem. Após o processo de soldagem, um tratamento térmico pós-soldagem é comumente utilizado para aliviar as tensões residuais. Porém, existem dificuldades significativas para a realização de tratamento térmico nas turbinas hidráulicas, tais como a complexidade da geometria de solda, a possibilidade de distorção no caso de quaisquer cargas mecânicas, dificuldade em aquecer simetricamente, e também o tratamento térmico pode causar degradação das propriedades do material. Assim, existe um grande interesse no desenvolvimento de procedimentos de soldagem que elevem a tenacidade ao impacto e evitem o tratamento térmico pós-soldagem. Neste trabalho, a aplicação de vibrações mecânicas durante e após a soldagem para aliviar tensões residuais foram avaliadas em juntas de aço inoxidável martensítico CA6NM soldadas pelo processo Flux Cored Arc Welding (FCAW). A utilização de vibrações mecânicas para reduzir e redistribuir as tensões residuais das estruturas soldadas através da aplicação de carga vibratória pode gerar muitos benefícios. Testes de impacto Charpy (-20 °C), ensaios de tração e dobramento foram realizados conforme ASME IX, e perfis de microdureza nas diferentes regiões da solda foram conduzidos para a caracterização mecânica das juntas soldadas. A caracterização microestrutural foi realizada utilizando difração de raios X, microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados de propriedades mecânicas das amostras vibradas atenderam as exigências especificadas por norma, na qual o processo com tratamento térmico é recomendado para a soldagem deste tipo de aço, visando atingir os níveis de tenacidade do material original. Com relação à microestrutura não foram observados alterações significativas para as amostras vibradas em comparação com a condição \"como soldado\", porém para a condição com tratamento térmico pós-soldagem foi observado uma pequena quantidade de austenita retida, que são precipitadas após o tratamento térmico e permanecem finamente distribuídas após o resfriamento e auxiliam no ganho de tenacidade das juntas soldadas.

Soldadura por fricção linear assistida por corrente elétrica

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Juntas entre perfis tubulares de aço

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil - Estruturas e Geotecnia

Desenvolvimento experimental e simulação numérica em soldadura por fricção linear assistida por corrente elétrica

A soldadura por fricção linear (SFL) é um processo de ligação no estado sólido com capacidade para soldar materiais dissimilares e ligas metálicas de baixa soldabilidade. Contudo, nas juntas soldadas com uma configuração topo-a-topo é possível o aparecimento de defeitos na raiz do cordão, nomeadamente, de falta de penetração e de alinhamentos de óxidos. Estes defeitos são responsáveis pela diminuição da resistência mecânica das juntas, sobretudo quando sujeitas a esforços de fadiga. Existem variantes do processo para eliminar este tipo de defeitos, no entanto, verificam-se algumas dificuldades tecnológicas e a competitividade do processo é afetada. No âmbito deste trabalho desenvolveu-se uma variante do processo designado soldadura por fricção linear assistida por corrente elétrica (SFLAE). Esta variante consiste em introduzir uma corrente elétrica de elevada intensidade na zona da raiz do cordão, por forma a que o calor gerado por efeito de Joule aqueça o material e aumente o fluxo visco-plástico nessa zona, tendo em vista atenuar ou eliminar os defeitos na raiz. Foram concebidas e produzidas ferramentas de SFL dedicadas, melhorado um modelo analítico do processo, realizadas simulações numéricas para permitir compreender alguns fenómenos físicos envolvidos no processo, e realizados ensaios experimentais de validação. A análise aos cordões permitiu observar uma diminuição da espessura dos defeitos na raiz em três ensaios realizados na liga AA1100 e AA6084-T6 usando intensidades de corrente de 300 A. Dos resultados de microdureza e de medição de condutividade elétrica é possível concluir que a microestrutura do material não é significativamente alterada pela passagem de corrente elétrica.

Estudo da microestrutura e da resistência à corrosão integranular em chapas soldadas de aços inoxidáveis austeníticos série 304L após goivagem ao arco elétrico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Investigação experimental da tenacidade em tubos de aço API 5L X70 soldados pelo processo HF/ERW

Studies about structural integrity are very important when it desires to prevent disasters associated with flaws inherent in materials used in structural components. The welded joints in steel pipes used to conduction and distribution of oil and gas correspond to the regions most susceptible to flaw. Aiming to contribute to this research line, the present study was designed to assess experimentally the structural integrity of welded joints in steel pipes API 5L X70 used in pipeline systems. This assessment is given from tests of CTOD, whose aim is simulate in laboratory the real behaviour of crack from of his propagation on the welded joint obtained by high frequency electric resistance welding. In this case, the analyses are performed from specimens SE(B) obtained directly of steel pipe API 5L X70. The proposed methodology involves tests of CTOD at lower temperature, in order to assess the toughness of material in critical operation conditions. From performance of CTOD tests, was possible assess the toughness of welded joints in terms of quantity through CTOD parameter and in terms of quality from behaviour of curve load versus CMOD. In this study, also, sought to compare CTOD’s results obtained through rules ASTM E1820 (2008) and BS 7448 (1991). Although the two standards cited previously have adopted different parameters to calculated the value of CTOD, concluded that the values of CTOD tend to converge for a common value