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.

A operação segura e eficiente em unidades de produção de petróleo e gás depende do desempenho de seus dispositivos, componentes e estruturas. Dutos rígidos são importantes componentes utilizados na indústria offshore, comumente empregados como flowlines e risers. Durante a vida em serviço destes componentes, eles sofrem tensões axiais cíclicas associadas a sua movimentação, ao processo de extração de petróleo e ao vórtice das marés. O aço inoxidável superduplex surgiu na última década como um material alternativo para ambientes quimicamente agressivos, mas quando catodicamente protegidos contra a corrosão, esses aços são vulneráveis a fragilização por hidrogênio. Este trabalho tem como objetivo, através da técnica de Ensaio Não Destrutivo de ultrassom phased array, monitorar o crescimento de defeitos internos e externos criados intencionalmente próximos à raiz e ao reforço da solda de um tubo de aço superduplex (UNS S32750) de 6´´ submetido a fadiga tração-tração e fragilização induzida por hidrogênio devido à proteção catódica. As inspeções foram realizadas periodicamente com varreduras de 30 a 75° ao longo da circunferência da solda, por um transdutor linear 1-D de 16 elementos e 5MHz acoplado a uma sapata de 36°. Os resultados obtidos foram utilizados para alimentar análises de integridade estrutural, obtenção da curva da/dN x ΔK. / Safe and efficient operation in oil and gas production units depends on the performance of your devices, components and structures. Rigid pipelines are important components in the offshore industry, common used as flowlines and risers. During a life in service of components, they suffer cyclical axial stresses associated with their movement, by the oil extraction process and tidal vortex. Super duplex stainless steel has emerged in the last decade as an alternative material for chemically aggressive environments, but when cathodically protected against corrosion, it is vulnerable to hydrogen embrittlement. This work aims to, through the ultrasonic non-destructive testing by phased array monitor the growth of internal and external defects created intentionally close to the root and reinforcement of the weld of a superduplex steel tube (UNS S32750) with diameter of 6" submitted to tensile-traction fatigue and hydrogen-induced embrittlement due to cathodic protection. The inspections were performed periodically with 30 to 75° scans along the circumference of the weld, by a linear transducer of 1-D, 16-element and 5MHz coupled to a wedge of 36°. The obtained results were used to feed structural integrity analyzes, obtaining the curve of da/dN x ΔK.

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.

O aumento da segurança das estruturas de ônibus frente a cenários de impacto e a consequente diminuição das mortes e danos causados por acidentes de trânsito são imprescindíveis em um país como o Brasil, onde o transporte rodoviário é fundamental. Nesse contexto o presente trabalho explora a possibilidade do uso de tubos de aço preenchidos com espuma de alumínio como absorvedores de impacto em estruturas de ônibus. Foi realizada a fabricação da espuma como preenchimento dos tubos de aço, que então foram ensaiados sob compressão e flexão três pontos. Um modelo em elementos finitos foi desenvolvido no software LS-Dyna, 2006, considerando as não-linearidades geométricas e do material para representação das propriedades do tubo e da espuma. Finalmente uma estrutura de ônibus rodoviário foi modelada em software de elementos finitos e sua estrutura foi modificada pela adição de espuma de alumínio como preenchimento dos tubos para melhorar o desempenho da estrutura em acidentes de tombamento e impacto semi-frontal. Comentários sobre todos os resultados, apresentando a melhora relativa da estrutura devido às modificações propostas, são finalmente apresentados, assim como a validação da metodologia numérica utilizada para representação das estruturas. / The improvement of the safety of the road bus structure against impact scenarios and reduction of the injuries and death in traffic accidents is crucial in a country like Brazil, where the road transport matrix is fundamental in the traffic of people and goods. In this context in the present work is explored the possibilities of the metallic tubes filled with aluminum foam as shock absorber in the bus structures. With this goal, an experimental campaign using tubes filled with aluminum foam was made. In these tests, uniaxial compression and three points bending tests were performed. The finite element method was implemented in LS-Dyna, 2006, and simulations were carried out, considering material and geometric non-linearities. The material properties were calibrated using the tests cited. Then, a bus structure modeled with finite element method was modified adding metallic tubes filled with aluminum foam to improve the structure performance in rollover and semi-frontal impact scenarios. Commentaries about all the results, presenting the relative improvement of the structure due to the proposed modifications, are finally presented, as well as the validation of the numerical methodology used to represent the structures.

O propósito deste trabalho é estudar as forças de corte envolvidas no processo de fresamento de bordas de chapas utilizadas para a fabricação de tubos de aço com costura e como estas variam em função dos parâmetros de corte utilizados. O objetivo é correlacionar estas forças à qualidade do acabamento superficial das bordas usinadas, uma vez que esta é fundamental para a qualidade final da solda do tubo. Para isso, foi construído um dinamômetro de mesa para medição das forças, e os dados foram analisados através do Método da Regressão Linear Múltipla. Os resultados obtidos demonstraram que, tanto para a força de corte quanto para a rugosidade da superfície usinada, o parâmetro que mais influencia é o avanço por dente, seguido pela largura de corte, sendo que o que menos influencia é a velocidade de avanço. Estes resultados foram comprovados com êxito no processo industrial foco deste estudo através da medição da corrente elétrica dos motores dos eixos-árvore e da vibração dos mesmos. / This work aims to study the cutting forces involved in the edge milling process for welded pipes manufacturing and how these forces vary due to the cutting parameters. The objective is to create a relationship between these forces and the surface roughness of the machined edges, once it\'s fundamental to the pipe weld quality. To do this, it was designed and manufactured a dynamometer, and the data was analyzed statistically by the Linear Multiple Regression Method. The results show that for the cutting forces as well as the surface roughness, the most significant parameter is the feed per tooth, followed by the cutting width and the feed speed. These results were successfully proven on the industrial process that is the focus of this study, through the spindle motors electric current and its vibration.

O aumento da segurança das estruturas de ônibus frente a cenários de impacto e a consequente diminuição das mortes e danos causados por acidentes de trânsito são imprescindíveis em um país como o Brasil, onde o transporte rodoviário é fundamental. Nesse contexto o presente trabalho explora a possibilidade do uso de tubos de aço preenchidos com espuma de alumínio como absorvedores de impacto em estruturas de ônibus. Foi realizada a fabricação da espuma como preenchimento dos tubos de aço, que então foram ensaiados sob compressão e flexão três pontos. Um modelo em elementos finitos foi desenvolvido no software LS-Dyna, 2006, considerando as não-linearidades geométricas e do material para representação das propriedades do tubo e da espuma. Finalmente uma estrutura de ônibus rodoviário foi modelada em software de elementos finitos e sua estrutura foi modificada pela adição de espuma de alumínio como preenchimento dos tubos para melhorar o desempenho da estrutura em acidentes de tombamento e impacto semi-frontal. Comentários sobre todos os resultados, apresentando a melhora relativa da estrutura devido às modificações propostas, são finalmente apresentados, assim como a validação da metodologia numérica utilizada para representação das estruturas. / The improvement of the safety of the road bus structure against impact scenarios and reduction of the injuries and death in traffic accidents is crucial in a country like Brazil, where the road transport matrix is fundamental in the traffic of people and goods. In this context in the present work is explored the possibilities of the metallic tubes filled with aluminum foam as shock absorber in the bus structures. With this goal, an experimental campaign using tubes filled with aluminum foam was made. In these tests, uniaxial compression and three points bending tests were performed. The finite element method was implemented in LS-Dyna, 2006, and simulations were carried out, considering material and geometric non-linearities. The material properties were calibrated using the tests cited. Then, a bus structure modeled with finite element method was modified adding metallic tubes filled with aluminum foam to improve the structure performance in rollover and semi-frontal impact scenarios. Commentaries about all the results, presenting the relative improvement of the structure due to the proposed modifications, are finally presented, as well as the validation of the numerical methodology used to represent the structures.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cap 9 .pdf: 34438 bytes, checksum: 74e72b9773d5bd61697450a6994d08cc (MD5) Previous issue date: 2008-02-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The use of steel tubes with seam in the industry is growing every year. Advantages as the low cost and the reduced weight of the tubular pieces do the first option of this product in the moment of the conception of the projects. But the competition in the automotive industry submits the manufacturers of steel tubes to new challenges, once the demand of characteristics as high conformability and mechanical resistance is becoming more and more common for this product, which already was considered a commodity. In this context, the processes of thermal treatment and the drawing it has been efficient methods to modify the mechanical properties, consolidating as important tools of technology aggregation and value to the steel tubes with seam. The search of great properties picks on continuous improvement in the production processes and improvement of steel tubes with seam, and this study evaluates the main variables of control of the process, welding and thermal treatment of these products. Those variables include the type of used steel, the microstructure of the heat affected zone (HAZ), mechanical properties, austenitizing temperature and the time of thermal treatment. This work also exposes the state of art and relative concepts to production of steel tubes with seam, beyond a detailed description of the methods, materials and processes involved in the research. / O emprego de tubos de aço com costura na indústria vem crescendo a cada ano. Vantagens como o baixo custo e o peso reduzido das peças tubulares fazem deste produto a primeira opção no momento da concepção dos projetos. Mas a concorrência acirrada na indústria automotiva submete os fabricantes de tubos de aço a novos desafios, uma vez que a exigência de características como elevadas conformabilidade e resistência mecânica estão se tornando cada vez mais comuns para este produto, que já foi considerado um commodity. Neste contexto, os processos de tratamento térmico e a trefilação tem sido métodos eficientes para modificar as propriedades mecânicas, consolidando-se como importantes ferramentas de agregação de tecnologia e valor aos tubos de aço com costura. A busca de propriedades ótimas implica em melhoria contínua nos processos de fabricação e beneficiamento de tubos de aço com costura, e este estudo avalia as principais variáveis de controle do processo de conformação, solda e tratamento térmico destes produtos. Essas variáveis incluem o tipo de aço utilizado, a microestrutura da zona afetada pela temperatura da solda (ZAT), propriedades mecânicas, temperatura de austenitização e o tempo de tratamento térmico. Este trabalho também expõe o estado da arte e conceitos relativos à fabricação de tubos de aço com costura, além uma detalhada descrição dos métodos, materiais e processos envolvidos na pesquisa.

O aumento da segurança das estruturas de ônibus frente a cenários de impacto e a consequente diminuição das mortes e danos causados por acidentes de trânsito são imprescindíveis em um país como o Brasil, onde o transporte rodoviário é fundamental. Nesse contexto o presente trabalho explora a possibilidade do uso de tubos de aço preenchidos com espuma de alumínio como absorvedores de impacto em estruturas de ônibus. Foi realizada a fabricação da espuma como preenchimento dos tubos de aço, que então foram ensaiados sob compressão e flexão três pontos. Um modelo em elementos finitos foi desenvolvido no software LS-Dyna, 2006, considerando as não-linearidades geométricas e do material para representação das propriedades do tubo e da espuma. Finalmente uma estrutura de ônibus rodoviário foi modelada em software de elementos finitos e sua estrutura foi modificada pela adição de espuma de alumínio como preenchimento dos tubos para melhorar o desempenho da estrutura em acidentes de tombamento e impacto semi-frontal. Comentários sobre todos os resultados, apresentando a melhora relativa da estrutura devido às modificações propostas, são finalmente apresentados, assim como a validação da metodologia numérica utilizada para representação das estruturas. / The improvement of the safety of the road bus structure against impact scenarios and reduction of the injuries and death in traffic accidents is crucial in a country like Brazil, where the road transport matrix is fundamental in the traffic of people and goods. In this context in the present work is explored the possibilities of the metallic tubes filled with aluminum foam as shock absorber in the bus structures. With this goal, an experimental campaign using tubes filled with aluminum foam was made. In these tests, uniaxial compression and three points bending tests were performed. The finite element method was implemented in LS-Dyna, 2006, and simulations were carried out, considering material and geometric non-linearities. The material properties were calibrated using the tests cited. Then, a bus structure modeled with finite element method was modified adding metallic tubes filled with aluminum foam to improve the structure performance in rollover and semi-frontal impact scenarios. Commentaries about all the results, presenting the relative improvement of the structure due to the proposed modifications, are finally presented, as well as the validation of the numerical methodology used to represent the structures.

O propósito deste trabalho é estudar as forças de corte envolvidas no processo de fresamento de bordas de chapas utilizadas para a fabricação de tubos de aço com costura e como estas variam em função dos parâmetros de corte utilizados. O objetivo é correlacionar estas forças à qualidade do acabamento superficial das bordas usinadas, uma vez que esta é fundamental para a qualidade final da solda do tubo. Para isso, foi construído um dinamômetro de mesa para medição das forças, e os dados foram analisados através do Método da Regressão Linear Múltipla. Os resultados obtidos demonstraram que, tanto para a força de corte quanto para a rugosidade da superfície usinada, o parâmetro que mais influencia é o avanço por dente, seguido pela largura de corte, sendo que o que menos influencia é a velocidade de avanço. Estes resultados foram comprovados com êxito no processo industrial foco deste estudo através da medição da corrente elétrica dos motores dos eixos-árvore e da vibração dos mesmos. / This work aims to study the cutting forces involved in the edge milling process for welded pipes manufacturing and how these forces vary due to the cutting parameters. The objective is to create a relationship between these forces and the surface roughness of the machined edges, once it\'s fundamental to the pipe weld quality. To do this, it was designed and manufactured a dynamometer, and the data was analyzed statistically by the Linear Multiple Regression Method. The results show that for the cutting forces as well as the surface roughness, the most significant parameter is the feed per tooth, followed by the cutting width and the feed speed. These results were successfully proven on the industrial process that is the focus of this study, through the spindle motors electric current and its vibration.

Há atualmente um grande aumento na demanda por fontes de energia renováveis e de combustíveis que sejam menos poluentes, isto faz com que o etanol ganhe uma grande notoriedade como uma boa alternativa as fontes convencionais de energia. A tendência é de um grande aumento no consumo deste produto, para os próximos anos, o que vai exigir meios de transporte e estocagem seguros e eficientes, desde os produtores até os terminais de distribuição. Economicamente o melhor modo de transportar este produto é, sem nenhuma dúvida, através de dutos de aço, no entanto, existem estudos comprovando que alguns tipos de etanol são nocivos ao material empregado nos dutos. Dentre os modos de avaliar esta influência está a avaliação da tenacidade do material frente ao meio de interesse. Este trabalho tem por objetivo avaliar a tenacidade de um aço API 5L X70 quando exposto aos meios etanol de milho e etanol de cana, variando também o tempo de exposição do material no meio. Além disto, neste trabalho foram feitos diagramas FAD com os valores de tenacidade encontrados em escala reduzida para obter-se um indicativo da integridade estrutural do duto. Para tanto, foram preparados 10 corpos de prova do tipo C(T) entalhados e pré-trincados, respeitando a norma ASTM E647-08 e distribuídos da seguinte forma: 2 corpos de prova para ensaios ao ar, 4 corpos de prova para ensaios em meio etanol de cana e 4 corpos de prova para os ensaios em etanol de milho, além disto, foi utilizado o programa Vindio para a confecção dos diagramas FAD. Os resultados mostraram que os meios etanólicos de cana obtiveram resultados muito parecidos com os ensaiados ao ar, enquanto que no meio etanólico de milho fica evidenciada a fragilidade do material. Nas imagens fractográficas dos corpos de prova ensaiados foi confirmada a diferença na forma de fratura (frágil, no caso do etanol de milho e dúctil no etanol de cana e ao ar). / Nowadays, there is a large increase in the demand for renewable sources of energy and fuels more environment-friendly, this fact fortifies the ethanol’s image as a attractive alternative to conventional energy sources. The upward trend in the consumption of this product in the coming years will require safety and efficiently transportation and storage from producers to distribution terminals. Undoubtedly, the most economically way to transport this product is through pipelines, however, there are studies showing that some types of ethanol are damaging to the pipes material. One way to evaluate this harmful effect of ethanol is the toughness study of the material in the environment of interest. This study aims to assess the tenacity of the API 5L X70 steel when exposed to corn ethanol and sugarcane ethanol for different immersion times. Furthermore, to obtain an indication of the pipe’s structural integrity, FAD’s diagrams were plotted with toughness values determined in the small scale test. For this proposal, 10 C(T) specimens were notched and pre-cracked in accordance to the ASTM E647-08 and distributed as follows: 2 CPs for air test, 4 CPs for the sugarcane ethanol medium and 4 CPs for the corn ethanol. In addition, the Vindio software was used to make the FAD’s diagrams. The results showed that the tests realized in the air and in the sugarcane ethanol medium were very similar, while in the corn ethanol medium is evident the fragility of the material. The surface fracture confirmed the fragile behavior for specimen tested in the corn ethanol medium and ductile behavior for the sugarcane ethanol medium.