Os tubos API 5L X80, construídos com aços alta resistência e baixa liga, são especificados para a construção de dutos para transporte de petróleo e derivados sob alta pressão, com conseqüente redução no peso dos tubos. O processo mais empregado para a soldagem circunferencial de tubos em campo no Brasil é o processo com eletrodo revestido, tanto para o passe de raiz quanto para os passes de enchimento. Uma alternativa para o passe de raiz é o processo de soldagem MAG com Transferência Controlada (MAG-TC), enquanto que o enchimento pode ser feito com o processo de soldagem utilizando eletrodo tubular (AT), tanto o auto-protegido (AT-AP) como o com proteção gasosa (AT-PG). Esta combinação de processos (MAG-TC + AT) apresenta-se como um promissor substituto do processo de soldagem com eletrodo revestido, reunindo alta qualidade do metal de solda depositado e alta produtividade. O objetivo deste trabalho é estudar a soldabilidade do tubo API 5L X80 nacional, com 508 mm (20\") de diâmetro e 19 mm (3/4\") de espessura, comparando-se duas combinações de processos de soldagem circunferencial: MAG-TC + AT-PG e MAG-TC + AT-AP. A soldagem foi realizada com o arame ER80S-G no passe de raiz e processo MAG-TC com proteção de CO2. O enchimento foi feito com os arames E101T1-GM-H8 (com proteção gasosa) e E91T8-G (auto-protegido). Foram fixadas as temperaturas de pré-aquecimento (150 °C) e interpasse (250 °C) para ambas combinações de processos de soldagem. As juntas foram caracterizadas utilizando-se: análise química, saturação magnética, metalografia óptica e eletrônica de varredura e ensaios mecânicos: dureza Vickers, tração, dobramento, nick-break e ensaio de impacto a 0°C. Foi seguido como referência os requisitos técnicos básicos para a qualificação de um procedimento de soldagem conforme a norma API 1104. Os resultados mostraram que, segundo os critérios da norma API 1104, apenas uma das combinações de processos foi aprovada, sendo a outra reprovada no ensaio nick-break devido à ocorrência de falta de fusão na raiz de um dos quadrantes. O processo MAG-TC na raiz exige uma habilidade específica do soldador. / API 5L X80 pipes, built with high strength - low alloy steel, are specified for the construction of pipelines to transport oil and oil products under high pressure, with consequent reduction in weight of the tubes. The most often pipeline construction used for welding circumferential pipe field in Brazil is the SMAW process, for root and filling passes. An alternative welding process to the root pass is the GMAW-STT® process, while the filling passes can be welded with FCAW-G (Flux Cored Arc Welding with Gas shielding) and FCAWS (Flux Cored Arc Welding with Self shielding). This combination of processes (GMAW-STT® + FCAW) is presented as a promising substitute for the SMAW process, bringing high-quality weld metal deposited and high productivity. The objective of this work is to study the weldability of the Brazilian API 5L X80 pipe, with 508 mm (20 inches) in diameter and 19 mm (3 / 4 inch) thick, comparing the two combinations of circumferential welding processes: GMAWSTT ® + FCAW-G and GMAW-STT® + FCAW-S. The welding was done with the ER80S-G wire in the root pass and process GMAW-STT® using pure CO2 as shielding gas. The filling passes were made with the wires E101T1-GM-H8 for FCAW-G and E91T8-G for FCAW-S. Preheat and interpass temperatures were kept constant, respectively 150 °C and 250 °C for both welding processes combinations. The joints were characterized using: chemical analysis, magnetic saturation, optical metallography and scanning electron microscopy and mechanical tests such as: Vickers hardness, tensile, bending, nick-break and Charpy V test at 0°C. It was followed API 1104 standard as reference to the basic technical requirements for the qualification of a welding procedures. The results showed that, according to the criteria of the API 1104 standard, only one combination of the two processes was approved. The other combination was reproved in the nick-break test due to lack of fusion occurred in one of the quadrants in the root pass. The GMAW-STT® process at the root pass requires a specific skill of the welder.

A avaliação da integridade estrutural de dutos pelo uso de corpos-de-prova laboratoriais depende da escolha de corpos-de-prova de geometrias que representem condições de restrições plásticas na frente da trinca, similares às encontradas nas condições operacionais dos dutos. O Núcleo de Ensaios de Materiais e Análise de Falhas, NEMAF do SMM, EESC-USP vem realizando pesquisas para o desenvolvimento de corpos-de-prova e metodologias experimentais que melhor represente esta situação. Entretanto, no caso de dutos existem situações onde a geometria e o tamanho do corpo-de-prova são limitados pelas dimensões do duto. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e aplicação de espécimes SE(T) em aço API 5L X70, avaliando a influência da geometria e dimensões do corpo-de-prova na tenacidade à fratura do citado aço, sendo este utilizado na fabricação de dutos para transporte de gás e petróleo. Para isto, foram obtidas curvas de resistência à propagação dúctil de trincas, curvas J-R\'s, utilizando a metodologia do espécime único (single specimen) em conjunto com a técnica da variação da flexibilidade elástica (unloading elastic compliance), medida na boca da trinca (CMOD) que fornece ao mesmo tempo a área plástica abaixo da curva de carregamento versus deslocamento e o tamanho da trinca, segundo a norma de ensaios ASTM E1820-05. Foram ensaiados corpos-de-prova SE(T) com trincas rasa (a/W=0,2) e profunda (a/W=0,5) e razão W/B de 2,5 e 1,0, com a finalidade de garantir que o ensaio seja realizado em dominância de um estado plano de deformação como recomendado pela referida norma, para outros tipos de corpos-de-prova. Dos resultados observou-se que, independente do tamanho de trinca inicial adotado, não foram observadas diferenças significativas nas curvas J-R. Este fato pode ser comprovado nos casos de W/B = 2,5 e 1,0, sendo obtidas curvas J-R similares para cada caso, independente do valor de a/W. Entretanto, na grande maioria dos CDP\'s, foi obtida uma propagação dúctil de trinca anômala, ou seja, trincas que apresentam um tunelamento acentuado, decorrente de um elevado estado de tensão plana próximo das laterais, mesmo com o entalhe lateral de 20% da espessura. Os corpos-de-prova com W/B = 1,0 foram capazes de produzir curvas J-R, sem que as trincas apresentassem tunelamento e que os valores médios de trinca (ai e af) medidos conforme a norma (ASTM, 2005), são bastante próximos dos valores obtidos pelo método da variação de flexibilidade elástica. As razões para este fato são discutidas em detalhes. De um modo geral as delaminações, quando existente, não permitem uma correta medição do tamanho de trinca. Ainda, contrário à observação de outros pesquisadores, neste trabalho, foi observado que em vários casos as delaminações induziram fratura instável. / The evaluation of pipes´ structural integrity from laboratories specimens depends on choosing the right specimen geometry that is able to present the conditions of plastic constrain at the crack tip, similar to the one found in the pipes´ operational conditions. The NEMAF Group from SMM, EESC-USP has been performing studies in this area, trying to develop specimen´s geometry that is able to represent this situation, as well as the necessary experimental methodologies to evaluate the fracture toughness of pipes. However, in some cases, the pipe size is a limiting factor in determining the specimen size and geometry. In this work is presented the development and application of specimens SE(T), evaluating the influence of the geometry and dimensions of the specimens on the fracture toughness of API 5L X70 steel, regularly used in the pipes for gas and petroleum transportation. Therefore, the resistance curves to ductile crack propagation, J-R`s curves, using the single specimen methodology, together with the variation of the elastic compliance technique (multiple unloading), measure at the crack mouth (CMOD) that provides both the plastic area under the load x displacement curve and crack size, according to the ASTM E1820-05 standard. The SE(T) specimens with shallow (a/W=0.2) and deep (a/W=0.5) cracks and W/B ratio of 2.5 and 1.0 trying to reduce the amount of plastic deformation and a straight crack front, as well as a dominance of a plane strain state at the crack tip, as recommended by the ASTM E1820-05 standard for other specimens type. From the results it was observed that, independent of the initial a/W, no significant differences were observed in the J-R curves. This fact is verified in both cases, this is, W/B = 2.5 and 1.0. However, in the great majority of CDP\'s with W/B = 2.5, it was obtained an anomalous crack propagation during testing, in other words, they presented an accentuated tunneling due to a high plane tension state near the CDP´s lateral faces, even with the side groove of 20% thickness. The specimens with W/B = 1.0 were capable to produce J-R curves with straight crack fronts, this is, without tunneling, allowing the measurement of medium values of the crack (ai e af) according to the ASTM E1820-05 standard. The reasons for this fact are discussed in details in this work. In general, the split, when present, did not allow a correct crack size measurement. Still, contrary to the other researchers\' observation, in this work, it was observed that in several cases the splits were able to induced unstable fracture.

Aplicações de alto desempenho, como as de dutos utilizados no transporte de derivados de petróleo, exigem materiais com uma combinação excepcional de propriedades mecânicas, dentre as quais, elevada resistência mecânica, tenacidade e resistência à fadiga. O aço API 5L X70 com adição de nióbio apresenta-se, quando comparado com o API 5L X70 padrão, como sendo uma opção para a melhora em seu processo de fabricação, sendo sua composição química diferenciada, devido a um maior teor de nióbio. A Arcelor Mittal Tubarão tem mostrado interesse em fabricar aços API X70/X80, sem a adição de V e com adições de Nb acima do recomendado pela Petrobras. O objetivo principal deste trabalho é o estudo da resistência mecânica e de tenacidade à fratura de dois aços API 5L X70, com teores de Nb de 0,06% e Nb de 0,09% em peso, processados conforme processo HSM Arcelor Mittal Tubarão. Para o atendimento deste objetivo, serão executadas a caracterização microestrutural conforme norma ASTM E3, ensaios de tração conforme ASTM E8M e ensaios de tenacidade à fratura conforme a norma ASTM E1820 com obtenção das curvas J-R\'s. Foram retirados corpos de prova da região de material base, região da solda e zona termicamente afetada. A partir dos resultados obtidos observa-se que o processo de laminação controlada a quente da Arcelor Mittal, produziu microestruturas bastante similares para ambas as composições, produzindo parâmetros de resistência mecânica similares e que atenderam o especificado pela Norma API 5L X70, nível PSL2. As soldas se apresentaram, a partir de valores de dureza, ligeiramente superiores ao do metal base (overmatch), sendo o resultado de microestruturas bastante similares. Os ensaios para obtenção das curvas J-R foram capazes de apresentar resultados representativos da resistência à propagação dúctil de trinca, para as espessuras de tubos estudadas. Estes resultados indicaram elevada resistência a propagação dúctil de trinca em ambos os aços, sendo que, o MB do aço NNb apresentou resistência superior ao ANb. O MS apresentou curvas J-R bem inferiores às do MB e ZTA. Estas diferenças foram atribuídas a composição microestrutural de cada região. / High performance applications such as pipelines used to transport oil products require materials with an exceptional combination of mechanical properties, such as high mechanical strength, toughness and fatigue resistance. The API 5L X70 steel with enhanced niobium as an option to the production of this type of HSLA steel. Arcelor Mittal, Tubarão/Brazil has great interest in producing API 5L X70/X80 steels, without V and with Nb content above the recommended by Petrobras. Thus, the main objective of this thesis is the study of the mechanical strength and fracture toughness of API 5L X70 steel with Nb content of 0.06% Nb and 0.09% by weight processed as HSM Arcelor Mittal Tubarão process. To meet this goal, microstructural characterization following the ASTM E3, tensile tests following the ASTM E8M and Elastic Plastic Fracture toughness testing, according to ASTM E1820, were carried out. Specimens were taken from the base material region, weld bead and heat affected zone. From the results obtained it was observed that the controlled hot rolling process from ArcelorMittal, produced very similar microstructures for both compositions, as a consequence similar mechanical resistance and both met the criteria specified by the API Standard 5L X70, PSL2 level. The produced girth welds presented hardness values slightly higher than those from the base metal (overmatch), and resulted in very similar microstructures. The fracture toughness tests were able to provide valid JR curves that are representative results of resistance to ductile crack propagation for this pipe thickness. Both steels presented resistance to ductile crack propagation, and that the MB of the NNB steel showed superior resistance to the ANb steel. MS showed the lowest J-R curves, while MB and ZTA presented similar behavior. These differences were attributed to microstructural composition of each region.

Os aços de alta resistência e baixa liga (ARBL) utilizados em tubos para linhas de transmissão, ou seja, transferência e transporte de petróleo e gás, são especificados pela American Petroleum Institute (API) através da norma API 5L. Neste trabalho foi realizado um estudo da influência da têmpera e da nitretação no comportamento mecânico do aço API 5L X56. A microestrutura, os compostos formados com a nitretação e os mecanismos de fratura foram analisadas usando microscopia óptica, difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura respectivamente. As amostras foram caracterizadas mecanicamente por testes de microdureza, tração, impacto e fadiga. Os resultados revelaram que apenas a têmpera promoveu modificações severas na microestrutura em relação à como recebida, formando bainita, martensita e constituinte M-A. A camada nitretada apresentou profundidade de 25 ?m e formação dos nitretos Fe3N e Fe4N. Houve aumento da microdureza, resistência mecânica com os tratamentos, juntamente com a diminuição da tenacidade e também houve um melhoramento na vida em fadiga para as duas amostras tratadas termicamente e superficialmente. Os mecanismos de fratura variaram de dúctil à frágil e em fadiga foi observado que as trincas nuclearam a partir da superfície para todas as amostras. / The high strength and low alloy steel (HSLA) used in pipeline for line transmission, there is transference and transportation of oil and gas, they are specified by American Petroleum Institute (API) through norm API 5L. In this work it was conducted a study of the nitriding and quenching influence on the mechanical behavior of API 5L X56. The microstructure, compounds made with the nitriding and the mechanisms failure were analyzed using optical microscopy, X-ray diffraction and scanning electron microscopy respectively. The samples were mechanical characterized by microhardness, tensile, impact and fatigue test. The results revealed that only quenching treatment promoted severe modifications in microstructure in relation to as received, making up bainite, martensite and M-A constituent. The nitriding layer showed depth of 25 ?m and formation of Fe3N e Fe4N nitrides. There was an increasing of microhardness and mechanical strength with the treatments, along with the decreasing of toughness and there was also an improvement in fatigue life for the two samples heat e surface treated. The failure mechanisms varied from ductile to brittle and in fatigue was observed that the cracks nuclear from the surface to all samples.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-23T21:32:45Z No. of bitstreams: 1 JOÃO PAULO DANTAS DE CARVALHO - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2015..pdf: 1534561 bytes, checksum: 93959f6eca85fa51565d250b6a984284 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-23T21:32:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JOÃO PAULO DANTAS DE CARVALHO - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2015..pdf: 1534561 bytes, checksum: 93959f6eca85fa51565d250b6a984284 (MD5) Previous issue date: 2015-11-11 / CNPq / Desde a sua descoberta, em 1864 por Cailletet, a fragilização de metais por hidrogênio, foi sujeito a inúmeras investigações, sendo primeiramente estudado com a injeção de hidrogênio gasoso em metais e ligas. Devanathan e Stachurski (1962) desenvolveram a técnica eletroquímica de permeação de hidrogênio em metais e ligas, tornando o estudo mais prático, esta metodologia se baseia em uma dupla célula eletroquímica dispostas simetricamente onde o metal a ser estudado é inserido entre elas. Uma delas conhecida como célula de carga irá gerar o H2 a ser permeado através do corpo de prova e na outra, conhecida como célula de detecção, o mesmo será oxidado e quantificado seu fluxo. Toda a detecção é realizada potenciostaticamente, mas a geração pode ser realizada por meio galvanostático (método galvanostático-potenciostático), potenciostacamente (método duplo-potenciostático) ou por permeação em circuito aberto em meio ácido, chamado de „PCAA‟. As normas ASTM 148-97 (2003) e ISO 17081 (2004) padronizam os experimentos de permeação eletroquímica de hidrogênio. Como os diferentes métodos são baseados em soluções de contorno diferenciados para solução da segunda lei de Fick, tais normas não levam isto em consideração adotando o cálculo da difusividade do hidrogênio apenas pelo método duplo potenciostático, mesmo para aqueles que estudam o fenômeno, diga-se de passagem, em sua grande maioria, utilizando a metodologia galvanostático-potenciostático. Autores como McBreen et al (1966) e Boes & Zuchner (1972) descrevem o fenômeno de permeação de hidrogênio em metais de forma matemática, a partir da solução da segunda de lei de Fick, estes trabalhos atestam a diferença entre os métodos duplo-potenciostatico e galvanostático-potenciostático, porém nunca foi proposto um modelo que descreva o comportamento do método PCAA. Com isso, o trabalho tem como objetivo elucidar o emprego dos modelos matemáticos para determinação do coeficiente de difusão do hidrogênio em metais através das distintas técnicas eletroquímicas de permeação, utilizando os aços API 5L X70 e X65, além disto procurou-se um modelo matemático para o caso em que a geração de hidrogênio seja realizada pelo método PCAA. Neste trabalho atesta-se que que o uso das equações proposta pela norma, a princípio, subestimam o valor da difusividade. A equação proposta para o método PCAA, apresentou um perfeito ajuste de dados experimentais de permeação. A correlação proposta para o cálculo da difusividade mostrou-se coerente para estimar este parâmetro, não só para o caso PCAA, como também para todos os casos. / Since its discovery in 1864 by Cailletet, hydrogen embrittlement of metals, was subjected to numerous investigations, first being studied with the injection of gaseous hydrogen in metals and alloys. Devanathan and Stachurski (1962) developed the electrochemical technique of hydrogen permeation in metals and alloys, making it the study more practical this methodology is based on a dual symmetrically arranged electrochemical cell where the metal to be studied is inserted between them. One known as load cell will generate H2 to be permeated through the specimen and the other, known as the detection cell, it will be oxidized and its flow quantified. All detection is performed potentiostaticly, but the generation can be performed by galvanostatic (galvanostaticpotentiostatic method), potentiostaticly (double- potentiostatic method), or by hydrogen permeation on acid environment method known as a PCAA. The regulations ASTM 148-97 (2003) and ISO 17081 (2004) standardize the electrochemical hydrogen permeation experiments. How different methods are based on different workarounds for solution of the second Fick's law, such rules do not take this into account by adopting the calculation of the hydrogen diffusivity only by the dual voltage method, even for those who study the phenomenon, say passing for the most part, using the galvanostatic-potentiostatic methodology. Authors such as McBreen et al (1966) and Boes & Züchner (1972) describe the hydrogen permeation phenomenon in mathematical form of metal from the solution of the second Fick law, these works attest to the difference between the double-potentiostatic methods and galvanostatic-potentiostatic, but has never proposed a model that describes the behavior of the PCAA method. Thus, the study aims to elucidate the use of mathematical models to determine the hydrogen diffusion coefficient in metals through the different electrochemical techniques permeation using the API 5L steels X70 and X65, in addition sought a mathematical model for the case where the hydrogen generation is performed by the PCAA method. This work testifies that the use of the equations proposed by the standard at first underestimate the value of diffusivity. The equation proposed for the PCAA method, presented a perfect fit experimental permeation data. The proposed correlations for calculating the diffusivity was found to be consistent to estimate this parameter not only to the case PCAA, but also for all cases.

Submitted by ISABELA ATILIO null (isabelaatilio@hotmail.com) on 2017-10-31T16:58:11Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Final - Isabela Atilio.pdf: 12968588 bytes, checksum: 24d1b58efcf37a8ffc0d9ed1afc4d7d4 (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-11-10T19:48:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 atilio_i_me_guara.pdf: 12968588 bytes, checksum: 24d1b58efcf37a8ffc0d9ed1afc4d7d4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-10T19:48:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 atilio_i_me_guara.pdf: 12968588 bytes, checksum: 24d1b58efcf37a8ffc0d9ed1afc4d7d4 (MD5) Previous issue date: 2017-09-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O aumento da demanda por petróleo e seus derivados tem instigado o desenvolvimento de materiais para dutos com elevadas tenacidade à fratura e resistência mecânica, como os aços de alta resistência e baixa liga (ARBL) pertencentes às classes API. Aliada à utilização destes aços, a aplicação do processo de soldagem por resistência elétrica de alta frequência (HF/ERW) tem conquistado maior interesse no setor. Entretanto, defeitos nas juntas soldadas constituem uma das principais causas de falhas em dutos, principalmente quando associados às condições externas de operação, o que tem sido motivo para estudos relacionados à integridade estrutural destes tubos. O objetivo deste trabalho foi estudar a tenacidade à fratura de um tubo de aço API 5L X70 soldado pelo processo HF/ERW, a partir de dados obtidos com ensaios CTOD de espécimes de flexão por três pontos, tipo SE(B) “gull wing”. A metodologia proposta envolveu ensaios de CTOD a variadas temperaturas, incluindo a região de transição dúctil-frágil, a fim de avaliar a integridade estrutural do material em condições críticas de operação. Os ensaios foram realizados com base nas normas ASTM E1820 e BS7448, e consistiram na utilização de corpos de prova retirados diretamente da parede do tubo, com posterior planificação. De forma geral, as amostras de material base apresentaram uma boa tenacidade à fratura em todas as temperaturas de ensaio, o que não aconteceu com as amostras de material de solda, que apresentaram baixa tenacidade. Os resultados de tenacidade obtidos mostraram que a metodologia empregada para o estudo da integridade estrutural por meio de ensaios CTOD com amostras extraídas diretamente da parede do tubo, com posterior planificação, mostrou-se adequada. Embora as normas ASTM E1820 e BS7448 adotem diferentes parâmetros para a determinação do valor de CTOD, observou-se que os valores de CTOD foram bem próximos. / The increasing demand for oil and its products has driven the development of materials for ducts with high fracture toughness and high mechanical strength, such as high strength low alloy (HSLA) steels, appertaining to the API classes. In addition to the use of these steels, the application of the high frequency resistance welding process (HF/ERW) has gained greater interest in the sector. However, defects in the welded joints are one of the most causes of failures in pipelines, especially when they are associated with external operating conditions, which has been the reason for studies related to the structural integrity of these tubes. The aim of this work was to study the fracture toughness of an API 5L X70 steel tube welded by the HF/ERW process, from data obtained with CTOD tests bending specimens by three points, type SE (B) gull wing. The proposed methodology involved CTOD tests at various temperatures, including the ductile-brittle transition region, in order to assess the structural integrity of the material under critical operating conditions. The tests were performed based on the ASTM E1820 and BS7448 standards, and consisted of the use of specimens taken directly from the wall of the tube, with subsequent planning. In general, the base material samples showed good fracture toughness at all test temperatures, which did not occur with the samples of welded material, which presented low toughness. The toughness results obtained showed that the methodology used for the study of structural integrity by means of the CTOD tests with samples drawn directly from the wall of the tube, with subsequent planning, was adequate. Although the ASTM E1820 and BS7448 standards adopt different parameters for the determination of the CTOD value, it was observed that the CTOD values were very close.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-27T17:30:21Z No. of bitstreams: 1 JAILSON ALVES DA NÓBREGA - DISSERTAÇÃO PPGEM 2014..pdf: 8059019 bytes, checksum: 3342c79a6597e27674ae52970211493c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-27T17:30:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JAILSON ALVES DA NÓBREGA - DISSERTAÇÃO PPGEM 2014..pdf: 8059019 bytes, checksum: 3342c79a6597e27674ae52970211493c (MD5) Previous issue date: 2014-12-03 / Capes / Muitas são as variações metalúrgicas sofridas pelo material quando o mesmo é submetido a um ciclo térmico de soldagem, exercendo uma considerável influência sobre as suas propriedades mecânicas e mais especificamente sobre os níveis de tensões residuais. Na fase de projeto, uma dessas alternativas para a avaliação dos ciclos térmicos e tensões residuais de soldagem é o emprego de simulação via métodos computacionais. A partir disto, neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia numérica para determinar o campo de temperatura e tensões residuais transversais em juntas soldadas. As simulações numéricas foram realizadas por meio de um software comercial, ABAQUS®, baseado no Método de Elementos Finitos (MEF). Foram considerados fenômenos que fazem a modelagem matemática do processo de soldagem de forma a torná-la mais robusta. Foi utilizada a fonte de calor analítica proposta por Goldak, capaz de modelar a entrada de calor. Foram avaliados os parâmetros de entrada, tais como: Corrente, voltagem, velocidade de soldagem e temperatura inicial da chapa virtual. Para validação dos resultados térmicos, foi utilizada uma chapa virtual do aço API 5L X70 soldada pelo processo FCAW. Nas demais simulações térmicas e mecânicas foram utilizadas uma chapa virtual do aço API 5L X80 soldadas pelos processos GTAW e SMAW. Foi possível observar neste estudo a influência da temperatura de pré-aquecimento e de interpasse sobre os gradientes térmicos e ciclos térmicos na junta soldada, além das mudanças nos valores das temperaturas de pico e do tempo de resfriamento entre 800 e 500 °C (∆t8/5) quando avaliados em diferentes regiões da junta soldada. Com relação às tensões residuais transversais, verificaram-se mudanças no perfil destas tensões quando aplicado mais de um passe da soldagem virtual podendo o modelo servir de base para trabalhos futuros. / Many are the metallurgical variations suffered by the material when it is subjected to a weld thermal cycle, which promote a considerable influence on mechanical properties, and specifically on the welded joint residual stresses. In the project phase, one of these alternatives is the use of computational methods via simulation. So, in this work a numerical methodology to determine the temperature field and transverse residual stresses was developed. The numerical simulations were implemented using a commercial software ABAQUS® based on finite element method (FEM). In addition, a source of heat proposed by Goldak, able to model the heat input value was used. Input parameters, such as: Current, voltage, speed and initial temperature of the virtual plate were also evaluated. To validate the thermal results and the other thermal and mechanical simulations a virtual plate of API 5L X70 and API 5L X-80 steel welded by the FCAW and GTAW and SMAW processes respectively was used. The results showed that it was possible to evaluate the influence of preheat and interpass temperature on the weld thermal gradients and thermal cycling, as well as the change in peak temperature and cooling time between 800 and 500 (∆t8/5) values in different regions of the welded joint. In relation to the transverse residual stresses, it was showed that there were changes in its profile when it was applied more than one weld pass which can serve as base model for future work in this area.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:36:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nicolangelo Del Busso.pdf: 1564969 bytes, checksum: 09a254462846bd38848d90350375c6c6 (MD5) Previous issue date: 2016-02-01 / The present work investigates the possible changes that occur in the mechanical properties and microstructure of welded joints through the process of submerged arc in steel plates High Strength Low Alloy (HSLA) type API 5L X70, used in pipelines. These are usually constructed starting from calendered plates and welded through submerged arc process, forming 600 mm diameter pipes, with 12 m long. To reproduce faithfully the pipes manufacturing processes, for further characterization of test bodies were produced, welding plate supplied by USIMINAS, through the submerged arc welding, and withdrawing samples to perform the characterization of the regions of the weld metal (WM), the heat affected zone (HAZ) and the base metal (BM). Conventional tensile and Charpy V-Notch were performed to determine mechanical and impact properties of the tested materials, as well as macrograph tests and Optical microscopy (OM) and weld metal (WM), the heat affected zone (HAZ) and the base metal (BM). The metallographic examination showed banded microstructure consisting of polygonal ferrite, pearlite and bainite with small grain size. The results showed increased strength and hardness influenced by the presence of acicular ferrite. The fractography analysis after impact tests revealed ductile-brittle behavior. Impact tests were performed at temperatures of 0°C and -20°C, which exhibited significant toughness decrease, that is 260J to 202J for the BM, 106J to 81J for HAZ and 25J to 19J to the WM, while the Vickers hardness testing (HV10) was increased from the fusion zone to the base metal (194HV for WM, 202 HV for HAZ and 218 HV for BM). / O presente trabalho investiga as alterações que ocorrem nas propriedades mecânicas e na microestrutura em juntas soldadas por Arco Submerso, em chapas de aço ARBL (Alta Resistência e Baixa Liga) tipo API 5L X70, utilizadas em tubos de minerodutos. Estes são geralmente construídos a partir de chapas calandradas e soldadas de topo, pelo processo de Arco Submerso, formando tubos com diâmetro de cerca de 600mm, por 12 metros de comprimento. Objetivando reproduzir fidedignamente o processo de fabricação dos tubos, foram produzidos corpos de provas, soldando-se, pelo processo arco submerso, chapas fornecidas pela USIMINAS, e, destas foram retiradas amostras para se efetuar a caracterização das soldas, nas regiões da zona fundida (ZF), da zona termicamente afetada (ZTA), e do material base (MB). Foram efetuados os ensaios mecânicos de tração, dureza, dobramento e impacto, bem como a caracterização por macrografia e microscopias, ótica (MO) e de varredura (MEV). O exame metalográfico apresentou microestrutura bandeada, consistindo de ferrita poligonal, perlita e bainita com pequeno tamanho de grão. Os resultados obtidos mostraram o aumento da resistência mecânica e da dureza, influenciados pela presença de ferrita acicular. As análises fratográficas, após ensaios de impacto revelaram comportamento ductil-frágil. Os ensaios de impacto foram realizados às temperaturas de 0ºC e de -20ºC, onde apresentaram quedas significativas da tenacidade na região da solda, decrescendo da região do metal base (260J e 202J) para a zona termicamente afetada (106J e 81J) e para a zona fundida (25J e 19J), respectivamente, para 0ºC e -20ºC. Os resultados dos ensaios de dureza Vickers (HV10) apresentaram um ligeiro aumento da dureza, crescendo no sentido MB-ZTA-ZF (194 HV, 202 HV e 218 HV, respectivamente).

Submitted by BRUNO ANTONIO SORRIJA null (sorrija.bruno@gmail.com) on 2016-05-19T13:40:17Z No. of bitstreams: 1 Versão Final - Dissertação.pdf: 9391340 bytes, checksum: b297f42192c63f4f572fd0e0e177f47e (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-05-23T16:33:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 sorrija_ba_me_guara.pdf: 9391340 bytes, checksum: b297f42192c63f4f572fd0e0e177f47e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-23T16:33:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 sorrija_ba_me_guara.pdf: 9391340 bytes, checksum: b297f42192c63f4f572fd0e0e177f47e (MD5) Previous issue date: 2016-04-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Tubos de aço utilizados na exploração e prospecção de petróleo e gás natural estão sujeitos a carregamentos dinâmicos durante o transporte (transit fatigue) e também quando em serviço. Por este motivo é imperativo que os tubos utilizados apresentem excelente integridade estrutural a fim de evitar a ocorrência de falhas prematuras devido à fadiga. Contudo, como o processo de fabricação HFIW, largamente utilizado pela indústria, envolve conformação mecânica seguida de soldagem, defeitos estarão inerentemente presentes nos tubos, notadamente uma interface entre as bordas das chapas soldadas. No presente trabalho foi investigado como a junta soldada de tubos de aço API 5CT N80 tipo Q pode contribuir para redução da vida em fadiga e como o processo como um todo pode levar a anisotropia mecânica dos tubos. Para preservar ao máximo as características originais dos tubos foram realizados ensaios de fadiga axiais utilizando corpos de prova não previstos pelas normas técnicas vigentes, com espessuras iguais as das paredes dos tubos dos quais foram retirados. Foi também desenvolvido e testado um dispositivo para realização de ensaios de fadiga utilizando trechos de tubo, o qual mostrou potencial para a realização de ensaios futuros. Os resultados dos ensaios axiais (realizados de modo a comparar a região da junta soldada como uma posição a 90° dela) indicaram que a junta soldada pode agir como um tipo de concentrador de tensões, contribuindo para a diminuição da resistência à fadiga dos tubos de maneira inversamente proporcional à carga aplicada. Também foi observado que defeitos resultantes do processo de fabricação (muitos deles macroscópicos) podem atuar como pontos para a nucleação de trincas de fadiga e que, portanto, não deveriam estar presentes no produto final. Ensaios de tração, análises metalográfias, fractográficas e de microdureza também foram realizados de modo a complementar os resultados dos ensaios de fadiga. / Steel pipes, used in the oil and gas industry in prospection and exploration activities, are often subjected to cyclic loading during their transportation (transit fatigue) and during their service life. Considering this, these steel pipes must have excellent structural integrity in order to avoid premature failure by fatigue mechanisms. However, the HFIW manufacturing process, widely used by the industry, involves mechanical forming and welding and, therefore, defects are inherently present in the finished products, remarkably an interface between the edges of the steel sheets that are welded into tubes. In this work it has been investigated how the HFIW manufacturing process can reduce the fatigue resistance of API 5CT N80 type Q steel tubes and lead to a mechanical anisotropy of the finished product. To keep the specimens characteristics closer to the real steel pipes, axial fatigue tests have been performed with round specimens which had their thickness equal to the thickness of the walls of the pipes from which they had been taken from. It has been developed also a device and a method to test small length sections of steel tubes, which have shown potential to be used in the future as a new methodology for the study of fatigue in steel pipes. The results of the axial fatigue tests (carried out to compare the welded joint to a position situated 90° from it) indicate that the welded joint can act as a stress raiser and contributes to reduce the fatigue resistance of the steel pipes, in a inversely proportional relationship with the increasing of the applied dynamic loading. It has been observed also that some defects, which result from the manufacturing process, can act as points for the nucleation of fatigue cracks and, for this, they should not be present in the manufactured product. Tensile tests, metallographic analysis, fractography study and microhardness tests had been carried out to complement the fatigue tests results.