A avaliação e verificação das propriedades mecânicas dos materiais empregados na indústria é uma das atividades de maior responsabilidade na engenharia. A realização dessas atividades depende do emprego de critérios estabelecidos por normas de associações de engenharia e também de normas internas de empresas, que determinam adaptações e exigências em função de características de projeto e de condições de utilização particulares de estruturas e equipamentos. O objetivo principal deste trabalho é a determinação de critérios para aceitação de medições de dureza por meio de durômetros portáteis dentro da empresa Petróleo Brasileiro S.A. A determinação destes critérios envolve, entre outros aspectos, a especificação de princípios de medição de dureza apropriados para diferentes situações, observação de recursos técnicos mínimos exigíveis de equipamentos portáteis e a observação, aprimoramento e especificação de procedimentos para a execução de medições de dureza. É apresentada no trabalho uma compilação das exigências e recomendações de normas técnicas, recomendações da bibliografia e de fabricantes de equipamentos portáteis sobre a medição de dureza em metais com estes equipamentos. É apresentada também uma discussão sobre pontos conflitantes e pontos obscuros de normas técnicas vigentes de diferentes instituições. Alguns aspectos, como posição de medição e avaliação de dureza na zona termicamente afetada de juntas soldadas, são analisados e discutidos com base em resultados de ensaios realizados. A realização deste trabalho fornece subsídios para a revisão de normas da Petrobras, relativas a medições de dureza em regiões de solda, tanto em qualificações de procedimentos quanto para medições em campo. / Evaluation of the mechanical properties of materials used in industry is one of the most important activities in engineering. It depends on the use of criteria, developed by engineering associations, organizations for standardization and companies. The companies determine internal standards, changes and requirements for particular aspects of design and service of structures and equipment. The main objective of this study is to determine criteria for acceptance of hardness measurements by means of portable instruments in Petrobras. This involves, among other aspects, the specification of principles for measuring hardness suitable for different situations, observation of minimum technical resources required for mobile devices and the improvement of measurement procedures. Recomendation and requirements from different sources like standards, literature, articles and catalogs were gathered, analysed and discussed. Some aspects, such as measurement position, evaluation of hardness measurement in the HAZ of welded joints by portable instruments are discussed based on results of experiments. The results obtained can be used as a source of information for the revision and improvement of internal standards in Petrobras, related to qualification of procedures and measurements realized in field.

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Estrutural, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Tese de mestrado integrado. Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Processos de Fabrico, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor António Augusto Fernandes

A avaliação e verificação das propriedades mecânicas dos materiais empregados na indústria é uma das atividades de maior responsabilidade na engenharia. A realização dessas atividades depende do emprego de critérios estabelecidos por normas de associações de engenharia e também de normas internas de empresas, que determinam adaptações e exigências em função de características de projeto e de condições de utilização particulares de estruturas e equipamentos. O objetivo principal deste trabalho é a determinação de critérios para aceitação de medições de dureza por meio de durômetros portáteis dentro da empresa Petróleo Brasileiro S.A. A determinação destes critérios envolve, entre outros aspectos, a especificação de princípios de medição de dureza apropriados para diferentes situações, observação de recursos técnicos mínimos exigíveis de equipamentos portáteis e a observação, aprimoramento e especificação de procedimentos para a execução de medições de dureza. É apresentada no trabalho uma compilação das exigências e recomendações de normas técnicas, recomendações da bibliografia e de fabricantes de equipamentos portáteis sobre a medição de dureza em metais com estes equipamentos. É apresentada também uma discussão sobre pontos conflitantes e pontos obscuros de normas técnicas vigentes de diferentes instituições. Alguns aspectos, como posição de medição e avaliação de dureza na zona termicamente afetada de juntas soldadas, são analisados e discutidos com base em resultados de ensaios realizados. A realização deste trabalho fornece subsídios para a revisão de normas da Petrobras, relativas a medições de dureza em regiões de solda, tanto em qualificações de procedimentos quanto para medições em campo. / Evaluation of the mechanical properties of materials used in industry is one of the most important activities in engineering. It depends on the use of criteria, developed by engineering associations, organizations for standardization and companies. The companies determine internal standards, changes and requirements for particular aspects of design and service of structures and equipment. The main objective of this study is to determine criteria for acceptance of hardness measurements by means of portable instruments in Petrobras. This involves, among other aspects, the specification of principles for measuring hardness suitable for different situations, observation of minimum technical resources required for mobile devices and the improvement of measurement procedures. Recomendation and requirements from different sources like standards, literature, articles and catalogs were gathered, analysed and discussed. Some aspects, such as measurement position, evaluation of hardness measurement in the HAZ of welded joints by portable instruments are discussed based on results of experiments. The results obtained can be used as a source of information for the revision and improvement of internal standards in Petrobras, related to qualification of procedures and measurements realized in field.

A avaliação e verificação das propriedades mecânicas dos materiais empregados na indústria é uma das atividades de maior responsabilidade na engenharia. A realização dessas atividades depende do emprego de critérios estabelecidos por normas de associações de engenharia e também de normas internas de empresas, que determinam adaptações e exigências em função de características de projeto e de condições de utilização particulares de estruturas e equipamentos. O objetivo principal deste trabalho é a determinação de critérios para aceitação de medições de dureza por meio de durômetros portáteis dentro da empresa Petróleo Brasileiro S.A. A determinação destes critérios envolve, entre outros aspectos, a especificação de princípios de medição de dureza apropriados para diferentes situações, observação de recursos técnicos mínimos exigíveis de equipamentos portáteis e a observação, aprimoramento e especificação de procedimentos para a execução de medições de dureza. É apresentada no trabalho uma compilação das exigências e recomendações de normas técnicas, recomendações da bibliografia e de fabricantes de equipamentos portáteis sobre a medição de dureza em metais com estes equipamentos. É apresentada também uma discussão sobre pontos conflitantes e pontos obscuros de normas técnicas vigentes de diferentes instituições. Alguns aspectos, como posição de medição e avaliação de dureza na zona termicamente afetada de juntas soldadas, são analisados e discutidos com base em resultados de ensaios realizados. A realização deste trabalho fornece subsídios para a revisão de normas da Petrobras, relativas a medições de dureza em regiões de solda, tanto em qualificações de procedimentos quanto para medições em campo. / Evaluation of the mechanical properties of materials used in industry is one of the most important activities in engineering. It depends on the use of criteria, developed by engineering associations, organizations for standardization and companies. The companies determine internal standards, changes and requirements for particular aspects of design and service of structures and equipment. The main objective of this study is to determine criteria for acceptance of hardness measurements by means of portable instruments in Petrobras. This involves, among other aspects, the specification of principles for measuring hardness suitable for different situations, observation of minimum technical resources required for mobile devices and the improvement of measurement procedures. Recomendation and requirements from different sources like standards, literature, articles and catalogs were gathered, analysed and discussed. Some aspects, such as measurement position, evaluation of hardness measurement in the HAZ of welded joints by portable instruments are discussed based on results of experiments. The results obtained can be used as a source of information for the revision and improvement of internal standards in Petrobras, related to qualification of procedures and measurements realized in field.

Comentado inicialmente o fato de que até hoje continuam altos os índices de falhas em estruturas soldadas e são mencionadas as trincas como uma de suas maiores causas, citando-se opiniões de reconhecidas autoridades no assunto. O termo "soldabilidade" é apresentado, sendo analisadas as dificuldades em precisar-se seu real significado, inferindo-se que ele é aplicável, com exatidão, somente para cada caso em particular. Explana-se as idéias fundamentais existentes com relação ao crescimento epitaxial e competitivo, realizando-se uma análise da influência dos parâmetros de soldagem sobre as estruturas de solidificação e microsegregação. Exemplifica-se a ação desse fenômeno sobre a formação das "Trincas a Frio na Zona do Metal Soldado", demonstrando-se a influência positiva de manipulação inteligente dos parâmetros "gradiente de temperatura no líquido" e "velocidade de crescimento do sólido" na solda, sobre a distribuição do hidrogênio. Numa pesquisa bibliográfica relativamente vasta, apresenta-se o estágio atual do conhecimento sobro o mecanismo e natureza das Trincas de Solidificação. Mostra-se suas características mais importantes, evolução histórica das pesquisas fundamentais para o desvendamento do suas particularidades e as teorias atualmente celtas quanto sua formação, todas elas indicando-se uma ação conjugada de deformação/microsegregação. Além disso, relata-se os fatores mais importantes relacionados com a suscetibilidade às Trincas de Solidificação, tanto sob o ponto de vista operacional, do lado "prático" da soldagem, quanto do prisma da ação dos elementos químicos, arrolando-se uma larga série de sugestões para minimizar essa suscetibilidade, assumindo vulto essas informações, pois são pouquíssimos e geralmente de abordagem superficial os trabalhos existentes sobre o assunto em língua portuguesa. Descreve-se e indica-se o uso dos ensaios mais usuais de soldadibilidade, relacionando suas várias categorias com os fenômenos das deformações e noções fundamentais de constrangimento das juntas soldadas. Discute-se, ainda, detalhadamente, a utilização do Teste Verestraint e suas variantes (Transvarestraint e Spot Varestraint), demonstrando-se as limitações de cada caso, além de discorrer-se sobre o fatos humano no problema. Apresenta-se, também, uma tabela que tenta englobar de maneira sintética os principais aspectos dos Testes vistos. Utilizando-se o Teste Varestraint, com TIG sem metal de adição, para estudar a suscetibilidade do metal base às Trincas de Solidificação, ale dos convecionais relaciomentos entre o Comprimento Total das Trincas médio, já que utilizamos sempre a média de no mínimo três ensaios com intensidade de corrente ou deformação, analisa-se o efeito da velocidade de soldagem, mantidos outros parâmetros constantes, o que sugeriu-nos uma interessante conclusão sobre o aspecto diferenciado, em relação à energia de soldagem, dos parâmetros corrente a velocidade. Através de análise metalográfica ótica e ao Microscópio Eletrônico de Varredura, discute-se aspectos característicos das Trincas de Solidificação, sendo que nesse último aparelho a trinca mostra-se de forma indiscutivelmente dendrítica, enquanto que os ataques utilizados em metalografica óptica permite-nos observar seu caminho intergranular, na estrutura secundária, ou, interdendrítico, quando a estrutura é primária. Estende-se o trabalho e avalia-se a influência do metal de adição proporcionado por dois processos distintos (MAG e Arco-Submerso), soldados superficialmente sobre a chapa e após fresado o excesso, sendo que, aparentemente, constata-se que o fator possível de ser relacionado com a sua suscetibilidade às Trincas de Solidificação é a razão fator de ser relacionado com a sua suscetibilidade às Trincas de Silidificação é a razão penetração/largura do cordão soldado, além de o metal base apresentar maior suscetibilidade às Trincas de Solidificação do que os metais de adição diluídos, dentro da faixa de trabalho utilizada.

O presente trabalho focou no estudo das propriedades mecânico/metalúrgicas de juntas do aço DP 1000 soldadas a topo (1G) pelo processo MAG e efeito do tratamento de bake hardening sobre as mesmas, tendo sido dividido em duas etapas. Na primeira foi analisado isoladamente o efeito de diferentes energias de soldagem (isto é, promovendo-se diferentes taxas de resfriamento). Neste estágio ainda foi avaliada a influência de dois distintos metais de adição sobre as propriedades mecânicas finais das juntas. Na segunda etapa, algumas das juntas foram tratadas termicamente por bake hardening, para então terem suas propriedades mecânico/metalúrgicas também analisadas. Foi constatada uma queda visível de dureza na zona afetada pelo calor (ZAC), em virtude do revenido da martensita do metal base; coincidentemente as fraturas de todos os ensaios de tração (em qualquer condição) ocorreram invariavelmente na vizinhança desta região. Uma vez que as fraturas das juntas como soldadas ocorreram na ZAC, ficou implícito não ter havido nenhuma diferença substancial entre as propriedades mecânicas finais das juntas dos dois metais de adição. As quedas dos limites de escoamento e de resistência do metal base foram inerentes às juntas como soldadas (levando em conta as condições de soldagem utilizadas); contudo, quando a mínima energia de soldagem foi aplicada, esta perda de propriedades mecânicas foi minimizada, em razão do grau de abrandamento da ZAC ter sido menor. Os parâmetros escolhidos para bake hardening (duas corridas de 150 oC por 30 min) permitiram que as juntas soldadas com taxas de resfriamento máximas (isto é, soldadas com mínima energia de soldagem) obtivessem limite de escoamento e resistência 16% e 17% superiores, respectivamente, às mesmas juntas no estado como soldado. Este resultado recomenda o tratamento de bake hardening como alternativa à perda de resistência das juntas de DP 1000 pós soldagem. Contudo, as juntas soldadas com taxas de resfriamento menores (isto é, soldadas com maiores energias de soldagem) não apresentaram incremento em suas propriedades mecânicas após baking. / The present work focused on the study of mechanical/metallurgical properties of DP 1000 joints welded in flat position (1G) and the effect of bake hardening heat treatment over them, being divided in two stages. At the first stage it was primarily analyzed the effect of different heat inputs (i.e. different cooling rates were promoted). In this stage was also evaluated the effect of two different filler metals on final mechanical properties of these joints. At the second stage, some of these joints were heat treated by bake hardening, and then they also had their mechanical/metallurgical properties analyzed. It was found a drop of hardness in heat affected zone (HAZ) due to martensite tempering; coincidently fractures of all tensile tested joints (at any condition) always occurred in the vicinity of this region. Since all as welded joints fractured in HAZ, it was concluded that there was no substantial difference between the final mechanical properties of both filler metals. It was noticed, that the decrease of base metal's yield and tensile strength were inherent to the as welded joints (considering the welding conditions used); however, when minimal heat input was used, these drop of mechanical properties were less pronounced, once the degree of HAZ softening was smaller. The chosen bake hardening parameters (two runs of 150 oC for 30 min) allowed welded joints with maximum cooling rates (i.e. welded with. minimal heat input) to have yield and tensile strength 16% and 17% higher, respectively, when compared to same joints in as welded conditions. This result recommends bake hardening as an alternative to minimize strength loss of DP welded joints. However, joints welded with lower cooling rates (i.e. welded with higher heat inputs) did not have their mechanical properties increased after bake hardening.

Comentado inicialmente o fato de que até hoje continuam altos os índices de falhas em estruturas soldadas e são mencionadas as trincas como uma de suas maiores causas, citando-se opiniões de reconhecidas autoridades no assunto. O termo "soldabilidade" é apresentado, sendo analisadas as dificuldades em precisar-se seu real significado, inferindo-se que ele é aplicável, com exatidão, somente para cada caso em particular. Explana-se as idéias fundamentais existentes com relação ao crescimento epitaxial e competitivo, realizando-se uma análise da influência dos parâmetros de soldagem sobre as estruturas de solidificação e microsegregação. Exemplifica-se a ação desse fenômeno sobre a formação das "Trincas a Frio na Zona do Metal Soldado", demonstrando-se a influência positiva de manipulação inteligente dos parâmetros "gradiente de temperatura no líquido" e "velocidade de crescimento do sólido" na solda, sobre a distribuição do hidrogênio. Numa pesquisa bibliográfica relativamente vasta, apresenta-se o estágio atual do conhecimento sobro o mecanismo e natureza das Trincas de Solidificação. Mostra-se suas características mais importantes, evolução histórica das pesquisas fundamentais para o desvendamento do suas particularidades e as teorias atualmente celtas quanto sua formação, todas elas indicando-se uma ação conjugada de deformação/microsegregação. Além disso, relata-se os fatores mais importantes relacionados com a suscetibilidade às Trincas de Solidificação, tanto sob o ponto de vista operacional, do lado "prático" da soldagem, quanto do prisma da ação dos elementos químicos, arrolando-se uma larga série de sugestões para minimizar essa suscetibilidade, assumindo vulto essas informações, pois são pouquíssimos e geralmente de abordagem superficial os trabalhos existentes sobre o assunto em língua portuguesa. Descreve-se e indica-se o uso dos ensaios mais usuais de soldadibilidade, relacionando suas várias categorias com os fenômenos das deformações e noções fundamentais de constrangimento das juntas soldadas. Discute-se, ainda, detalhadamente, a utilização do Teste Verestraint e suas variantes (Transvarestraint e Spot Varestraint), demonstrando-se as limitações de cada caso, além de discorrer-se sobre o fatos humano no problema. Apresenta-se, também, uma tabela que tenta englobar de maneira sintética os principais aspectos dos Testes vistos. Utilizando-se o Teste Varestraint, com TIG sem metal de adição, para estudar a suscetibilidade do metal base às Trincas de Solidificação, ale dos convecionais relaciomentos entre o Comprimento Total das Trincas médio, já que utilizamos sempre a média de no mínimo três ensaios com intensidade de corrente ou deformação, analisa-se o efeito da velocidade de soldagem, mantidos outros parâmetros constantes, o que sugeriu-nos uma interessante conclusão sobre o aspecto diferenciado, em relação à energia de soldagem, dos parâmetros corrente a velocidade. Através de análise metalográfica ótica e ao Microscópio Eletrônico de Varredura, discute-se aspectos característicos das Trincas de Solidificação, sendo que nesse último aparelho a trinca mostra-se de forma indiscutivelmente dendrítica, enquanto que os ataques utilizados em metalografica óptica permite-nos observar seu caminho intergranular, na estrutura secundária, ou, interdendrítico, quando a estrutura é primária. Estende-se o trabalho e avalia-se a influência do metal de adição proporcionado por dois processos distintos (MAG e Arco-Submerso), soldados superficialmente sobre a chapa e após fresado o excesso, sendo que, aparentemente, constata-se que o fator possível de ser relacionado com a sua suscetibilidade às Trincas de Solidificação é a razão fator de ser relacionado com a sua suscetibilidade às Trincas de Silidificação é a razão penetração/largura do cordão soldado, além de o metal base apresentar maior suscetibilidade às Trincas de Solidificação do que os metais de adição diluídos, dentro da faixa de trabalho utilizada.

O presente trabalho focou no estudo das propriedades mecânico/metalúrgicas de juntas do aço DP 1000 soldadas a topo (1G) pelo processo MAG e efeito do tratamento de bake hardening sobre as mesmas, tendo sido dividido em duas etapas. Na primeira foi analisado isoladamente o efeito de diferentes energias de soldagem (isto é, promovendo-se diferentes taxas de resfriamento). Neste estágio ainda foi avaliada a influência de dois distintos metais de adição sobre as propriedades mecânicas finais das juntas. Na segunda etapa, algumas das juntas foram tratadas termicamente por bake hardening, para então terem suas propriedades mecânico/metalúrgicas também analisadas. Foi constatada uma queda visível de dureza na zona afetada pelo calor (ZAC), em virtude do revenido da martensita do metal base; coincidentemente as fraturas de todos os ensaios de tração (em qualquer condição) ocorreram invariavelmente na vizinhança desta região. Uma vez que as fraturas das juntas como soldadas ocorreram na ZAC, ficou implícito não ter havido nenhuma diferença substancial entre as propriedades mecânicas finais das juntas dos dois metais de adição. As quedas dos limites de escoamento e de resistência do metal base foram inerentes às juntas como soldadas (levando em conta as condições de soldagem utilizadas); contudo, quando a mínima energia de soldagem foi aplicada, esta perda de propriedades mecânicas foi minimizada, em razão do grau de abrandamento da ZAC ter sido menor. Os parâmetros escolhidos para bake hardening (duas corridas de 150 oC por 30 min) permitiram que as juntas soldadas com taxas de resfriamento máximas (isto é, soldadas com mínima energia de soldagem) obtivessem limite de escoamento e resistência 16% e 17% superiores, respectivamente, às mesmas juntas no estado como soldado. Este resultado recomenda o tratamento de bake hardening como alternativa à perda de resistência das juntas de DP 1000 pós soldagem. Contudo, as juntas soldadas com taxas de resfriamento menores (isto é, soldadas com maiores energias de soldagem) não apresentaram incremento em suas propriedades mecânicas após baking. / The present work focused on the study of mechanical/metallurgical properties of DP 1000 joints welded in flat position (1G) and the effect of bake hardening heat treatment over them, being divided in two stages. At the first stage it was primarily analyzed the effect of different heat inputs (i.e. different cooling rates were promoted). In this stage was also evaluated the effect of two different filler metals on final mechanical properties of these joints. At the second stage, some of these joints were heat treated by bake hardening, and then they also had their mechanical/metallurgical properties analyzed. It was found a drop of hardness in heat affected zone (HAZ) due to martensite tempering; coincidently fractures of all tensile tested joints (at any condition) always occurred in the vicinity of this region. Since all as welded joints fractured in HAZ, it was concluded that there was no substantial difference between the final mechanical properties of both filler metals. It was noticed, that the decrease of base metal's yield and tensile strength were inherent to the as welded joints (considering the welding conditions used); however, when minimal heat input was used, these drop of mechanical properties were less pronounced, once the degree of HAZ softening was smaller. The chosen bake hardening parameters (two runs of 150 oC for 30 min) allowed welded joints with maximum cooling rates (i.e. welded with. minimal heat input) to have yield and tensile strength 16% and 17% higher, respectively, when compared to same joints in as welded conditions. This result recommends bake hardening as an alternative to minimize strength loss of DP welded joints. However, joints welded with lower cooling rates (i.e. welded with higher heat inputs) did not have their mechanical properties increased after bake hardening.