Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da tÃcnica de soldagem de aÃos AISI 8630M e ASTM A182 F22 aplicados em componentes estruturais subaquÃticos do setor PetrÃleo e GÃs Natural considerando os parÃmetros operacionais, suas caracterÃsticas metalÃrgicas e suas propriedades mecÃnicas. Foram fabricadas juntas dos aÃos AISI 8630M ou ASTM A182 F22 previamente amanteigados com a liga de nÃquel Inconel 625  ou com uma liga de aÃo baixo carbono comumente utilizada na soldagem do aÃo AISI 8630M. Foram utilizadas diferentes tÃcnicas de amanteigamento com e sem o uso de tratamentos tÃrmicos de alÃvio de tensÃes (TTAT). Para algumas das juntas amanteigadas sem TTAT foram depositadas camadas de amanteigamento de acordo com os parÃmetros sugeridos pelos testes de Higuchi e Higuchi modificado previamente realizados. Foram realizados ensaios de dureza, microdureza e de fratura para caracterizaÃÃo mecÃnica das interfaces de amanteigamento e, alÃm disso, foi realizada uma intensa caracterizaÃÃo microestrutural da mesma utilizando microscopia Ãtica, microscopia eletrÃnica de varredura e anÃlises de EDS e de EBSD. O teste de Higuchi mostrou-se uma boa opÃÃo para escolha dos parÃmetros de amanteigamento dos aÃos AISI 8630M e ASTM A182 F22. As juntas amanteigadas com condiÃÃes indicadas pelo teste de Higuchi apresentaram um intenso refino de grÃo na ZAC dos aÃos baixa liga, enquanto as juntas amanteigadas com condiÃÃes reprovadas apresentaram granulaÃÃo grosseira. A interface dissimilar apresentou composiÃÃo quÃmica intermediÃria entre os aÃos utilizados e a liga de nÃquel, sendo essa interface chamada de zona de alta diluiÃÃo (ZAD). As ZAD apresentaram pontos de microdureza elevada e, mesmo nas amostras submetidas a TTAT, nÃo foi possÃvel revenir essas regiÃes. A zona afetada pelo calor (ZAC) das amostras amanteigadas com parÃmetros indicados pelo teste de Higuchi e sem TTAT apresentou valores de dureza similares aos das amostras soldadas com parÃmetros reprovados no teste de Higuchi e com TTAT. Os ensaios de fratura indicaram que, de uma forma geral, o TTAT nÃo trouxe Ãs ZAC benefÃcios significativos relacionados à tenacidade dessas regiÃes e, alÃm disso, os mesmos podem comprometer a tenacidade da interface dissimilar. A anÃlise do caminho preferencial à propagaÃÃo das trincas indicou que o uso de TTAT tende a fragilizar a interface dissimilar, acredita-se que esse efeito està associado a difusÃo de carbono e possÃvel precipitaÃÃo de carbonetos durante esse tratamento. Acredita-se que essa possÃvel precipitaÃÃo pode ser ainda mais crÃtica quando à considerada uma fonte constante de hidrogÃnio para a junta (como em uma proteÃÃo catÃdica), essa hipÃtese traz à tona um questionamento a respeito da necessidade do uso de TTAT na fabricaÃÃo desse tipo de junta. / The aim of this study was to evaluate the effect of welding technique in the AISI 8630M and ASTM A182 F22 steels applied in offshore structural components for Oil and Natural Gas sectors. Joints of AISI 8630M or ASTM A182 F22 were fabricated and previously buttered with nickel alloy Inconel 625  or an alloy of low carbon steel commonly used in welding of AISI 8630M. Different techniques of buttering were performed with and without post welding heat treatment (PWHT). For some of the joints buttered without PWHT, buttering layers were deposited in accordance with the welding parameters suggested by Higuchi and modified Higuchi tests previously performed. Mechanical tests (hardness, microhardness and fracture) were accomplished for buttering interfaces and an intense microstructural characterization (optical microscopy, scanning electron microscopy, EDS and EBSD) was realized. Higuchi test has been showed as a good option to select parameters for AISI 8630M and ASTM A182 F22 buttering. The joints that were buttered using the conditions indicated by Higuchi test showed an intense grain refinement in the HAZ of low alloy steels, while the ones that was buttered with the conditions disapproved showed a coarse granulation. The dissimilar interface showed off intermediate chemical composition between the steel and nickel alloy, and this interface was called high dilution zone (HDZ). The HDZ revealed points of high hardness and, even in samples subjected to PWHT was not possible to anneal these regions. The heat affected zone (HAZ) of the samples buttered using the parameters indicated by Higuchi (without PWHT) showed hardness values similar to those of the samples welded with parameters that failed in the Higuchi test and with PWHT. In general, fracture tests showed that the PWHT not bring significant toughnessâs benefits to the HAZ, furthermore, may impair the toughness of dissimilar interface. The analysis of the preferred path for cracks propagation showed that the use of PWHT tends to weak the dissimilar interface, possibly this effect is related to carbon diffusion and possible carbide precipitation during this treatment. It is believed that this precipitation can be even more critical when considering a constant supply of hydrogen to the board (as in a cathodic protection), this reinforces the use of buttering techniques without subsequent heat treatment in the manufacture of this type of joints.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / A soldagem de revestimentos de ligas de nÃquel à utilizada pelas indÃstrias de petrÃleo e gÃs como opÃÃo de construÃÃo e reparo de estruturas e equipamentos submetidos em ambiente de condiÃÃes severas com o intuito de apresentar desempenhos necessÃrios de resistÃncia à corrosÃo. Muitos trabalhos foram desenvolvidos com superligas de nÃquel AWS ERNiCrMo-3, AWS ERNiCrMo-4 e AWS ERNiCr-Mo14, para avaliar resistÃncias à corrosÃo e a Ãltima se mostrou bem superior, porÃm o seu custo tambÃm à bem mais elevado que as outras duas. Assim, o trabalho vem aliar a alta produtividade do processo de soldagem MIG/MAG â DA atravÃs da soldagem de revestimentos com as ligas AWS ERNiCrMo-3 e AWS ERNiCrMo-4 na intenÃÃo de se obter uma mistura que apresente tanto a composiÃÃo quÃmica prÃxima a da liga AWS ER NiCr-Mo-14 como desempenho de resistÃncia a corrosÃo, porÃm com menor custo. Estudos exploratÃrios foram realizados por meio de soldagem com simples deposiÃÃo para determinaÃÃo da faixa de velocidade de soldagem entre 50 e 100 cm/min, modo de operaÃÃo da fonte em corrente constante pulsada e gÃs de proteÃÃo ArgÃnio puro. Os revestimentos foram soldados com menor energia (7,5 kJ/cm), tecimento triangular, eletrodos posicionados um atrÃs do outro em relaÃÃo a velocidade de soldagem e sem defasagem entre as correntes. Nessa etapa variou-se Ãngulo de ataque e o percentual de sobreposiÃÃo dos cordÃes. A melhor condiÃÃo apresentada foi menor diluiÃÃo, 9,75%, e elevado reforÃo, 3,92 mm, sendo essa obtida utilizando-se a tocha inclinada de 15Â, e sobreposiÃÃes de 50%. A relativa baixa diluiÃÃo encontrada e o elevado reforÃo reduziram a necessidade de uma segunda camada, o que torna o processo uma boa opÃÃo para operaÃÃes de revestimento para indÃstria de petrÃleo e gÃs. / Weld overlayâs Nickel based alloy are used by the oil and gas industry as an option for construction and repair of structures and equipment subjected to severe environment conditions with the purpose to provide performance required like for corrosion resistance. Many works have been developed with Nickel based superalloys AWS ERNiCrMo-3, AWS ERNiCrMo-4 e AWS ERNiCrMo-14, evaluating among several characteristics the last alloy proved to be upper, but their cost is also higher than the other two. Therefore the present work intends to combine the high productivity of GMAW double wire for welding overlay applications using alloy with AWS ERNiCrMo-3, AWS ERNiCrMo-4 with the intention of obtain a mixture presenting both chemical composition similar to the AWS ER NiCrMo-14 such as corrosion resistance performance, but with less cost. Exploratory studies were performed by means of welding with simple deposition to determine the range of welding speed between 50 and 100 cm / min, the operating mode of the source constant current and pulsed pure argon shielding gas. The coatings were welded with low energy (7,56 kJ/cm), triangle weaving, electrodes positioned one behind the other in relation to the welding speed, without out of phase the currents. This step was varied angle of attack and the percentage of overlap the weld beads. The best condition was presented lower dilution, 9.75%, and a high thickness 3.92 mm and that obtained using the torch inclined at 15  and overlap of 50%. The relatively low dilution and high thickness found reduced the need for a second coating, which makes the process a good option for coating operations.

AgÃncia Nacional do PetrÃleo / FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / A soldagem de revestimento com aÃos inoxidÃveis duplex (AID) e superduplex (AISD) à uma boa opÃÃo que pode ser utilizada no setor de petrÃleo e gÃs natural, permitindo alcanÃar caracterÃsticas desejadas, como resistÃncia à corrosÃo e boas propriedades mecÃnicas. O objetivo do presente trabalho foi desenvolver e avaliar as caracterÃsticas operacionais e metalÃrgicas em soldagens de revestimento de dutos com deposiÃÃo de AID/AISD pelo processo Plasma pÃ. Inicialmente, as soldagens foram realizadas em simples depÃsito para avaliaÃÃo das caracterÃsticas geomÃtricas e reduÃÃo de custos e, posteriormente, aplicados os revestimentos, variando diversos parÃmetros do processo Plasma pà com deposiÃÃo de AID DIN 1.4462 e AISD UNS S32760. A caracterizaÃÃo microestrutural consistiu de anÃlises de microscopia Ãtica, microscopia eletrÃnica de varredura (MEV), espectroscopia de raio-x dispersivo em energia (EDS) e difraÃÃo de raios-X (DRX). Ensaios de Temperatura CrÃtica de Pites (ASTM G 150) e ensaios de microdureza foram realizados para avaliar a resistÃncia à corrosÃo do metal de solda e determinaÃÃo da microdureza ao longo do revestimento. Os resultados mostraram que a deposiÃÃo de AID/AISD pode ser uma boa opÃÃo para soldagem de revestimento, com deposiÃÃo em apenas uma camada, com baixos nÃveis de diluiÃÃo e com caracterÃsticas favorÃveis para garantir boas propriedades aos revestimentos. Em relaÃÃo à microestrutura, os revestimentos depositados com a liga AISD UNS S32760 proporcionou uma quantidade considerÃvel de nitretos no metal de solda, porÃm os revestimentos com deposiÃÃo de AID DIN 1.4462 obtiveram maior quantidade de austenita secundÃria em relaÃÃo aos nitretos, ambos com bom balanÃo de fases ferrita e austenita. Os resultados de microdureza dos revestimentos mostraram maior resistÃncia do metal de solda em relaÃÃo ao API 5L X65 com ausÃncia de elevados picos de microdureza na interface. O ensaio de TCP mostrou que o primeiro cordÃo de solda à menos resistente em relaÃÃo ao Ãltimo cordÃo depositado e que a liga AID mostrou ter maior resistÃncia à corrosÃo por pites em relaÃÃo à liga AISD. / The weld overlay of duplex (DSS) and superduplex (SDSS) stainless steels is an interesting alternative used in oil and gas industry, allowing to reach the desirable characteristics, such as corrosion resistance and good mechanical properties. The main objective of the present work was to develop and evaluate the operational and metallurgical characteristics of DSS/SDSS alloys weld overlays deposited by PTA-P on pipes. Initially, the welds were performed in single weld bead for evaluation of geometric characteristics and cost reduction and later in multipass to produce the coating, changing several operational parameters with deposition of DSS DIN 1.4462 and SSS UNS S32760. The microstructure was investigated using light microscopy, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive of X-ray spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD). Critical Pitting Temperature (CPT) - ASTM G 150 and microhardness tests were carried out to evaluate the corrosion resistance and determining the microhardness over coating. The results showed that deposition of DSS and SSS demonstrated to be an interesting option for the weld overlay. It could to deposited in just one layer, coatings with low levels of dilution, important characteristics to assure a good performance of the coatings. The microstructure in weld metal of the coatings deposited with SDSS alloy was constituted by nitrides, however the DSS alloy was constituted by secondary austenite precipitation and a good balance between ferrite and austenite. The results of microhardness test showed that the coating is more resistance than the API 5L X65 and it was not observed higher levels in the coating near the interface coating/substrate. The CPT test showed that the first weld bead is less resistant in relation to the last bead deposited and the DSS alloy showed greater pitting corrosion resistance in relation to the SdSS alloy.

Este trabalho teve como objetivo observar o resultado da variação dos parâmetros do processo FHPP (Friction Hydro Pillar Processing), dando-se atenção aos efeitos destes na microestrutura e na qualidade do reparo. O estudo foi realizado através de investigações metalográficas nos reparos obtidos, bem como análises via perfis de microdureza Vickers. Foram utilizadas diferentes forças axiais, que levaram a obtenção de reparos isentos de defeitos no seu preenchimento. Observou-se que o utilizando forças axiais maiores contribuíram para obter microestrutura mais refinada e homogênea, com formação predominante de martensita, menor tempo de processamento, menor quantidade de constituinte Martensita-Austenita e uma Zona Termicamente Afetada (ZTA) de menor tamanho. / This study aimed to observe the result of the variation of the Friction Hydro Pillar Processing parameters, giving attention to the microestructural effects and quality of repair. The study was carried out by metallographic investigations in repairs obtained and Vickers microhardness profiles. Were used different axial forces, which led to obtain no defects in repairs. It was observed that using higher axial forces helped to get more refined and homogeneous microstructure with predominant formation of martensite, lower processing time, less amount of Martensite-Austenite constituent and lower Heat Afecfted Zone (HAZ) size.

O processo de união entre ligas de alumínio e aços é complexo, devido às suas diferentes propriedades físicas e mecânicas, bem como pela formação de grande quantidade de compostos intermetálicos frágeis, o que dificulta a realização deste tipo de união pelos métodos convencionais de fusão. O processo de Soldagem a Ponto por Fricção (Friction Spot Welding - FSpW) é destinado à soldagem de juntas sobrepostas, adequado para união de materiais leves, e.g. ligas de alumínio e de magnésio para aplicações estruturais. A gama de componentes e materiais para os quais o FSpW pode ser aplicado está em contínua expansão, garantindo ao processo potencial para se tornar uma tecnologia industrial significativa. Por ser um processo que ocorre em estado sólido, apresenta algumas vantagens em relação aos métodos convencionais de fusão. O baixo aporte térmico associado a essas técnicas de soldagem exibe grande potencial para reduzir ou até mesmo inibir a formação da camada de compostos intermetálicos, sendo, portanto potencialmente indicado para união de materiais dissimilares. Neste trabalho foi feito um estudo da viabilidade da soldagem dissimilar entre as ligas de Alumínio AA5454-H22 e aço automotivo HX340-LAD-Z através do processo FSpW. As juntas soldadas foram analisadas mecânica e metalurgicamente, tendo como objetivo avaliar os efeitos dos parâmetros de processo na microestrutura, na geometria e no desempenho mecânico da junta, além de buscar a otimização do processo para os materiais em estudo. A relação entre a qualidade da junta e os parâmetros do FSpW foi estudada utilizando o Método Taguchi, por meio do estudo do comportamento das soldas sob solicitação monotônica de cisalhamento. Os resultados obtidos demonstram que soldas de boa qualidade e reprodutibilidade podem ser produzidas com este processo. Contudo, a presença de um filme intermetálico composto por fases ricas em Al, tais como Fe2Al5 e FeAl3, na interfaces das soldas, afeta significativamente o comportamento em fratura das juntas e, consequentemente, seu desempenho mecânico. / The joining process of aluminium and steel is very complex in view of the differences between their physical and mechanical properties, as well as the formation of great amounts of brittle intermetallic compounds at the joint interface, which make it difficult to join those materials using conventional fusion welding techniques. Friction Spot Welding (FSpW) is a suitable joining process, which produces high quality overlap joints of lightweight materials, e.g., aluminium and magnesium alloys for structural applications. The range of components and materials for which FSpW can be used is continuously expanding, ensuring great potential to the process, which became nowadays a significant industrial technology. As a solid state joining process FSpW offers some advantages relative to conventional fusion welding techniques. The low heat input involved in this process has great potential to reduce, or even to inhibit, the formation of the intermetallic layer, making it, therefore, suitable to join dissimilar materials. In this work a study of feasibility of dissimilar FSpW between the aluminium alloy 5454-H22 and the automotive steel HX340LAD-Z was performed. The welded joints were assessed mechanically and metallurgically aiming evaluate the process parameter effects on the microstructure, geometry and mechanical performance of the joint, besides searching the process optimization for the materials in question. The relationship between the joint quality and the FSpW process parameters was analysed using Taguchi’s Method, studying the behaviour of the joint under shear load. The results revealed that sound welds between AA5454-H22 and HX340LAD-Z with high strength and reproducibility can be produced with using this process. It was found that the presence of an intermetallic film compounded by Al-rich phases, such as Fe2Al5 and FeAl3, at the joint interface, plays a fundamental role on the fracture behaviour of the joints and thus, and on its mechanical behaviour.

A estimativa de parâmetros térmicos relacionados à Soldagem por Fricção Linear (também conhecida como Soldagem por Fricção e Mistura Mecânica) de uma placa de alumínio AA 2195- T8 é estudada nesta dissertação. A determinação dos parâmetros é tratada como um problema de otimização, no qual a função objetivo corresponde a uma função erro entre temperaturas medidas numericamente e temperaturas calculadas, para certos valores da taxa de calor gerada pela fricção, do coeficiente de transferência calor por convecção natural e do coeficiente de transferência de calor entre a placa e a base de suporte. A distribuição transiente de temperaturas sobre a placa é determinada pela solução da equação da condução de calor tridimensional transiente, a qual é resolvida pelo método dos volumes finitos. A minimização da função objetivo é realizada com o auxílio do algoritmo Otimização Extrema Generalizada (GEO), um método evolucionário que pode lidar com diversos tipos de problemas de otimização. A avaliação da sensibilidade da leitura de temperatura é feita com relação ao posicionamento dos sensores, com o objetivo de descobrir as melhores posições para aquisição de dados, e também a determinação do parâmetro t (parâmetro utilizado no método GEO que deve ser ajustado para cada tipo de problema) que melhor se adapta para cada um dos conjuntos de medição de temperatura. Além disso, realiza-se um estudo no qual é analisado um caso em que a fonte de calor possui forma de distribuição desconhecida, sem a utilização de equações para a sua descrição, desta maneira mais parâmetros devem ser estimados pela análise inversa, assim o processo de otimização é mais complexo (cinco valores de taxa de calor e dois coeficientes de transferência de calor, ao invés de uma taxa de calor e dois coeficientes). Ainda, para simular medições de dados reais, os valores de temperatura obtidos a partir da solução numérica para valores específicos da taxa de calor e dos coeficientes de transferência de calor são perturbados com ruídos de acordo com desvios-padrão típicos dessa forma de medição. Este trabalho demonstra que a aproximação inversa proposta pode ser um modo muito efetivo para avaliar e predizer os parâmetros que governam o processo de transferência de calor na Soldagem por Fricção Linear, um importante passo para o seu controle em tempo real. / The estimation of thermal parameters related to Friction Stir Welding of a AA 2195-T8 plate is studied in this dissertation. The determination of the parameters is carried out by means of an optimization problem, in which the objective function corresponds to an error function between the numerically measured temperature and the temperature computed for each estimated values of the heat rate input, the heat transfer coefficient on the bottom surface, and the natural convection heat transfer coefficient. The time-dependent temperature distribution on the plate is determined by the solution of the three-dimensional transient state conduction equation, which is solved by the control-volum method. The minimization of the objective function is accomplished with the aid of the Generalized Extremal Optimization (GEO) method, an evolutionary method that can deal with several types of optimization problems. The evaluation of the temperature reading sensitivity is carried out, in relation to the readers locations on the plate, in order to determine the best positions that can be used to acquire datas, and the determination of the t parameter (this parameter is used in the GEO method and it must be adjusted for each type of problem) that best fits with each one of the temperature readers assembly, allowing the determination of the best temperature readers assembly. In addition, it is executed a study that considers a case where the heat rate input has unknown profile distribution, without using equations for its description, in this manner more parameters have to be estimated by the inverse analysis, so the optimization process is more complicated (five heat rate inputs and two heat transfer coefficients, instead of one heat rate input and two heat transfer coefficients). Furthermore, to simulate real-data measurements, the temperature inputs, obtained from a numerical solution for specific values of the heat rate input and the heat transfer coefficients, were perturbed with noises according to the standard deviation of the measurement procedure. This work demonstrates that the proposed inverse approach can be a very effective way to evaluate and predict the parameters that govern the heat transfer process in Friction Stir Welding, an important step to real-time control of this process.

A intervenção por soldagem em dutos em operação adquiriu nos últimos anos extrema importância na indústria do petróleo, visto que por meio dela é possível instalar derivações bem como reparar trechos danificados na malha dutoviária sem a interrupção do fluxo dos produtos escoados, o que certamente impactaria em elevados custos nas operações. Os principais limitantes da técnica de soldagem em operação é o risco de perfuração do duto pelo arco durante a soldagem e principalmente, o elevado risco das juntas soldadas sofrerem fissurações induzidas pelo hidrogênio. Estas últimas surgem devido à ocorrência de três fatores em conjunto: alto nível de hidrogênio no processo de soldagem, tensão residual e, microestrutura susceptível. Neste trabalho, são feitas algumas considerações acerca dos métodos atualmente empregados para se contornar os limitantes da técnica da soldagem em operação aplicada pelo processo de eletrodo revestido (ER). Mais especificamente, estudou-se uma metodologia da técnica da dupla camada, amplamente empregado nos procedimentos de soldagem que visam evitar a formação de microestrutura susceptível à trincas por hidrogênio e, avaliação de dois softwares comumente empregados para avaliar o risco de perfuração do duto pelo arco durante a soldagem em operação. Paralelamente investigou-se equações para estimativas de durezas máxima da ZAC publicada por diversos autores. Ficou evidente que a metodologia avaliada para a prevenção da perfuração do duto durante a soldagem em operação é bastante confiável e pode ser aplicada com segurança. Quanto às estimativas de dureza máxima na ZAC, os resultados não foram unânimes dentre as equações dos autores investigados. A metodologia da técnica da dupla camada estudada se mostrou eficiente, porém com algumas limitações. / Welding interventions onto in-service pipe lines have acquired relevant importance in the last few years in petroleum industry, since with this technique it is possible to install derivations as well to repair damaged pipe lines portions without interrupt the flux of its products, which in turn would results in high costs. The in-service welding techniques limitations are mainly the risk of pipe wall burn through by the electric arc and, the hydrogen cold crack joint susceptibility. The last one is due to the action, at the same time, of three mainly factors: high hydrogen levels and, susceptible microstructure. In this work it is made some considerations about methods usually applied to work out the limitations of shielded metal arc welding technique applied to in-service welding. Specifically talking, it was studied a temper bead technique commonly used in procedures which the aim is to avoid the presence of hydrogen cold crack susceptible microstructure and, evaluate two commonly software used to prevent the wall pipe burn-through risk by the arc welding. Additionally, it was investigated some published equations to estimate the maximum HAZ hardness. It was clarified that the evaluated methodology to prevent the pipe wall burn-through risk during the welding process is very confident and safety to be applied in practice situations. The studies conducted about the maximum HAZ hardness showed that just a few of the investigated equations and authors, the results are reliable. The temper bead technique studied as presented as an efficiently method, although some limitations must be taken in account.

A operação segura e eficiente de unidades de produção de petróleo e gás depende essencialmente do desempenho de seus dispositivos, componentes e estruturas. Dutos rígidos são importantes componentes utilizados na indústria offshore, comumente empregados como flowlines e risers. Aços ao carbono, como o API 5L X65, são materiais tipicamente utilizados para essas aplicações, devido ao seu baixo custo relativo e disponibilidade. No entanto, para o pré-sal brasileiro, parece improvável o uso desses aços, uma vez que o óleo está contaminado por elevadas concentrações de CO2, o que provoca a corrosão generalizada. Assim, as operadoras no Brasil devem considerar uma solução alternativa, como tubos cladeados ou ligas resistentes à corrosão (CRA). Aços inoxidáveis duplex e superduplex (AISD) surgiram na última década como um material alternativo para ambientes quimicamente agressivos. No entanto, de acordo com estudos recentes, quando catodicamente protegidos contra a corrosão, esses aços são vulneráveis ao trincamento induzido pelo hidrogênio (HISC). O objetivo deste trabalho é avaliar, através de ensaios de tenacidade à fratura, a susceptibilidade ao HISC de amostras do AISD soldadas, utilizando dois níveis diferentes de proteção catódica. Para a avaliação da tenacidade à fratura, decidiu-se utilizar o método de ensaio de step loading, pois esta prática é considerada mais realista já que as amostras são expostas ao hidrogênio durante todo o teste, ao invés de um simples pré-carregamento de hidrogênio como recomendado por alguns procedimentos. Os valores de tenacidade são dados em termos de CTOD e integral J. A tenacidade foi avaliada em termos de iniciação e carga máxima, utilizando corpos de prova do tipo SENB da mecânica da fratura. Os resultados aqui apresentados indicam que os AISD são bastante suscetíveis a HISC, especialmente na zona termicamente afetada, mesmo para potenciais pouco catódicos como -650 mVECS. / The optimized and secure operation of oil and gas floating production units depends essentially on the performance of their devices, components and structures. Rigid pipelines are key equipment used in the offshore industry commonly employed as flowlines and risers. Carbon steel such as API 5L X65 is the material of choice for those applications due to its low relative cost and availability. However, for the Brazilian pre-salt it seems unlikely the use of carbon steels, since the oil is contaminated by high concentrations of CO2, which causes generalized corrosion. Therefore, operators in Brazil should consider an alternative solution, such as lined or cladded pipes as well as corrosion resistant alloys (CRA). Duplex and superduplex stainless steels (SDSS) have emerged in the last decade or so as an alternative material for harsh environments. Nevertheless, according to recent studies, SDSS when cathodically protected against corrosion are prone to hydrogen induced stress cracking (HISC). The aim of this investigation is to evaluate through fracture toughness measurements the susceptibility of welded SDSS samples to HISC for two different levels of cathodic protection. For fracture toughness evaluation, we decided to use the step loading test method, since we understand that this practice is more realistic because samples are exposed to hydrogen during the entire tests instead of simple hydrogen pre-charging as recommended by some procedures. Fracture toughness values are given in terms of both CTOD and J-integral for crack initiation and maximum stress for SENB specimens. The results given here indicated that SDSS are quite susceptible to HISC especially in the heat affect zone even for potentials as negative as -650 mVsce.

Os aços inoxidáveis dúplex (AIDs) exibem uma combinação de propriedades mecânicas e de resistência à corrosão atraente que os destaca entre os demais aços inoxidáveis. Isso ocorre devido a sua microestrutura balanceada, consistindo de ferrita e austenita, e também pela sua composição química específica contendo elementos de liga como cromo e molibdênio. Considerando-se estes fatores positivos, os AIDs são amplamente utilizados nas indústrias de óleo e gás, petroquímica, papel e celulose, e de controle de poluição. A aplicação destas ligas usualmente depende de processos de soldagem, e os ciclos térmicos merecem atenção especial para se evitar alterações microestruturais que comprometam o desempenho mecânico e/ou eletroquímico (fundamentalmente a resistência à corrosão). A soldagem por fricção e mistura mecânica ou Friction Stir Welding é uma técnica de união no estado sólido que pode reduzir defeitos, como trincas, porosidades entre outros, frequentemente encontrados em processos de soldagem que envolvem fusão. Além disso, devido ao menor aporte térmico, os processos de união no estado sólido têm o potencial de minimizar alterações microestruturais, mantendo assim, no caso dos aços AIDs, a morfologia, a distribuição e a proporção das fases ferrita e austenita mais próximas do ideal. O presente estudo empregou o processo de FSW para produzir juntas de topo em chapas com 4 mm de espessura do aço inoxidável dúplex UNS S31803, com ferramenta de PCBN inclinada em 1,5º a uma velocidade rotacional de 500 rpm, força axial de 45 kN, e diferentes velocidades de soldagem. Soldas com penetração completa e livres de defeitos foram consolidadas aplicando velocidades de soldagem de 1, 2 e 3 mm/s, enquanto a velocidade de 4 mm/s resultou em defeitos do tipo vazios na zona de mistura (ZM) no lado de avanço. A caracterização através de microscopia óptica na secção transversal das soldas revelou um refino microestrutural que aumentou os valores de dureza na ZM. A técnica de difração de elétrons retroespalhados (EBSD) mostrou um conteúdo apropriado de ferrita, entre 40 e 60%, para todas as condições de soldagem testadas. Ensaios de tração de amostras transversais das juntas soldadas romperam no material de base (MB) para velocidades de soldagem entre 1 e 3 mm/s, e falharam no local onde existiam vazios para a velocidade de soldagem de 4 mm/s. Além disso, as juntas soldadas apresentaram limite de escoamento e limite de resistência à tração similares ao MB, mas com menor alongamento. As soldas produzidas com velocidade de soldagem de 1 mm/s mostraram indícios de fases intermetálicas, que não comprometeram a resistência mecânica das juntas. Uma correlação entre a história térmica associada ao processo de FSW, a microestrutura produzida e o desempenho mecânico das juntas soldas foi estabelecida. / Duplex stainless steels (DSS) exhibit an attractive combination of mechanical properties and corrosion resistance due to their balanced microstructure consisting of ferrite and austenite, and also their chemical composition containing alloy elements like chromium and molybdenum. Considering these positive factors, DSS are widely used in the oil and gas, petrochemical, pulp and paper, and pollution control industries. The application of these alloys usually depends on welding processes, and the thermal cycles deserve special attention in order to avoid microstructural changes that compromise the mechanical and/or electrochemical performance (fundamentally corrosion resistance). Friction Stir Welding is a solid-state joining technique which can reduce flaws, such as cracks and porosities often found on fusion welding processes. Furthermore, due to the lower heat input, solid-state joining techniques have the potential of minimizing microstructural alterations and maintain, in the case of DSS, morphology, distribution and proportion of the phases ferrite and austenite. The present study used FSW to produce butt joints on 4 mm thick sheets of UNS S31803 DSS, with a PCBN tool tilted 1,5º in a rotational speed of 500 rpm, axial force of 45 kN, and different welding speeds. Full penetration and defect free welds were consolidated applying welding speeds of 1, 2 and 3 mm/s, whereas 4 mm/s resulted in voids inside the stir zone (SZ) in the advancing side. Characterization through optical microscopy on transverse section of the welds revealed a microstructural refinement, which increased the microhardness values on the SZ. Electron backscatter diffraction (EBSD) technique showed a proper ferrite content between 40 and 60% for all the tested welding conditions. Transverse tensile tests of the welded joints failed at the base metal for welding speeds between 1 and 3 mm/s, and failed on the location of the voids defects for welding speed of 4 mm/s. Moreover, the welded joints presented similar yield and tensile strength to the base material and reduced elongation. The welds produced with welding speed of 1 mm/s showed evidences of intermetallic phases, which didn’t compromise the strength of the joints. A correlation between the thermal history associated to the FSW process, the produced microstructure, and the mechanical performance of the welded joints has been established.

Submitted by Eduarda Figueiredo (eduarda.ffigueiredo@ufpe.br) on 2015-03-10T12:43:53Z No. of bitstreams: 2 Dissertação Heronilton Lira - Revisao Final.pdf: 4492681 bytes, checksum: cb22c1cd13e007a10c2be332306b6750 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-10T12:43:53Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação Heronilton Lira - Revisao Final.pdf: 4492681 bytes, checksum: cb22c1cd13e007a10c2be332306b6750 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2012-07 / A simulação de curvas de resfriamento da zona termicamente afetada (ZTA) do aço API 5L X80 foi realizada com base nas taxas de resfriamento de soldas reais do processo arame tubular autoprotegido. Neste estudo, as amostras foram analisadas por macroscopia, microscopia óptica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) para investigar os efeitos das condições de resfriamento sobre o ensaio de tração e de dureza Vickers. Um simulador termomecânico (STM) reproduziu por condução térmica e pressão de contato as diferentes condições termodinâmicas de pontos da ZTA e permitiu que os ciclos térmicos obtidos por soldas reais fossem aplicados a amostras do Aço API 5L X80. As microestruturas simuladas nas amostras se aproximaram da microestrutura da solda real, porém as taxas de resfriamento reais ocorreram a velocidades um pouco maiores do que aquelas obtidas pelo estudo. As amostras apresentaram uma estrutura com tendência de mistura da microscopia granular e acicular da ferrita como constituintes matrizes, e subestruturas dessas fases com características de austenita retida e martensita-austenita. De acordo com os ensaios de dureza e tração realizados, os valores de dureza, limite de escoamento e limite ruptura encontrados nas amostras foram menores do que aqueles apresentados pelo material como recebido, com destaque para o limite de escoamento que obteve valores da ordem de 50% do limite de escoamento do metal de base. Além disso, o perfil de dureza das amostras simuladas apresentou valores ligeiramente menores do que o apresentado pelas amostras das soldas reais.