Determinação da qualidade da radiografia digital aplicada às soldas de gasodutos e oleodutos terrestres e marítimos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Aspectos metalúrgicos de revestimentos em dutos depositados com a superliga de níquel ERNiCrMo-4 pelos processos MIG convencional e MIG com adição de arame frio

Este trabalho estuda o perfil metalúrgico de revestimentos em dutos depositados pelos processos MIG C e MIG AF. A indústria petroquímica, e outras que utilizam dutos como meio de transporte de seus insumos, depara-se com um grande desafio: como aumentar a vida útil desses dutos em um ambiente severo de trabalho. No caso específico da petroquímica, os dutos servem como meio de transporte para petróleo e gás, que são produtos extremamente agressivos às paredes internas desses tubos que sofrem degradação por corrosão causada, principalmente, pela composição química, pressão e temperatura desses produtos. Nesse contexto a soldagem de revestimentos realizada com ligas à base de Níquel, torna-se uma excelente opção para a construção, reparo e manutenção de equipamentos cuja aplicação seja voltada a ambientes severos de trabalho, tornando possível aperfeiçoar as características requeridas, como por exemplo, a resistência à corrosão. É nesse cenário que surge o mote para a realização desta pesquisa, baseada em trabalhos que indicam que o processo de soldagem MIG/MAG com o da adição de arame frio possui a finalidade de avaliar as características metalúrgicas do revestimento em dutos depositados pelo processo derivativo MIG convencional – MIG-C e MIG com adição de arame frio – MIG AF – utilizando a liga de Níquel ERNiCrMo-4 em dutos de aço carbono. As soldas foram depositadas em dutos de diâmetro de 228,6 mm, formando uma camada de revestimento interno de quatro passes, divididos em três segmentos da circunferência do duto, em três diferentes energias de soldagem: 1,1; 0,9 e 0,7 kJ/mm. Desses segmentos retiraram-se corpos de prova dos dutos para a produção das amostras. Após a metalografia, realizada nas amostras, seguiu-se com a análise e caracterização ao microscópio óptico, microscópio eletrônico de varredura e ensaio de microdureza. Os revestimentos apresentaram excelente qualidade superficial para todos os pacotes operacionais aplicados na obtenção das soldas. As análises das regiões estudadas: metal de base; zona parcialmente misturada e zona termicamente afetada, mostraram-se compatíveis com os da literatura estudada, tanto para o MIG com adição de arame frio, quanto para o convencional. Na ZTA, foram observados valores de Tungstênio em torno de 1,0%, o aumento dos níveis de dureza foi creditado a esse fato. Os resultados de microdureza indicaram que para ambos os casos, MIG C e MIG AF, nas 4 regiões analisadas ocorreram de maneira semelhante, sendo a região da ZTA a que apresentou maiores valores na faixa de 400 a 500 HV, enquanto que nas demais regiões a faixa ficou entre 250 a 350 HV. Os resultados indicam que o processo com arame frio, MIG AF, mostrou-se tão eficiente quanto o convencional, MIG C. A energia de soldagem aumentou a diluição de Fe no metal de solda. Precipitados ricos em Mo e Cr foram encontrados no metal de solda.

Estudo da técnica de enchimento de chanfro do aço naval pelo processo GMAW-CW

Nesse trabalho estudou-se a viabilidade operacional e as características econômicas e geométrica da técnica do processo de soldagem GMAW-CW (alimentação adicional de um arame frio) em comparação Gas Metal Arc Welding (GMAW). O sistema de alimentação de arame frio foi projetado e adaptado a pistola de soldagem MIG/MAG. Utilizou-se uma fonte eletrônica de múltiplos processos ajustada em tensão constante e CC+, a proteção gasosa foi uma mistura 75%Ar+25%CO² e CO² comercialmente puro. O arame utilizado foi o da classe ER70S-6 com diametro de 1,2 mm para o arame eletrodo e 1,0 mm para o arame frio, os dois arames foram alimentados em cabeçotes independentes. As variáveis operacionais de entrada foram: a velocidade de alimentação de arame energizado, em três níveis, 4, 6 e 8 m/min e a velocidade de alimentação do arame frio em 50%, 60% e 70% da velocidade de alimentação do arame energizado. As soldagens foram automatizadas em simples deposição no sentido empurrando e o posicionamento do arame frio, em um único nível, Tandem em chanfro em “U” de chapas de aço ASTM 1020. As variáveis de resposta utilizadas foram: inspeção superficial dos cordões; análise da geometria (largura, penetração, reforço e diluição) da solda e econômicas (taxa de fusão, taxa de deposição, rendimento e custo operacional). Os resultados indicaram que para a análise superficial, com o uso do gás Ar25%CO² a superfície dos cordões mostraram-se mais homogêneas em relação ao CO² e com menor índice de salpicagem, para a análise das características econômicas, o processo GMAW-CW sempre foi superior ao processo convencional, quanto aos custos operacionais o processo convencional mostrou-se menor, porém não houve o preenchimento do chanfro, o que ocorreu com a utilização do processo GMAW-CW.

Estudo da viabilidade operacional do processo de soldagem MAG com alimentação adicional de arame frio

Este trabalho apresenta um estudo experimental da viabilidade operacional, econômica, geométrica e da qualidade da solda com o uso do processo intitulado MAG-CW (Metal Active Gas–Cold Wire); entendido como: processo de soldagem MAG com adição de arame frio ou não energizado. Neste contexto, para o desenvolvimento deste trabalho utilizou-se os processos de soldagem MAG e o MAG-CW, sendo utilizados arames consumíveis sólidos de 1,2 mm de diâmetro, da classe AWS E-70S6 e o dióxido de carbono puro, CO², como gás de proteção com vazão de 17 l/min, para os dois processos empregados. A soldagem automatizada foi realizada com o auxílio de uma fonte eletrônica ajustada em CC⁺, no modo tensão constante e interfaceada a um microcomputador. Para ambos os processos, os cordões de solda foram depositados sobre corpos de prova de aço carbono SAE 1020 medindo 76x155x12,7 mm, com passes em simples deposição, na posição plana puxando e empurrando o arco voltaico. Para o processo MAG-CW adicionouse o arame frio, na região do arco elétrico, por um sistema de alimentação auxiliar de arame de forma seqüencial Tandem e Twin, também, na posição plana. As variáveis de influência foram a Velocidade de Alimentação do Arame-Eletrodo, VAE, que variou em três níveis: 6, 7,5 e 9 m/min, respectivamente, a Velocidade de Alimentação de Arame Frio, VAF, que também variou em três níveis, sendo: 3, 4 e 5 m/min combinadas com VAE. As variáveis de resposta para a avaliação experimental foram a estabilidade do arco elétrico, as características econômicas, as características geométricas e a qualidade superficial do cordão de solda. Os resultados mostraram satisfatória estabilidade do arco, bem como, elevada produção em relação ao processo MAG e bom aspecto superficial das soldas. Neste sentido, o processo MAG-CW, quando comparado ao processo MAG, foi superior na taxa de fusão (TF) em 57% para a VAE igual a 6 m/min, 59 % para VAE igual a 7,5 m/min e de 53 % para a VAE igual a 9 m/min. Observou-se, ainda, que o mesmo ocorreu para a taxa de deposição (TD) aumentando em todos os níveis de velocidade: 62% para a VAE na condição igual a 6 m/min e 7,5 m/min e de 57 % para a VAE na condição igual a 9 m/min. A boa performance no aumento das taxas obtidas pelo processo MAG-CW demonstra vantagem, com maior evidência no desempenho destas características, em função da adição de arame frio ao arco.

Application of pulsed Nd:YAG laser in thin foil microwelding

Experimental investigations were carried out using a Nd:YAG laser operating in pulsed mode for welding a lap joint between thin foil and thick sheet. The pulse energy was varied from 1.5 to 3.0 J at increments of 0.25 J with a 4 ms pulse duration. The base material used for this study was AISI 316L foils with 100 mu m thickness and sheet with 3.0 mm thickness. The welds were analysed by optical and electronic microscopy, tensile shear tests and micro hardness. The results indicate that pulse energy control is of considerable importance to join thin foil and thick sheet with good quality. The ultimate tensile strength of the welded joints increased at first and then decreased as the pulse energy increased. The process appeared to be very sensitive to the gap between couples. Large voids delimited by the molten zone boundary were observed in joints welded with high pulse energy.

Effects of laser beam energy on the pulsed Nd:YAG laser welding of thin sheet corrosion resistant materials

The aim of this study was to value the possibility to join, for pulsed Nd:YAG laser welding, thin foils lap joints for sealing components in corrosive environment. Experimental investigations were carried out using a pulsed neodymium: yttrium aluminum garnet laser weld to examine the influence of the pulse energy in the characteristics of the weld fillet. The pulse energy was varied from 1.0 to 2.5 J at increments of 0.25 J with a 4 ms pulse duration. The base materials used for this study were AISI 316L stainless steel and Ni-based alloys foils with 100 mu m thickness. The welds were analyzed by electronic and optical microscopy, tensile shear tests and micro hardness. The results indicate that pulse energy control is of considerable importance to thin foil weld quality because it can generate good mechanical properties and reduce discontinuities in weld joints. The ultimate tensile strength of the welded joints increased at first and then decreased as the pulse energy increased. In all the specimens, fracture occurred in the top foil heat-affected zone next to the fusion line. The microhardness was almost uniform across the parent metal, HAZ and weld metal. A slight increase in the fusion zone and heat-affected zone compared to those measured in the base metal was observed. This is related to the microstructural refinement in the fusion zone, induced by rapid cooling of the laser welding. The process appeared to be very sensitive to the gap between couples.

Influência da potência de laser Nd: YAG na soldagem do aço inoxidável duplex UNS S32205

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Avaliação da tenacidade à fratura em juntas soldadas circunferenciais de tubulações de processo

This work aims to analyze the toughness of a welded joint in the presence of a crack through the analysis of maximum tension the material can withstand the presence of this type of defect, since a discontinuity is likely to occur in this type of joint and its detection and its design is simple, using non-destructive testing techniques. The study will be conducted through the CTOD test - Crack-Tip Opening Displacement, with type specimens SE (B) - Single Edge Bend taken from a weld in the L-C position in relation to the length (longitudinal axis) of a test tube. The main idea is to simulate the welding conditions for the manufacture of industrial pipes, made in boiler shops (pipe-shop) within petrochemical plants. These pipes are often subject to operation with flammable and toxic subjected to high pressures and temperatures, where one can break the line can cause irreparable damage to the plant, the environment and the health of surrounding communities. With this study we evaluate whether the weld metal has the same properties as fracture toughness of the base material. This study shows the importance of using a qualified welding procedure for performing quality welds while maintaining the properties of the fracture toughness of the base metal. It was found from the results of tests using a welding procedure described for carrying out welding ensures mechanical properties very close to the base metal, which in terms of design is great, since one can ensure that the weld will the same characteristics of the base metal specified for the assembly of the pipe

Aplicação de adesivos estruturais em painéis de carros

The automobile industry is increasingly interested in reducing vehicle weight for greater speed, lower fuel consumption and emissions, through innovation of materials and processes. One way to do this is to seek the replacement of conventional processes by the use of structural adhesives. Structural adhesives are highly resistant materials, which can replace rivets, bolts and welds allowing the substrate / adhesive assemble is stronger than the substrate itself. One of the major advantages of gluing with respect to welding is its esthetic appearance, since it does not leave marks. For this reason, parts to be soldered require a minimum thickness so that the marks do not appear, since the pieces from gluing have no restriction as to the thickness. By replacing the vibration welding process for gluing process of the instrument panel parts of an automobile, one obtains a reduction of the thickness of the parts and therefore it decreases the weight of the car. This work aims to study the various structural adhesives that already exist on the market to be applied on the instrument panel. The mechanical test performed to measure the maximum adhesive strength was the Lap Shear Test at 23°C (room temperature), -35°C and 85°C. The types of adhesives used were the hot-melt and the bi-component. By the results obtained, it is in favor using the bi-component for application to the union of instrument panel parts

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

Influência do aporte térmico da soldagem GTAW no balanço de fases Ferrita/Austenita do Aço Inoxidável Duplex UNS S32205

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF FOLDED PLATE GIRDERS AND SLAB JOINTS USED IN MODULAR CONSTRUCTION

The folded plate girder, a newly proposed bridge girder, is investigated through this thesis. The folded plate girder is cold bent out of a single sheet of steel. The cold bending eliminates the costly and inconsistent shop welds found in traditional girders. The folded plate girder is meant for application in short span bridges. The girder was subjected to an equivalent 75 year lifetime loading to investigate the fatigue performance. The rebar detail used in the closure region between adjacent slabs has been investigated in the past by the NCHRP 12-68 project. This thesis will proposes a hooked rebar detail as a cost effective alternative to the previously recommended headed rebar detail. The proposed hooked rebar detail looks to improve upon the headed bar detail by increasing the clear cover, and reducing the cost of fabrication and shipment of the rebar. Six specimens containing closure regions are subjected to both positive and negative moment loading in order to investigate their behavior and failure modes under ultimate load.

Predicting Delta Ferrite Content in Stainless Steel Castings

The distribution of delta ferrite fraction was measured with the magnetic method in specimens of different stainless steel compositions cast by the investment casting (lost wax) process. Ferrite fraction measurements published in the literature for stainless steel cast samples were added to the present work data, enabling an extensive analysis about practical methods to calculate delta ferrite fractions in stainless steel castings. Nineteen different versions of practical methods were formed using Schaeffler, DeLong, and Siewert diagrams and the nickel and chromium equivalent indexes suggested by several authors. These methods were evaluated by a detailed statistical analysis, showing that the Siewert diagram, including its equivalent indexes and iso-ferrite lines, gives the lowest relative errors between calculated and measured delta ferrite fractions. Although originally created for stainless steel welds, this diagram gives relative errors lower than those for the current ASTM standard method (800/A 800M-01), developed to predict ferrite fractions in stainless steel castings. Practical methods originated from a combination of different chromium/nickel equivalent indexes and the iso-ferrite lines from Schaeffler diagram give the lowest relative errors when compared with combinations using other iso-ferrite line diagrams. For the samples cast in the present work, an increase in cooling rate from 0.78 to 2.7 K/s caused a decrease in the delta ferrite fraction, but a statistical hypothesis test revealed that this effect is significant in only 50% of the samples that have ferrite in their microstructures.

Fatigue crack growth assessments in welded components including crack closure effects: Experiments and 3-D numerical modeling

This work provides a numerical and experimental investigation of fatigue crack growth behavior in steel weldments including crack closure effects and their coupled interaction with weld strength mismatch. A central objective of this study is to extend previously developed frameworks for evaluation of crack clo- sure effects on FCGR to steel weldments while, at the same time, gaining additional understanding of commonly adopted criteria for crack closure loads and their influence on fatigue life of structural welds. Very detailed non-linear finite element analyses using 3-D models of compact tension C ( T ) fracture spec- imens with center cracked, square groove welds provide the evolution of crack growth with cyclic stress intensity factor which is required for the estimation of the closure loads. Fatigue crack growth tests con- ducted on plane-sided, shallow-cracked C ( T ) specimens provide the necessary data against which crack closure effects on fatigue crack growth behavior can be assessed. Overall, the present investigation pro- vides additional support for estimation procedures of plasticity-induced crack closure loads in fatigue analyses of structural steels and their weldments

Effects of specimen geometry and loading mode on crack growth resistance curves of a high-strength pipeline girth weld

This work presents an investigation of the ductile tearing properties for a girth weld made of an API 5L X80 pipeline steel using experimentally measured crack growth resistance curves. Use of these materials is motivated by the increasing demand in the number of applications for manufacturing high strength pipes for the oil and gas industry including marine applications and steel catenary risers. Testing of the pipeline girth welds employed side-grooved, clamped SE(T) specimens and shallow crack bend SE(B) specimens with a weld centerline notch to determine the crack growth resistance curves based upon the unloading compliance (UC) method using the single specimen technique. Recently developed compliance functions and η-factors applicable for SE(T) and SE(B) fracture specimens with homogeneous material and overmatched welds are introduced to determine crack growth resistance data from laboratory measurements of load-displacement records.