Influência do tempo de imersão em solução aquosa contendo H2S sobre a tenacidade de tubo API 5L X65 sour avaliada a partir de ensaio Charpy

Com o decorrer dos anos o consumo de petróleo e seus derivados aumentou significativamente e com isso houve a necessidade de se investir em pesquisas para descobertas de novas jazidas de petróleo como o pré-sal. Porém, não apenas a localização dessas jazidas deve ser estudada, mas, também, sua forma de exploração. Essa exploração e extração, na maioria das vezes, se dão em ambientes altamente corrosivos e o transporte do produto extraído é realizado através de tubulações de aço de alta resistência e baixa liga (ARBL). Aços ARBL expostos a ambientes contendo H2S e CO2 (sour gas) sofrem corrosão generalizada que promovem a entrada de hidrogênio atômico no metal, podendo diminuir sua tenacidade e causar falha induzida pela presença de hidrogênio (Hydrogen Induced Cracking HIC), gerando falhas graves no material. Tais falhas podem ser desastrosas para o meio ambiente e para a sociedade. O objetivo deste trabalho é estudar a tenacidade, utilizando ensaio Charpy, de um tubo API 5L X65 sour após diferentes tempos de imersão em uma solução saturada com H2S. O eletrólito empregado foi a solução A (ácido acético contendo cloreto de sódio) da norma NACE TM0284 (2011), fazendo-se desaeração com injeção de N2, seguida de injeções de H2S. Os materiais foram submetidos a: ensaios de resistência a HIC segundo a norma NACE TM0284 (2011) e exames em microscópio óptico e eletrônico de varredura para caracterização microestrutural, de inclusões e trincas. As amostras foram submetidas a imersão em solução A durante 96h e 360h, sendo que, após doze dias do término da imersão, foram realizados os ensaios Charpy e exames fractográficos. Foram aplicados dois métodos: o de energia absorvida e o da expansão lateral, conforme recomendações da norma ASTM E23 (2012). As curvas obtidas, em função da temperatura de impacto, foram ajustadas pelo método da tangente hiperbólica. Esses procedimentos foram realizados nas duas seções do tubo (transversal e longitudinal) e permitiram a obtenção dos seguintes parâmetros: energias absorvidas e expansão lateral nos patamares superior e inferior e temperaturas de transição dúctil-frágil (TTDF) em suas diferentes definições, ou seja, TTDFEA, TTDFEA-DN, TTDFEA-FN, TTDFEL, TTDFEL-DN e TTDFEL-FN (identificação no item Lista de Abreviaturas e Siglas). No exame fractográfico observou-se que o material comportou-se conforme o previsto, ou seja, em temperaturas mais altas ocorreu fratura dúctil, em temperaturas próximas a TTDF obteve-se fratura mista e nas temperaturas mais baixas observou-se o aparecimento de fratura frágil. Os resultados mostraram que quanto maior o tempo de imersão na solução A, menor é a energia absorvida e a expansão lateral no patamar superior, o que pode ser explicado pelo (esperado) aumento do teor de hidrogênio em solução sólida com o tempo de imersão. Por sua vez, os resultados mostraram que há tendência à diminuição da temperatura de transição dúctil-frágil com o aumento do tempo de imersão, particularmente, as TTDFEA-DN e TTDFEL-DN das duas seções do tubo (longitudinal e transversal). Esse comportamento controverso, que pode ser denominado de tenacificação com o decorrer do tempo de imersão na solução A, foi explicado pelo aparecimento de trincas secundárias durante o impacto (Charpy). Isso indica uma limitação do ensaio Charpy para a avaliação precisa de materiais hidrogenados.

Estudo das intempéries nas propriedades mecânicas e viscoelásticas de compósitos PPS/Fibras de carbono e EPOXI/Fibras de carbono de uso aeronaútico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo experimental do comportamento à fratura frágil em aços estruturais ferríticos e aplicações à determinação da curva mestra.

Este trabalho apresenta uma investigação experimental sobre o comportamento à fratura frágil de aços estruturais ferríticos, ASTM A285 Gr C e ASTM A515 Gr 65. Os resultados deste trabalho ampliam a base de dados de propriedades mecânicas utilizadas nas análises de integridade de estruturas pressurizadas tais como vasos de pressão e tanques de armazenamento construídos com esta classe de material. O trabalho tem por objetivo também avaliar a aplicabilidade de corpos de prova de dimensões reduzidas, PCVN, na determinação da temperatura de referência, T0, por meio da metodologia da Curva Mestra, a qual define a dependência da tenacidade à fratura do material em função da temperatura. Os ensaios de tenacidade à fratura foram conduzidos utilizando-se corpos de prova solicitados em flexão três pontos com geometria SE(B), PCVN e PCVN com entalhe lateral, extraídos de chapas laminadas. Os resultados dos ensaios foram obtidos em termos de integral J no momento da instabilidade, denotados por Jc. Dados adicionais de resistência à tração e de Impacto Charpy convencional também foram obtidos para caracterizar o comportamento mecânico dos aços utilizados. Os resultados mostraram uma forte influência da geometria dos corpos de prova sobre os valores de Jc, evidenciada pela grande variação nos valores de tenacidade à fratura.

Aplicação de um método de correlação de imagem para a determinação da tenacidade à fratura em corte de adesivos estruturais

Qualquer estrutura hoje em dia deve ser resistente, robusta e leve, o que aumentou o interesse industrial e investigação nas ligações adesivas, nomeadamente pela melhoria das propriedades de resistência e fratura dos materiais. Com esta técnica de união, o projeto de estruturas pode ser orientado para estruturas mais leves, não só em relação à economia direta de peso relativamente às juntas aparafusas ou soldadas, mas também por causa da flexibilidade para ligar materiais diferentes. Em qualquer área da indústria, a aplicação em larga escala de uma determinada técnica de ligação supõe que estão disponíveis ferramentas confiáveis para o projeto e previsão da rotura. Neste âmbito, Modelos de Dano Coesivo (MDC) são uma ferramenta essencial, embora seja necessário estimar as leis MDC do adesivo à tração e corte para entrada nos modelos numéricos. Este trabalho avalia o valor da tenacidade ao corte (GIIC) de juntas coladas para três adesivos com ductilidade distinta. O trabalho experimental consiste na caracterização à fratura ao corte da ligação adesiva por métodos convencionais e pelo Integral-J. Além disso, pelo integral-J, é possível definir a forma exata da lei coesiva. Para o integral-J, é utilizado um método de correlação de imagem digital anteriormente desenvolvido para a avaliação do deslocamento ao corte do adesivo na extremidade da fenda (δs) durante o ensaio, acoplado a uma sub-rotina em Matlab® para a extração automática de δs. É também apresentado um trabalho numérico para avaliar a adequabilidade de leis coesivas triangulares aproximadas em reproduzir as curvas força-deslocamento (P-δ) experimentais dos ensaios ENF. Também se apresenta uma análise de sensibilidade para compreender a influência dos parâmetros coesivos nas previsões numéricas. Como resultado deste trabalho, foram estimadas experimentalmente as leis coesivas de cada adesivo pelo método direto, e numericamente validadas, para posterior previsão de resistência em juntas adesivas. Em conjunto com a caraterização à tração destes adesivos, é possível a previsão da rotura em modo-misto.

Comparação dos métodos ENF e 4-ENF para determinação da tenacidade ao corte de juntas adesivas

Ao longo destes últimos anos as ligações adesivas têm vindo a verificar um aumento progressivo em aplicações estruturais em detrimento das ligações mecânicas convencionais. Esta alteração de paradigma deve-se às vantagens que as juntas adesivas possuem relativamente aos outros métodos de ligação. A mecânica da fratura e os Modelos de Dano Coesivo (MDC) são critérios comuns para prever a resistência em juntas adesivas e usam como parâmetros fundamentais as taxas de libertação de energia. Pelo facto do ensaio 4-Point End Notched Flexure (4-ENF), aplicado em juntas adesivas, ainda estar pouco estudado é de grande relevância um estudo acerca da sua viabilidade para a determinação da taxa crítica de libertação de energia de deformação ao corte (GIIc). Esta dissertação tem como objetivo principal efetuar uma comparação entre os métodos End- Notched Flexure (ENF) e 4-ENF na determinação de GIIc em juntas adesivas. Para tal foram utilizados 3 adesivos: Araldite® AV138, Araldite® 2015 e SikaForce® 7752. O trabalho experimental passou pela conceção e fabrico de uma ferramenta para realização do ensaio 4-ENF, seguindo-se o fabrico e a preparação dos provetes para os ensaios. Pelo facto do ensaio 4-ENF ainda se encontrar pouco divulgado em juntas adesivas, e não se encontrar normalizado, uma parte importante do trabalho passou pela pesquisa e análise em trabalhos de investigação e artigos científicos. A análise dos resultados foi realizada por comparação direta dos valores de GIIc com os resultados obtidos no ensaio ENF, sendo realizada por série de adesivo, através da comparação das curvas P-δ e curvas-R. Como resultado verificou-se que o ensaio 4-ENF em ligações adesivas não é o mais versátil para a determinação do valor de GIIc, e que apenas um método de obtenção de GIIc é viável. Este método é baseado na medição do comprimento de fenda (a). Ficou evidenciado que o ensaio ENF, devido a ser um ensaio normalizado, por apresentar um setup mais simples e por apresentar uma maior disponibilidade de métodos para a determinação do valor de GIIc, é o mais recomendado. Conclui-se assim que o ensaio 4-ENF, embora sendo uma alternativa ao ensaio ENF, tem aplicação mais limitada.

Influência da Dureza dos Discos Abrasivos no Corte de Materiais Dúcteis

O corte de materiais por disco abrasivo é um dos processos que apresentam as melhores características de economia, eficiência e rapidez sendo muito utilizado no meio industrial. Fatores como porcentagens e homogeneidade da mistura dos componentes, tamanho, forma (abrasividade), tenacidade e dureza dos grãos abrasivos, tipos de ligantes e de abrasivos, velocidade de corte e velocidade de mergulho influenciam na segurança, no desempenho e comportamento da operação. Este trabalho apresenta um estudo sobre a influência da dureza dos discos abrasivos no desempenho do processo de corte em operações do tipo remoção a seco. O aumento da dureza dos discos propiciou um aumento da força tangencial de corte e da relação G, devido à mais forte ligação entre o grão e o ligante no compósito. Os resultados mostram que a dureza dos discos abrasivos afeta a economia, pois influencia na vida útil dos discos abrasivos em termos de números de cortes proporcionados; a produtividade, pois está relacionada com o número de trocas de discos desgastados; os esforços necessários para a operação, pois estão relacionados com as forças tangenciais de corte.

Influência do tratamento térmico sobre a tenacidade de um aço com AISI SAE 1045 com médio teor de carbono, avaliada por ensaios de impacto

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação da tenacidade à fratura na região de transição dúctil-frágil dos aços API 5L X70 e X80 utilizando a metodologia da curva mestra

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Tenacidade à fratura e dureza de porcelana feldspática adicionada de óxido de zircônio: efeito da concentração e da temperatura de sinterização

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação do comportamento de superfícies de fratura por fractais mistos em materiais de diferentes classes

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

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

Fractografia quantitativa e o conceito de tenacidade à fratura para a análise do efeitodo choque térmicos em TiO2

The present study evaluated the use of semicircular bending test (SCB) as an alternative to conventional bending test to examine the effect of thermal shock. Still, studies the behavior of fracture surfaces generated by monofractal behavior analysis, which allows us to evaluate the contributions of the microstructure and the mechanical context in forming reliefs during the crack propagation. The fractal analysis is made from elevation maps obtained by reconstruction method by extension of the focus stacks of digital images acquired in microscope. The specimens used were samples semicircular pressed TiO2 (rutile) with and without heat shock, prepared for testing mode I loading. Were also produced, specimens in the form of bars for Weibull statistical analysis. From the three-point bending test, we found the variation of fracture toughness between the samples after the heat shock and natural condition. The SCB test was feasible for the analysis of thermal shock resistance. The results showed that the value of the fracture toughness decreases as the heat shock treatment

Avaliação da tenacidade em um aço microligado, grau API, para aplicação em linhas dutoviárias de petróleo e gás

In order to study the mechanical properties of micro alloyed steel API 5L X70, a material used to manufacture pipes for pipeline transportation lines for use in oil and gas, a study was made of toughness, tensile strength, impact strength, hardness and microstructure steel. To perform these various tests were made where they can acquire the characteristics of the material. Were performed at the Faculty of Engineering in Guaratinguetá in the Department of Materials and Technology and the tensile tests, Charpy impact test, metallography and hardness testing of material API 5L X70, all tests were done with the help of technical laboratories. With these data can be an analysis of the material about his tenacity, his toughness and fragility, its hardness, its yield strength and its maximum voltage. After being asked the analyzes discussed the results showed that the micro alloyed steel API 5L X70 steel is a very tenacious, it absorbs impact energy of 300 Joules though without a break for the full body of evidence showing its tenacity

Correlações entre zona de estiramento e tenacidade à fratura para aço 15-5PH

This work includes a study on the stretch zone and the influence of the toughness conditions at fracture in size and appearance. It was done a literature review about material properties, fracture mechanics concepts, definitions and formation of stretch zone, importance of tenacity for structural calculation, methods and standards to measure the toughness of metallic material fracture and presents the method used in microscopy. After the literature review were carried out identification and measurements of stretch zones of proof bodies were made through confocal optical microscopy and then analyzed the results in order to find relationships between the values obtained with the theory

Correlações entre zona de estiramento e tenacidade à fratura para aço 15-5PH

This work includes a study on the stretch zone and the influence of the toughness conditions at fracture in size and appearance. It was done a literature review about material properties, fracture mechanics concepts, definitions and formation of stretch zone, importance of tenacity for structural calculation, methods and standards to measure the toughness of metallic material fracture and presents the method used in microscopy. After the literature review were carried out identification and measurements of stretch zones of proof bodies were made through confocal optical microscopy and then analyzed the results in order to find relationships between the values obtained with the theory