[pt] O presente trabalho avalia a evolução da microestrutura e as propriedades mecânicas devido à influência do aporte de calor exercido por um procedimento de soldagem que utilizou sequencialmente dois processos de soldagem sobre um tubo de aço API 5L X80, fabricado pelo processo UOE, de um aço produzido por laminação controlada sem resfriamento acelerado. A soldagem foi realizada em um tubo de 20 de diâmetro nominal e 3/4 de espessura, fixado na posição horizontal simulando condições de campo, usando o processo MAG de curtocircuito de corrente controlada com gás de proteção CO2 (100%) para o passe de raiz e o processo por Arame Tubular com proteção gasosa Ar - CO2 (80% - 20%) para os demais passes. As propriedades mecânicas foram avaliadas segundo os ensaios mecânicos exigidos na norma API 1104, além dos ensaios de microdureza Vickers e de impacto Charpy V. As mudanças microestruturais na Zona Afetada Termicamente e Material de Solda foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia óptica. A avaliação mecânica segundo a norma API 1104 foi reprovada, onde os resultados dos ensaios de tração e Nick-Break foram aceitos e o ensaio de dobramento lateral um corpo-de-prova apresentou uma trinca superior ao comprimento máximo aceitável. Os resultados da microdureza foram aceitáveis e o resultado do impacto Charpy V, segundo a norma DNV-OS-F101, para a temperatura de 0 °C foi insatisfatório na região do metal de solda dos passes de acabamento. A região da ZTA apresentou maior energia de impacto quando comparado com o material de base à temperatura de 0 °C, embora com presença do microconstituinte A-M. / [en] The present work evaluates the changes in the microstructural and mechanical properties of an API 5L X80 steel tube due to the influence of heat input exerted during a welding procedure that used two sequential welding processes. The tubes were manufactured using the UOE process, from steel that was produced by controlled rolling without accelerated cooling. The welding was carried out on a 3/4 thick and 20 nominal diameter pipe, while it was held in a horizontal position in order to simulate field conditions, using a controlled short circuit GMAW process with CO2 (100%) gas shielding for the root pass and a flux cored arc welding process with Ar-CO2 (80% - 20%) gas shielding for the other passes. The evaluation of the mechanical properties was done by means of mechanical tests according to the API 1104 standard, in addition to the Vickers microhardness and Charpy V-notch tests. The changes in the microstructure of the Heat Affected Zone (HAZ) and the welded metal were evaluated by means of scanning electronic microscopy (SEM) and optical microscopy. The mechanical evaluation was unsatisfactory according to the API 1104 standard, while the tensile and Nick-Break test results were acceptable. The side bend test showed a crack in a specimen that exceeded the maximum acceptable value. The Vickers microhardness results were acceptable and the Charpy V-notch result, according to the DNV-OS-F101 standard, at a temperature of 0 °C, was unsatisfactory in the weld metal region of the over cap. The HAZ region showed greater energy of impact absorption compared to the base metal, at a temperature of 0 °C, even with existence of the microconstituent M-A.

[pt] O presente estudo faz parte de um projeto relacionado ao estudo de aplicação de tubos de aço API 5L Grau X80 fabricados no Brasil e destinados para a montagem de tubulações para o transporte de gás. Objetiva-se avaliar os parâmetros de soldagem empregados na execução da soldagem circunferencial combinando os processos de eletrodo revestido, para a execução do passe de raiz e passe quente, e arame tubular autoprotegido para a execução dos passes de enchimento e acabamento. Os resultados obtidos indicam que embora o material utilizado, tanto metal de solda como metal de base estejam atendendo aos requisitos básicos de tenacidade e resistência, em acordo com as normas, a qualificação do procedimento é dependente do desempenho dos soldadores. Existe portanto, a necessidade de habilitação técnica mais ampla quanto a formação de profissionais nesta área, excedendo assim o escopo do presente estudo cujo objetivo foi estudar e caracterizar a solda circunferencial. As propriedades mecânicas foram avaliadas mediante ensaios de dureza, tração, dobramento, ensaios nick-break e tenacidade mediante ensaios de impacto Charpy. A caracterização da junta soldada foi realizada, utilizando-se microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura. Embora o procedimento empregado não tenha sido qualificado pela norma API 1104, em função da execução do procedimento, os valores de resistência mecânica obtidos foram aceitáveis e a caracterização microestrutural e mecânica da junta comprova a não ocorrência de microestruturas frágeis, seja no metal de solda ou na ZTA. / [en] The current work is part of a larger project to study the application of API 5L X80 steel tubes, produced in Brazil, in gas pipeline fabrication. The objective of this work is to evaluate the effects of the process parameters used when performing a circumferential welding technique which combines the utilization of coated electrodes for the root and hot passes, while exploiting self-shielded flux cored arc welding for the filling and finishing passes. The results obtained indicate that, though the material studied, both filler metal and the base alloy, meet the basic toughness and strength specifications of the relevant standards, the final overall quality of the joint is very dependent on the skill of the welders. Although there is a necessity to guarantee an adequate level of training for these professionals for such tasks, that would be beyond the scope of then present work, as it aims to emphasize the characterization of the circumferential weld itself. The mechanical properties were evaluated using hardness measurements, bend testing, nick-break tests and toughness was evaluated by Charpy notchimpact tests. The metallographic characterization of the girth weld joint was undertaken by means of optical and scanning electron microscopy. Though the specific methodology applied has not been qualified by the API 1104 Standard, as such, the strength values obtained were of acceptable levels and an analysis of the joint`s microstructure and overall mechanical properties confirm that no typical fragile structures or phases were present either in the weld metal or the heat affected zone.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O processo mais utilizado para a união de tubos de aço para o transporte de óleo e gás é a soldagem. Embora ainda se utilize a soldagem manual, a soldagem mecanizada e até mesmo a automatizada vem ganhando espaço. Assim, este trabalho comtempla a soldagem circunferencial em meia cana de tubos API 5L X65 de 8” de diâmetro nominal e 8,0 mm de espessura, junta de topo com chanfro estreito (abertura de 30°) e preparação em V, por meio de dispositivo de deslocamento (soldagem mecanizada) e com variação de parâmetros (soldagem automatizada). São apresentados os parâmetros de soldagem encontrados para a confecção da junta soldada em dois passes (um de raiz e outro de enchimento/acabamento). Os parâmetros selecionados para o passe de raiz foram retirados de um estudo anterior servindo também como forma de validação de resultados, ora obtidos na soldagem em chapas e, agora em tubos. Foram avaliados os processos GMAW com transferência metálica por curto-circuito em modo convencional e controlado (processos derivativos) utilizando fontes comerciais com diferentes tecnologias (RMD, STT e CMT). Logo após a determinação dos parâmetros de enchimento, foram realizados ensaios mecânicos voltados para sua validação (tração uniaxial, dobramento de face e raiz, nick break, impacto, dureza e macrografia,). Os resultados obtidos para o RMD e CMT foram adequados inicialmente em todos os ensaios e, em um, segundo momento foram também adequados para o STT. Entretanto, os ensaios realizados para processo convencional revelaram a existência de falta de fusão o que levou a necessidade de determinação de novos parâmetros de enchimento. Assim, foi projetado e construído um Sistema de Variação de Parâmetros para Soldagem Circunferencial (SVP) que permite a variação, em função da posição angular (inclinômetro), dos parâmetros mais adequados para cada uma das três posições angulares (plana, vertical e sobrecabeça). Para o processo convencional com variação de parâmetros foi possível obter ganhos em termos de tempo para execução da soldagem da ordem de 38% para a raiz e 30% para o enchimento. / Welding is one of the most employed process for joining steel pipes. Although, manual welding is still the most used one, mechanized version and even automatized one have increased its demand. Thus, this work deals with girth welding of API 5L X65 pipes with 8” of nominal diameter and 8.0 mm thickness, beveled with V-30º narrow gap. Torch is moved by a bug carrier (mechanized welding) and further the parameters are controlled as a function of angular position (automatized welding). Welding parameters are presented for filling the joint with two-passes (root and filling/capping passes). Parameters for the root pass were extracted from previous author´s work with weldments carried out in plates, but validated in this work for pipe welding. GMAW processes were assessed with short-circuit metal transfer in both conventional and derivative modes using different technologies (RMD, STT and CMT). After the parameter determination, mechanical testing was performed for welding qualification (uniaxial tension, face and root bending, nick break, Charpy V-notch impact, microhardness and macrograph). The initially obtained results for RMD and CMT were acceptable for all testing and, in a second moment, also for the STT. However, weld beads carried out by using the conventional process failed and revealed the existence of lack of fusion, which required further parametrization. Thus, a Parameter-Variation System for Girth Welding (SVP) was designed and built to allow varying the welding parameters as a function of angular position by using an inclinometer. The parameters were set for each of the three angular positions (flat, vertical downhill and overhead). By using such equipment and approach, the conventional process with parameter variation allowed reducing the welding time for joint accomplishment of the order of 38% for the root pass and 30% for the filling/capping pass. / Tese (Doutorado)

[pt] A susceptibilidade à corrosão sob tensão em aços para dutos é dependente de uma série de eventos que vão desde a manufatura do aço, fabricação do tubo, montagem dos dutos e tipo de substância transportada pelo duto. O procedimento de soldagem envolvido na montagem dos dutos pode modificar as propriedades mecânicas do metal de base na região da zona termicamente afetada (ZTA), assim como as propriedades metalúrgicas e de resistência à corrosão, tornando potencialmente a região da junta soldada com maior probabilidade de incidência de corrosão sob tensão.Este trabalho tem como objetivo estudar a resistência à corrosão sob tensão em presença de sulfeto e fragilização pelo hidrogênio, em soldas circunferenciais de tubo API 5L X80. Foram realizados: -Ensaios de acordo com norma NACE TM0177/96, Método A -Ensaios de Baixa Taxa de Deformação (BTD) de acordo com a norma ASTM G129-00/2006, em solução contendo Tiossulfato de Sódio. Os resultados mostraram que o metal base foi considerado aprovado segundo os requisitos dos testes NACE TM0177/96. Porém as juntas soldadas originadas nos diferentes processos de soldagem estudados apresentaram susceptibilidade à corrosão sob tensão em presença de sulfeto e fragilização pelo hidrogênio, segundo o mesmo critério, fraturando em um período inferior a 720h. Esta susceptibilidade foi comprovada com os resultados dos ensaios de tração BTD, tendo sido constatada uma queda significativa no limite de resistência, alongamento e tempo de ruptura, em comparação aos ensaios realizados ao ar na mesma taxa de deformação. O mecanismo de fratura predominante nos ensaios foi fratura transgranular. / [en] The susceptibility of pipeline steels to stress corrosion cracking (SCC) depends on a series of factors ranging from the manufacture of the steel, the pipe fabrication, the assembly of the pipeline and the type of substances to be transported. Additionally, the welding procedures adopted during the production of the tubes and for construction of the pipelines (field welding), can modify the properties of the base metal in the heat affected zone (HAZ), potentially rendering this region susceptible to sulphide stress corrosion cracking and hydrogen embrittlement.This study evaluates the resistance of girth welds in API 5LX80 pipes to hydrogen embrittlement and also to stress corrosion cracking in the presence of sulphides. The evaluation was performed according to NACE TM0177/96, Method A, applying the criterion of fracture/no fracture, and slow strain rate tensile tests (SSRT) were undertaken using a sodium thiosulphate solution according to the ASTM G29 standard. According to the requirements of the NACE TM0177/96 test, the base metal was considered approved. The weld metal exhibited susceptibility to SCC in the presence of sulphides, failling in a period of less than 720h. The susceptibility of the welded joint to SCC in the presence of sulphides was confirmed by the results obtained with SSRT tensile tests, where a significant decrease in the ultimate tensile strength, elongation and time to fracture were observed. The mechanism of fracture for the tests was predominantly transgranular.