Building a high-speed line requires significant investment and its design strongly influences the operation, with the aggravating circumstance that subsequent modifications not initially planned are not always feasible at a reasonable cost. It is therefore necessary to define optimal infrastructure configurations. Design principles of high-speed lines have remained unchanged for 50 years and are similar to all lines. For this reason it is crucial to review, update and adapt them to the future and specific requirements of each line. This thesis identifies two dimensions which should be considered when designing a new high speed line: -Time dimension: capacity requirements are not constant throughout the life cycle of the infrastructure. Usually there is an upward trend but subject to many uncertainties. Thus, the time dimension involves the study of scalable design, which allows adapting supply to demand mitigating the risk of any cost overrun. - Spatial dimension: not all lines and even not all sections of a line have the same functionality in a railway network. Traffic patterns, demand volumes and speed requirements, differ from one section to another, so that the equipment must also be different and adapted to the particular conditions. Moreover, sometimes a new highspeed line is planned to link populations that hitherto had conventional line to reduce travel times. In such cases, a decision will have to be taken on what to do with the existing line. The aim of this thesis is to undertake a systematic analysis considering both dimensions and addressing in detail technical and economic aspects to finally present the Two-dimensional design methodology for high speed lines as a tool to achieve efficient design. The analysis is confined to the track layout of new high speed lines. On the basis of a detailed analysis of the high-speed networks in Japan, France and Spain, common design patterns are identified. Furthermore, using graph theory and network science, it is quantified how the structure and topology of the networks influence operation and capacity. An analysis of the economic implications of adopting different designs (single track, double track, scalable design…) is performed. Infrastructure investment, maintenance and operation costs, as well as costs and revenues of a railway operator and external costs are discussed. All cost and revenue drivers are identified. Guideline values are provided, detailed enough to undertake a socio-economic assessment in the absence of actual data. Subsequently, technical aspects are addressed, analysing in depth time and spatial dimensions, presenting, evaluating and comparing the design solutions available. The analysis is based on simulation, combining different infrastructure variants, train types and headways. It allows drawing some general conclusions, always bearing in mind that each line has its particularities and constraints. Following study of economic and technical aspects in both dimensions they are interconnected, presenting the Two-dimensional design methodology for high speed lines. The proposed methodology is applied to the Ourense-Lugo high speed line to verify its usability. / La construcción de una línea de alta velocidad requiere una cuantiosa inversión y su diseño condiciona fuertemente la operación, dándose la circunstancia agravante de que realizar modificaciones posteriores no previstas inicialmente no siempre es factible a un coste razonable. Por ello resulta necesario acercarse a una configuración óptima de la infraestructura. Los principios de diseño de líneas de alta velocidad han permanecido inmutables y similares para todas las líneas desde hace 50 años, urge por tanto realizar una revisión y actualización de los mismos adaptándolos a los requerimientos futuros y particulares de cada línea. En general las líneas se planifican desde un principio para atender elevados volúmenes de tráfico incurriendo en el riesgo de que la demanda prevista no se alcance hasta muy avanzado el ciclo de vida de la infraestructura o, en el peor de los casos, por razones estructurales no llegue a alcanzarse. Dicho sobredimensionamiento, aunque sea temporal, supone un sobrecoste y asignación ineficiente de los recursos económicos. En esta tesis se identifican dos dimensiones que deben considerarse al diseñar una nueva línea de alta velocidad: - Dimensional temporal: los requerimientos de capacidad no son constantes a lo largo del ciclo de vida de la infraestructura, por lo general la tendencia es creciente pero existen múltiples incertidumbres. Por ello la dimensión temporal comprende el estudio de la escalabilidad del diseño, de manera que la capacidad ofertada sea acorde a la demanda y evolucione con ésta, evitándose así sobrecostes. - Dimensión espacial: no todas las líneas e incluso no todas las secciones de una línea tienen la misma funcionalidad en una red ferroviaria. Los patrones de tráfico, volúmenes de demanda y los requisitos de velocidad, difieren de unas secciones a otras y por tanto también el equipamiento debe ser diferente y adaptado a las condiciones particulares. Por otra parte, en ocasiones las nuevas líneas de alta velocidad se plantean para enlazar poblaciones que hasta la fecha disponían de línea convencional, con el objetivo de reducir los tiempos de viaje y en estos casos en necesario decidir qué hacer con la línea preexistente. Ambas cuestiones se engloban en la dimensión espacial. El objetivo de esta tesis es realizar un análisis sistemático y conjunto de las dos dimensiones abordando en detalle aspectos técnicos y económicos para finalmente presentar la Metodología de diseño bidimensional de líneas de alta velocidad como herramienta para el diseño eficiente de las mismas. Se define como diseño eficiente aquel que garantiza la disponibilidad, la robustez y el nivel de servicio adecuado a un coste asumible, no sólo en condiciones normales de explotación sino también en estados degradados. El análisis se circunscribe al diseño de la configuración en planta de nuevas líneas de alta velocidad. Se parte de un análisis de las redes de alta velocidad de Japón, Francia y España que permite conocer las realidades de diseño existentes y determinar la estructura y topología de las redes y como éstas condicionan la operación y los flujos de tráfico que por ellas pueden circular. El estudio realizado se apoya en la teoría de grafos y la ciencia de redes y permite constatar la homogeneidad de los diseño pese a las particularidades de cada tramo en cuanto a volúmenes de tráfico y ubicación en la red. A continuación se realiza un análisis de las implicaciones económicas de los diferentes diseños que se pueden adoptar en una línea de alta velocidad. Se analizan los costes de construcción, mantenimiento y operación de infraestructura, los costes e ingresos de un operador de viajeros y los costes externos, introduciéndose como novedad la identificación de todos los inductores de costes e ingresos y aportándose valores unitarios orientativos suficientemente desagregados como para poder realizar una evaluación socioeconómica a falta de datos reales. Se abordan posteriormente los aspectos técnicos, analizando en profundidad la problemática de las dimensiones temporal y espacial, presentando, evaluando y comparando las diferentes opciones de diseño existentes. Los análisis realizados se basan en la realización de numerosas simulaciones en las que combinan diversas configuraciones de vías, tipologías de tráfico y niveles de capacidad demandados. Estos trabajos permiten extraer algunas conclusiones generales, siempre teniendo presente que cada línea y sus condicionantes son particulares. Una vez estudiados los aspectos económicos y los técnicos en ambas dimensiones se ponen todos en relación, presentando la Metodología de diseño bidimensional de líneas de alta velocidad que es objeto de esta tesis. La metodología propuesta se emplea para plantear y evaluar el diseño de la línea de alta velocidad Ourense-Lugo constatando su validez y aplicabilidad.

As ligas a base de Níquel são frequentemente utilizadas na indústria do petróleo devido à elevada resistência mecânica e excelente resistência à corrosão. Neste cenário, a utilização da soldagem como etapa na fabricação de dutos rígidos de grande comprimento é inevitável. Assim, chapas da liga Inconel 625® foram unidas através do processo Friction Stir Welding (FSW). A soldagem foi executada com uma ferramenta de nitreto cúbico de boro policristalino e o inerente desta ferramenta foi analisado. Em um primeiro momento, na seleção de parâmetros de processo, diversas condições de processo foram analisadas para escolha da melhor solda. Após esta etapa, novas juntas soldadas foram produzidas com o parâmetro de processo adequado (velocidade de rotação da ferramenta de 200 rpm e velocidade de avanço de 1 mm/s). A caracterização da superfície de topo da solda foi realizada através da microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, microdureza e ensaios de dobramento. Defeitos superficiais foram inspecionados com líquidos penetrantes. Além disso, os estados de tensões residuais foram obtidos com a difração de raios-X. Ainda, a resistência à corrosão localizada foi estudada com o ensaio de imersão em cloreto férrico e a determinação da temperatura crítica de pite (conhecida como CPT) Por fim, a susceptibilidade à corrosão intergranular foi avaliada com o ensaio Streicher Test. O processo de soldagem promoveu o refino de grão e o aumento de dureza na solda. As micrografias do metal de base (MB) mostraram carbonetos do tipo MC, M6C, M23C6. Por outro lado, a melhor junta soldada apresentou uma microestrutura livre de defeitos, homogênea, onde não foram percebidos carbonetos do tipo M6C, M23C6 nos contornos de grão, foi aprovada nos ensaios de dobramento, líquidos penetrantes e imersão em FeCl3. Entretanto, ocorreu o um desgaste da ferramenta, mas reduzido e aceitável para esta solda. Tensões residuais longitudinais trativas da ordem de 50 MPa foram observadas na zona de mistura. Considerando o valor médio, o MB alcançou uma CPT de 77 °C, enquanto no centro da solda a CPT foi de 86°C. A taxa de corrosão média alcançada após o ensaio de corrosão intergranular foi de 0,4406 mm/ano, valor que sugere uma boa qualidade da solda. / Nickel based alloys are often used in the oil and gas industry due to their great mechanical strenght as well as excelent corrosion resistance. In this scenario, welding as manufacturing step for long lenght rigid tubes is inevitable. Therefore, Inconel 625® sheets were joined by Friction Stir Welding (FSW). The welding was performed with a Polycrystalline Cubic Boron Nitride (pcBN) tool and the unavoidable tool wear was verified. At first, in the process parameter development step, different process conditions were analyzed for choosing the best welded joint. Afterwards, new welded joints were produced with the suitable process parameter (tool rotational speed of 200 rpm and welding speed of 1 mm/s). Top surface characterization of friction-stir-welded Inconel 625 was carried out by optical microscopy, scanning electron microscopy, microhardness and bending tests. Surface defects were verified by dye penetrant inspection (DPI). In addition, residual stress states were obtained by X-ray diffraction. Furthermore, localized corrosion resistance was studied by the immersion test in FeCl3 and the critical pitting temperature (CPT) determination. Finally, the susceptibility to intergranular corrosion was evaluated by Streicher Test. FSW process promoted grain refining as well as increased microhardness in the joint Base material micrographs showed different carbides as MC, M6C, M23C6. On the other hand, the best joint presented a sounds weld without defetcs, homogeneous microstructure, grain boundaries free of M6C, M23C6 carbides, approved in bending tests, DPI and the immersion test. However, a tool wear was also noted, but reduced and acceptable for this weld. Tensile longitudinal residual stresses of 50 MPa were observed in the stir zone. As an avarage, the base material CPT was 77 °C, while the CPT was 86 °C at the weld center. The mean corrosion rate after intergranular corrosion test was 0.4406 mm/year, a value which suggests a good weld quality.

Este trabalho tem por objetivo avaliar a capacidade de detecção e dimensionamento de descontinuidades internas em juntas soldadas dissimilares e cladeadas com a utilização da inspeção por ultrassom através da técnica de Phased Array. Este estudo se justifica pela possibilidade da aplicação desses materiais nas atividades de exploração de petróleo no campo offshore com a utilização de dutos rígidos de aço carbono com revestimento interno de Inconel. As juntas circunferenciais foram soldadas com material austenítico e foram realizados ensaios com juntas sem a realização do amanteigamento do bisel e com corpos de provas que receberam camadas de amanteigamento que tem a finalidade de aumentar a resistência à corrosão-fadiga da junta circunferencial. A tubulação soldada tinha como material de base um aço ferrítico API 5L X-52 com revestimento interno de Inconel 625. As descontinuidades foram inseridas nos passes de raiz fabricadas com o processo de soldagem TIG, nos passes de enchimento através do processo por eletrodos revestidos e na região da raiz através do processo de eletroerosão com a finalidade de simular uma falta de fusão na raiz. Para as inspeções foram adotados as varreduras setorial e linear com duas posições do cabeçote em relação à linha de centro da solda. Estas foram realizadas com o intuito de avaliar a capacidade de detecção e dimensionamento das descontinuidades através da utilização de ondas transversais com freqüência de 5 MHz e assim analisar os resultados encontrados para poder viabilizar a aplicação desta técnica como ferramenta de inspeção nestes equipamentos. Análises metalográficas serviram para realizar o dimensionamento real das descontinuidades e caracterizar a micrografia do metal de base, zona afetada pelo calor e metal de solda para poder correlacioná-los com os resultados encontrados nas inspeções por Phased Array. Assim com os resultados encontrados foi possível demonstrar a possibilidade de aplicação da técnica de Phased Array na inspeção das juntas dissimilares e cladeadas. / This work aims to evaluate the detection capability and sizing of internal discontinuities in dissimilar welded and claded joints with the use of Phased Array ultrasonic inspection technique. This study was performed due to the possibility of the application of those materials in the activities of exploration of petroleum in the offshore field with the use of rigid risers of carbon steel with internal covering of Inconel. The girths joints were welded with material austenitic and testing were accomplished with joints without the realization of the buttering of the bevel and with specimens that received layers of buttering that has the purpose of increasing the resistance to the corrosion-fatigue of the girth joint. The welded piping had as base material a ferritic steel API 5L X-52 with internal overlay of Inconel 625. The discontinuities were inserted in the root pass manufactured with the welding process TIG, in the filler pass through the process by covered electrodes and in the area of the root through the electric discharge machining process with the purpose of simulating a lack of fusion in the root. For the inspections the sectorial and linear sweepings were adopted with two positions of the transducer in relation to the line of center of the weld. This was performed with the intention of evaluating the detection capacity and sizing of discontinuities through the use of shear waves frequently of 5 MHz and like this to analyze the results found to make possible the application of this technique as inspection tool in these equipments. Metallographic analyses were to accomplish the real sizing of the discontinuities and to characterize the micrograph of the base metal, affected area for the heat and weld metal to correlate them with the results found in the inspections by Phased Array. Like this with the found results it was possible to demonstrate the possibility of application of Phased Array technique in the inspection of the dissimilar and claded joints.

As superligas de níquel apresentam boa combinação de resistência à corrosão e à oxidação, resistência mecânica, resistência à fadiga e resistência à fluência. Além disso, apresentam bom desempenho operacional em temperaturas próximas à temperatura de fusão da liga. Estudos apontam à possibilidade de se obter aço carbono revestido com a superliga de níquel Inconel 625 pelo processo de cladeamento e pelo processo de aspersão térmica. A presença de molibdênio na composição química do Inconel625 garante excelente resistência à corrosão por pites e por fresta, enquanto o nióbio confere alta soldabilidade e resistência à corrosão intergranular a essas ligas. O processo de soldagem é amplamente usado em processos industriais e pode ser aplicado em uma junta Inconel-Inconel, podendo modificar alguma propriedade dessa liga. O objetivo do presente trabalho é estudar uma junta soldada de Inconel 625, obtida pelo processo de soldagem por fusão a arco elétrico com o uso de eletrodo revestido ENiCrMo-3, quanto à morfologia estrutural, à dureza e à resistência à corrosão. A morfologia foi avaliada por microscopia óptica, por microscopia eletrônica de varredura e por espectroscopia de energia dispersiva. A propriedade mecânica de dureza foi avaliada a partir do perfil de microdureza Vickers ao longo da junta soldada Para avaliar a resistência à corrosão da junta soldada foram realizados os ensaios de polarização potenciodinâmica, reativação potenciodinâmica de varredura cíclica (norma ASTM G108-94), polarização potenciodinâmica cíclica e ensaio de imersão (norma ASTM G48-03). Também avaliou-se a susceptibilidade à corrosão por pites pela norma ASTM G61-86 a temperatura ambiente e a 90 ºC. Para a polarização potenciodinâmica, três diferentes eletrólitos foram empregados: 3,5% NaCl, 3,5% NaCl + 0,01 mol/L Na2S2O3 e 3,5% NaCl + 1M H2SO4. Os resultados obtidos mostraram que o metal de solda apresenta uma microestrutura dendrítica com precipitados de Nb e de Mo nas regiões interdendríticas. O desempenho quanto à resistência à corrosão foi satisfatório nos meios estudados, considerando as características dessas ligas. No entanto, a junta soldada apresentou maior suscetibilidade à corrosão por pites e à corrosão localizada comparativamente ao metal base. O filme passivo formado no metal base é melhor constituído do que o filme passivo formado no metal de solda. / Nickel superalloys show a good combination of corrosion, oxidation and creep resistance as well as mechanical and fatigue strength. These alloys can operate at temperatures close to their melting temperature. The Inconel 625 has desired characteristics for application in environments that require high corrosion resistance, such as in oil and gas exploitation. Some studies show the possibility of obtaining a coating of Inconel 625 onto carbon steel by the cladding process and by the thermal spray process. The molybdenum content in Inconel 625 ensures excellent resistance to pitting and crevice, while the niobium content gives high weldability to these alloys. The welding process is practically present in all industrial plants, so an Inconel-Inconel joint is unavoidable. However, the welding can lead to changes in the properties of these superalloys. Therefore, the present work aims to study the structural morphology, hardness and corrosion resistance of a welded joint of Inconel 625 obtained by the electric arc fusion welding process with ENICrMo-3 covered electrode. The morphology was evaluated by optical microscopy, scanning electron microscopy and dispersive energy spectroscopy. Hardness was studied by Vickers microhardness profile along the welded joint. In order to evaluate the corrosion resistance of the welded joint, the Potentiodynamic polarization, potentiodynamic cyclic sweep reactivation (ASTM G108-94), cyclic potentiodynamic polarization and immersion test (ASTM G48-03) were performed Also susceptibility to pitting corrosion was assessed by ASTM G61-86 at room temperature and at 90 ° C. Potentiodynamic polarization curves were performed in three different solutions to evaluate the corrosion resistance: 3.5% NaCl, 3.5% NaCl + 0.01 mol / L Na2S2O3 and 3.5% NaCl + 1M H2SO4 The results show that the weld metal has a dendritic microstructure with precipitates of Nb and Mo in the interdendritic regions. The corrosion performance in environments close to the environments of possible applications was satisfactory considering the resistance of these alloys, but the specific welded joint was more susceptibility to corrosion by pits and localized corrosion. The passive film formed in the base metal was better formed than the passive film formed in the welded metal.

Este trabalho tem por objetivo avaliar a capacidade de detecção e dimensionamento de descontinuidades internas em juntas soldadas dissimilares e cladeadas com a utilização da inspeção por ultrassom através da técnica de Phased Array. Este estudo se justifica pela possibilidade da aplicação desses materiais nas atividades de exploração de petróleo no campo offshore com a utilização de dutos rígidos de aço carbono com revestimento interno de Inconel. As juntas circunferenciais foram soldadas com material austenítico e foram realizados ensaios com juntas sem a realização do amanteigamento do bisel e com corpos de provas que receberam camadas de amanteigamento que tem a finalidade de aumentar a resistência à corrosão-fadiga da junta circunferencial. A tubulação soldada tinha como material de base um aço ferrítico API 5L X-52 com revestimento interno de Inconel 625. As descontinuidades foram inseridas nos passes de raiz fabricadas com o processo de soldagem TIG, nos passes de enchimento através do processo por eletrodos revestidos e na região da raiz através do processo de eletroerosão com a finalidade de simular uma falta de fusão na raiz. Para as inspeções foram adotados as varreduras setorial e linear com duas posições do cabeçote em relação à linha de centro da solda. Estas foram realizadas com o intuito de avaliar a capacidade de detecção e dimensionamento das descontinuidades através da utilização de ondas transversais com freqüência de 5 MHz e assim analisar os resultados encontrados para poder viabilizar a aplicação desta técnica como ferramenta de inspeção nestes equipamentos. Análises metalográficas serviram para realizar o dimensionamento real das descontinuidades e caracterizar a micrografia do metal de base, zona afetada pelo calor e metal de solda para poder correlacioná-los com os resultados encontrados nas inspeções por Phased Array. Assim com os resultados encontrados foi possível demonstrar a possibilidade de aplicação da técnica de Phased Array na inspeção das juntas dissimilares e cladeadas. / This work aims to evaluate the detection capability and sizing of internal discontinuities in dissimilar welded and claded joints with the use of Phased Array ultrasonic inspection technique. This study was performed due to the possibility of the application of those materials in the activities of exploration of petroleum in the offshore field with the use of rigid risers of carbon steel with internal covering of Inconel. The girths joints were welded with material austenitic and testing were accomplished with joints without the realization of the buttering of the bevel and with specimens that received layers of buttering that has the purpose of increasing the resistance to the corrosion-fatigue of the girth joint. The welded piping had as base material a ferritic steel API 5L X-52 with internal overlay of Inconel 625. The discontinuities were inserted in the root pass manufactured with the welding process TIG, in the filler pass through the process by covered electrodes and in the area of the root through the electric discharge machining process with the purpose of simulating a lack of fusion in the root. For the inspections the sectorial and linear sweepings were adopted with two positions of the transducer in relation to the line of center of the weld. This was performed with the intention of evaluating the detection capacity and sizing of discontinuities through the use of shear waves frequently of 5 MHz and like this to analyze the results found to make possible the application of this technique as inspection tool in these equipments. Metallographic analyses were to accomplish the real sizing of the discontinuities and to characterize the micrograph of the base metal, affected area for the heat and weld metal to correlate them with the results found in the inspections by Phased Array. Like this with the found results it was possible to demonstrate the possibility of application of Phased Array technique in the inspection of the dissimilar and claded joints.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:34:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:36Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

As ligas a base de Níquel são frequentemente utilizadas na indústria do petróleo devido à elevada resistência mecânica e excelente resistência à corrosão. Neste cenário, a utilização da soldagem como etapa na fabricação de dutos rígidos de grande comprimento é inevitável. Assim, chapas da liga Inconel 625® foram unidas através do processo Friction Stir Welding (FSW). A soldagem foi executada com uma ferramenta de nitreto cúbico de boro policristalino e o inerente desta ferramenta foi analisado. Em um primeiro momento, na seleção de parâmetros de processo, diversas condições de processo foram analisadas para escolha da melhor solda. Após esta etapa, novas juntas soldadas foram produzidas com o parâmetro de processo adequado (velocidade de rotação da ferramenta de 200 rpm e velocidade de avanço de 1 mm/s). A caracterização da superfície de topo da solda foi realizada através da microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, microdureza e ensaios de dobramento. Defeitos superficiais foram inspecionados com líquidos penetrantes. Além disso, os estados de tensões residuais foram obtidos com a difração de raios-X. Ainda, a resistência à corrosão localizada foi estudada com o ensaio de imersão em cloreto férrico e a determinação da temperatura crítica de pite (conhecida como CPT) Por fim, a susceptibilidade à corrosão intergranular foi avaliada com o ensaio Streicher Test. O processo de soldagem promoveu o refino de grão e o aumento de dureza na solda. As micrografias do metal de base (MB) mostraram carbonetos do tipo MC, M6C, M23C6. Por outro lado, a melhor junta soldada apresentou uma microestrutura livre de defeitos, homogênea, onde não foram percebidos carbonetos do tipo M6C, M23C6 nos contornos de grão, foi aprovada nos ensaios de dobramento, líquidos penetrantes e imersão em FeCl3. Entretanto, ocorreu o um desgaste da ferramenta, mas reduzido e aceitável para esta solda. Tensões residuais longitudinais trativas da ordem de 50 MPa foram observadas na zona de mistura. Considerando o valor médio, o MB alcançou uma CPT de 77 °C, enquanto no centro da solda a CPT foi de 86°C. A taxa de corrosão média alcançada após o ensaio de corrosão intergranular foi de 0,4406 mm/ano, valor que sugere uma boa qualidade da solda. / Nickel based alloys are often used in the oil and gas industry due to their great mechanical strenght as well as excelent corrosion resistance. In this scenario, welding as manufacturing step for long lenght rigid tubes is inevitable. Therefore, Inconel 625® sheets were joined by Friction Stir Welding (FSW). The welding was performed with a Polycrystalline Cubic Boron Nitride (pcBN) tool and the unavoidable tool wear was verified. At first, in the process parameter development step, different process conditions were analyzed for choosing the best welded joint. Afterwards, new welded joints were produced with the suitable process parameter (tool rotational speed of 200 rpm and welding speed of 1 mm/s). Top surface characterization of friction-stir-welded Inconel 625 was carried out by optical microscopy, scanning electron microscopy, microhardness and bending tests. Surface defects were verified by dye penetrant inspection (DPI). In addition, residual stress states were obtained by X-ray diffraction. Furthermore, localized corrosion resistance was studied by the immersion test in FeCl3 and the critical pitting temperature (CPT) determination. Finally, the susceptibility to intergranular corrosion was evaluated by Streicher Test. FSW process promoted grain refining as well as increased microhardness in the joint Base material micrographs showed different carbides as MC, M6C, M23C6. On the other hand, the best joint presented a sounds weld without defetcs, homogeneous microstructure, grain boundaries free of M6C, M23C6 carbides, approved in bending tests, DPI and the immersion test. However, a tool wear was also noted, but reduced and acceptable for this weld. Tensile longitudinal residual stresses of 50 MPa were observed in the stir zone. As an avarage, the base material CPT was 77 °C, while the CPT was 86 °C at the weld center. The mean corrosion rate after intergranular corrosion test was 0.4406 mm/year, a value which suggests a good weld quality.

As superligas de níquel apresentam boa combinação de resistência à corrosão e à oxidação, resistência mecânica, resistência à fadiga e resistência à fluência. Além disso, apresentam bom desempenho operacional em temperaturas próximas à temperatura de fusão da liga. Estudos apontam à possibilidade de se obter aço carbono revestido com a superliga de níquel Inconel 625 pelo processo de cladeamento e pelo processo de aspersão térmica. A presença de molibdênio na composição química do Inconel625 garante excelente resistência à corrosão por pites e por fresta, enquanto o nióbio confere alta soldabilidade e resistência à corrosão intergranular a essas ligas. O processo de soldagem é amplamente usado em processos industriais e pode ser aplicado em uma junta Inconel-Inconel, podendo modificar alguma propriedade dessa liga. O objetivo do presente trabalho é estudar uma junta soldada de Inconel 625, obtida pelo processo de soldagem por fusão a arco elétrico com o uso de eletrodo revestido ENiCrMo-3, quanto à morfologia estrutural, à dureza e à resistência à corrosão. A morfologia foi avaliada por microscopia óptica, por microscopia eletrônica de varredura e por espectroscopia de energia dispersiva. A propriedade mecânica de dureza foi avaliada a partir do perfil de microdureza Vickers ao longo da junta soldada Para avaliar a resistência à corrosão da junta soldada foram realizados os ensaios de polarização potenciodinâmica, reativação potenciodinâmica de varredura cíclica (norma ASTM G108-94), polarização potenciodinâmica cíclica e ensaio de imersão (norma ASTM G48-03). Também avaliou-se a susceptibilidade à corrosão por pites pela norma ASTM G61-86 a temperatura ambiente e a 90 ºC. Para a polarização potenciodinâmica, três diferentes eletrólitos foram empregados: 3,5% NaCl, 3,5% NaCl + 0,01 mol/L Na2S2O3 e 3,5% NaCl + 1M H2SO4. Os resultados obtidos mostraram que o metal de solda apresenta uma microestrutura dendrítica com precipitados de Nb e de Mo nas regiões interdendríticas. O desempenho quanto à resistência à corrosão foi satisfatório nos meios estudados, considerando as características dessas ligas. No entanto, a junta soldada apresentou maior suscetibilidade à corrosão por pites e à corrosão localizada comparativamente ao metal base. O filme passivo formado no metal base é melhor constituído do que o filme passivo formado no metal de solda. / Nickel superalloys show a good combination of corrosion, oxidation and creep resistance as well as mechanical and fatigue strength. These alloys can operate at temperatures close to their melting temperature. The Inconel 625 has desired characteristics for application in environments that require high corrosion resistance, such as in oil and gas exploitation. Some studies show the possibility of obtaining a coating of Inconel 625 onto carbon steel by the cladding process and by the thermal spray process. The molybdenum content in Inconel 625 ensures excellent resistance to pitting and crevice, while the niobium content gives high weldability to these alloys. The welding process is practically present in all industrial plants, so an Inconel-Inconel joint is unavoidable. However, the welding can lead to changes in the properties of these superalloys. Therefore, the present work aims to study the structural morphology, hardness and corrosion resistance of a welded joint of Inconel 625 obtained by the electric arc fusion welding process with ENICrMo-3 covered electrode. The morphology was evaluated by optical microscopy, scanning electron microscopy and dispersive energy spectroscopy. Hardness was studied by Vickers microhardness profile along the welded joint. In order to evaluate the corrosion resistance of the welded joint, the Potentiodynamic polarization, potentiodynamic cyclic sweep reactivation (ASTM G108-94), cyclic potentiodynamic polarization and immersion test (ASTM G48-03) were performed Also susceptibility to pitting corrosion was assessed by ASTM G61-86 at room temperature and at 90 ° C. Potentiodynamic polarization curves were performed in three different solutions to evaluate the corrosion resistance: 3.5% NaCl, 3.5% NaCl + 0.01 mol / L Na2S2O3 and 3.5% NaCl + 1M H2SO4 The results show that the weld metal has a dendritic microstructure with precipitates of Nb and Mo in the interdendritic regions. The corrosion performance in environments close to the environments of possible applications was satisfactory considering the resistance of these alloys, but the specific welded joint was more susceptibility to corrosion by pits and localized corrosion. The passive film formed in the base metal was better formed than the passive film formed in the welded metal.

Superligas à base de níquel vêm sendo extensivamente utilizadas em diversas aplicações nas indústrias devido ao excelente comportamento mecânico e anticorrosivo. No entanto, essas ligas possuem certas particularidades que levam à necessidade de desenvolvimento de técnicas de inspeção e caracterização metalúrgica, como forma de garantir a integridade estrutural dos componentes fabricados com essas ligas. Neste trabalho, a técnica de correntes parasitas foi aplicada à superligas à base de níquel com duas propostas distintas: 1) Em um primeiro momento foi realizado o estudo da evolução microestrutural da liga Inconel 718 durante o processo de envelhecimento através da combinação do ensaio por correntes parasitas, análise de difração de raios-X, análise metalográfica, medidas de dureza e tamanho de grão. As medidas foram realizadas em amostras submetidas a diferentes ciclos de tratamentos térmicos variando entre 620-1035°C. Os resultados mostraram que as diferentes microestruturas do Inconel 718 têm efeitos distintos na condutividade elétrica quando medidos através da técnica de correntes parasitas. A influência da microestrutura na condutividade pode ser mostrada sendo devido à competição de dois efeitos sobre o espalhamento de elétrons: a purificação da matriz e a morfologia, distribuição e tamanho dos precipitados. A combinação dos valores de dureza e condutividade elétrica provou ser uma forma rápida e prática de determinar o nível de envelhecimento da liga; 2) Em um segundo momento foi desenvolvido um processo de otimização de sensores através de modelagem por elementos finitos (MEF). Através de uma metodologia de otimização, os parâmetros de construção e operação de um sensor foram otimizados para inspeção de defeitos superficiais e subsuperficiais esperados em materiais cladeados com Inconel 625. O sensor com a geometria ótima foi construído e testado a fim de verificar a eficiência do processo de otimização. Uma ótima correlação entre os resultados numéricos e experimentais foi encontrada e o sensor ótimo se mostrou eficiente na inspeção de pequenos defeitos superficiais e subsuperficiais na liga Inconel 625 quando operado nas frequências apropriadas. / Nickel-based superalloys have been extensively used in various industries due to its unique mechanical and corrosion behavior. However, these alloys show particular characteristics which lead to the need for specific inspection and metallurgical characterization techniques in order to ensure the structural integrity of components manufactured from these alloys. In this work , the eddy current technique was applied to nickel-base superalloys with two aims: 1 ) Firstly, the microstructural evolution of Inconel 718 during aging processes has been studied through a combination of eddy current testing, X-ray diffraction analysis, metallography, hardness and grain size measurements. Measurements were carried out in samples subjected to different heat treatment cycles between 620-1035°C. Results show that different microstructures of Inconel 718 have a distinguishable effect on electrical conductivity when this is measured through an appropriately sensitive technique (i.e. eddy current testing). The influence of microstructure on conductivity could be shown to be due to the competition between two effects on the scattering of electrons: matrix purification and precipitate size, distribution and morphology. A combination of hardness values and electrical properties proved to be a fast and practical way of determining the stage of aging of the alloy; 2) An optimization method of eddy current sensor design was developed through finite element modeling (FEM). Through a methodology of optimization, the construction and operation parameters of the sensor were optimized for inspection of superficial and subsuperficial defect, commonly found in weld overlay Inconel 625 claddings. A prototype of this sensor with the optimum geometry was built and tested on blocks identical to those considered in the models in order to verify the efficiency of the optimization process. A very good agreement between numerical and experimental results was found. Moreover, the optimal sensor was efficient to detect small surface and subsurface defects in Inconel 625 when operated at appropriate frequencies.

Este trabalho tem por objetivo avaliar a capacidade de detecção e dimensionamento de descontinuidades internas em juntas soldadas dissimilares e cladeadas com a utilização da inspeção por ultrassom através da técnica de Phased Array. Este estudo se justifica pela possibilidade da aplicação desses materiais nas atividades de exploração de petróleo no campo offshore com a utilização de dutos rígidos de aço carbono com revestimento interno de Inconel. As juntas circunferenciais foram soldadas com material austenítico e foram realizados ensaios com juntas sem a realização do amanteigamento do bisel e com corpos de provas que receberam camadas de amanteigamento que tem a finalidade de aumentar a resistência à corrosão-fadiga da junta circunferencial. A tubulação soldada tinha como material de base um aço ferrítico API 5L X-52 com revestimento interno de Inconel 625. As descontinuidades foram inseridas nos passes de raiz fabricadas com o processo de soldagem TIG, nos passes de enchimento através do processo por eletrodos revestidos e na região da raiz através do processo de eletroerosão com a finalidade de simular uma falta de fusão na raiz. Para as inspeções foram adotados as varreduras setorial e linear com duas posições do cabeçote em relação à linha de centro da solda. Estas foram realizadas com o intuito de avaliar a capacidade de detecção e dimensionamento das descontinuidades através da utilização de ondas transversais com freqüência de 5 MHz e assim analisar os resultados encontrados para poder viabilizar a aplicação desta técnica como ferramenta de inspeção nestes equipamentos. Análises metalográficas serviram para realizar o dimensionamento real das descontinuidades e caracterizar a micrografia do metal de base, zona afetada pelo calor e metal de solda para poder correlacioná-los com os resultados encontrados nas inspeções por Phased Array. Assim com os resultados encontrados foi possível demonstrar a possibilidade de aplicação da técnica de Phased Array na inspeção das juntas dissimilares e cladeadas. / This work aims to evaluate the detection capability and sizing of internal discontinuities in dissimilar welded and claded joints with the use of Phased Array ultrasonic inspection technique. This study was performed due to the possibility of the application of those materials in the activities of exploration of petroleum in the offshore field with the use of rigid risers of carbon steel with internal covering of Inconel. The girths joints were welded with material austenitic and testing were accomplished with joints without the realization of the buttering of the bevel and with specimens that received layers of buttering that has the purpose of increasing the resistance to the corrosion-fatigue of the girth joint. The welded piping had as base material a ferritic steel API 5L X-52 with internal overlay of Inconel 625. The discontinuities were inserted in the root pass manufactured with the welding process TIG, in the filler pass through the process by covered electrodes and in the area of the root through the electric discharge machining process with the purpose of simulating a lack of fusion in the root. For the inspections the sectorial and linear sweepings were adopted with two positions of the transducer in relation to the line of center of the weld. This was performed with the intention of evaluating the detection capacity and sizing of discontinuities through the use of shear waves frequently of 5 MHz and like this to analyze the results found to make possible the application of this technique as inspection tool in these equipments. Metallographic analyses were to accomplish the real sizing of the discontinuities and to characterize the micrograph of the base metal, affected area for the heat and weld metal to correlate them with the results found in the inspections by Phased Array. Like this with the found results it was possible to demonstrate the possibility of application of Phased Array technique in the inspection of the dissimilar and claded joints.