Ibp 1540_12_artigo Rio Oil 2012_bruno Allison Araújo_versão Final Publicada Nos Anais Do Evento

Copyright 2012, Instituto Brasileiro de Petrleo, Gs e Biocombustveis - IBP

Este Trabalho Tcnico foi preparado para apresentao na Rio Oil & Gas Expo and Conference 2012, realizado no perodo de 17 a

20 de setembro de 2012, no Rio de Janeiro. Este Trabalho Tcnico foi selecionado para apresentao pelo Comit Tcnico do evento,

seguindo as informaes contidas no trabalho completo submetido pelo(s) autor(es). Os organizadores no iro traduzir ou corrigir os

textos recebidos. O material conforme, apresentado, no necessariamente reflete as opinies do Instituto Brasileiro de Petrleo, Gs e

Biocombustveis, Scios e Representantes. de conhecimento e aprovao do(s) autor(es) que este Trabalho Tcnico seja publicado

nos Anais da Rio Oil & Gas Expo and Conference 2012.

______________________________ 1 Doutorando PPGCEMat/UFCG

2 Mestre, Tcnico UFCG

3 Doutor, Professor UFCG



6 Doutorando PPGCEMat/UFCG

IBP1540_12

DETERMINAO EXPERIMENTAL DAS TENSES

RESIDUAIS E SUSCEPTIBILIDADE FRAGILIZAO POR

HIDROGNIO DE JUNTAS SOLDADAS DE AO API 5L X80

Bruno A. Arajo1, Emanuel P. Soares

2, Theophilo M. Maciel

3, Antonio

A. Silva 4

, Eudsio O. Vilar5, Jorge A. P. Carrasco

6

Resumo

O presente trabalho apresenta resultados de avaliao de tenses residuais e susceptibilidade fragilizao por hidrognio

de trs juntas soldadas de ao API 5L X80. As tenses residuais transversais foram analisadas por difrao de raios-x nas

regies superior e inferior das juntas soldadas. Testes de susceptibilidade fragilizao por hidrognio foram realizados

de acordo com a norma ASTM G129-00(2006) empregando-se a soluo A da norma NACE/TM0177(2005). Na regio

superior das juntas soldadas foi verificado que os nveis de tenses residuais transversais foram dependentes do aporte

trmico, sendo mais compressivos para maiores nveis de aportes trmicos. Para o caso da regio inferior das juntas

soldadas, quanto maior o aporte trmico maiores foram as tenses residuais transversais trativas na regio do Metal de

Solda, e mais compressiva ficaram as tenses na vizinhana do Metal de Solda. Todas as juntas mostram-se susceptveis

fragilizao por hidrognio, mas a junta executada com maiores intensidades de corrente, e velocidade, apresentou um

menor ndice de fragilizao. Todas as amostras ensaiadas em soluo, nas diferentes condies de soldagem,

apresentaram modo de fratura dctil com regies de quase-clivagem, caractersticas em processos de fragilizao por

hidrognio.

Abstract

This paper presents results of evaluation of residual stress and susceptibility to hydrogen embrittlement of three API 5L

X80 steel welded joints. The transverses residual stresses were analyzed by x-ray diffraction in the top and bottom region

of the joint. Tests of susceptibility to hydrogen embrittlement were performed according to ASTM G129-00 (2006)

employing the solution A of standard NACE/TM0177 (2005). In the top region of the weld has been found that the levels

of transverse residual stresses are dependent on heat input, being more compression to higher levels of heat inputs. In the

case of the bottom of welded joints, with higher heat inputs was found higher levels of tensile residual stresses in the weld metal, and the stresses were more compressive in vicinity of Weld Metal. All joints appear to be susceptible to hydrogen

embrittlement, but the joint runs with higher current intensities, and higher velocity, showed a lower embrittlement index.

In tests of embrittlement all samples showed ductile fracture mode with regions of quasi-cleavage, which is a

characteristic in hydrogen embrittlement process.

1. Introduo

Com a evoluo tecnolgica dos vrios segmentos industriais, principalmente nas ltimas dcadas, ocorreu um

aumento da demanda de transporte de gs natural e petrleo por tubulaes. Assim, elevados investimentos tem sidos

Rio Oil & Gas Expo and Conference 2012

2

realizados na montagem de novas redes de transporte e distribuio de hidrocarbonetos. Alm disso, a necessidade de

canalizar insumos provenientes de locais de extrao recm descobertos e de abastecer centros consumidores com

demanda em ascenso, tambm tem contribudo para o crescimento da rede dutoviria (Fedele, 2002; Gorni et al., 2009).

Dentre os aos empregados para as novas linhas de distribuio utilizadas no Brasil destaca-se o ao API 5L

X80. Os aos API 5L X80 so aos ARBL (Alta Resistncia e Baixa Liga) de fabricao recente para atender os

requisitos de alta resistncia mecnica associado com alta tenacidade para a fabricao de tubulaes para o transporte de

petrleo e gs. O uso deste ao na Europa e Japo j bastante significativo, entretanto no Brasil o seu uso ainda restrito

sendo, portanto, alvo de pesquisa, principalmente, para avaliao da sua soldabilidade (Caloi, 2008).

Uma das grandes preocupaes em estudos realizados sobre a soldabilidade de uma determinada junta o seu

comportamento em relao aos processos de degradao das propriedades que podem ser causados pelo hidrognio. Nos

aos, particularmente em juntas soldadas, os danos induzidos por hidrognio, segundo Cwiek (2005) podem ocorrer

durante: fabricao e construo na forma de trincamento frio (Cold Cracking); operao em ambiente corrosivo na

forma de fragilizao por hidrognio (Hydrogen Embrittlement); trincamento induzido por hidrognio (Hydrogen Induced

Cracking); corroso sob tenso intensificada por hidrognio (Hydrogen Enhanced Stress Corrosion Cracking).

Considerando transporte de hidrocarbonetos, conhecido que, por serem maus condutores inicos, os

hidrocarbonetos no do suporte s reaes redox. Por essa razo, no so capazes de interagir eletroquimicamente com

ligas metlicas, u seja, no so corrosivos. Entretanto, o petrleo sempre contm, em maior ou menor extenso,

contaminantes inorgnicos e orgnicos, como por exemplo, os sulfetos (como H2S) e os compostos orgnicos sulfurados

(Alvisi, 2010). Aos expostos a ambientes ricos em H2S absorvem mais facilmente hidrognio produzidos sobre sua

superfcie devido s reaes de corroso e, desta forma, esto em condies mais favorveis de susceptibilidade

fragilizao (Beidokhti et al., 2009).

Todos esses fenmenos intensificam-se quando considerado o caso de uma junta soldada, principalmente devido

s alteraes metalrgicas sofridas pelo Metal de Base (MB) quando submetido aos ciclos trmicos de soldagem. Muitas

so as alteraes metalrgicas sofridas pelos materiais quando submetidos a um ciclo trmico de soldagem, destacando-se

o surgimento de tenses residuais (Kou, 2002). O surgimento de tenses residuais exerce considervel influncia sobre as

propriedades mecnicas das juntas soldadas e seu controle permite evitar possveis falhas da estrutura soldada (Assis et al.

2002). Nesse sentido, o grande desafio , portanto, manter a alta resistncia sem prejuzo da tenacidade devido a Zona

Termicamente Afetada (ZTA), principalmente considerando-se o processo de corroso e demais processos de fragilizao

(Ballesteros et al., 2010), dependentes, tambm, dos nveis de tenses residuais oriundas dos processos de soldagem.

Portanto, o objetivo deste trabalho foi avaliar as tenses residuais oriundas dos processos de soldagem de trs

juntas soldadas de ao API 5L X80 e estabelecer sua susceptibilidade fragilizao por hidrognio em testes sob baixas

taxas de deformao (BTD) segundo a norma ASTM G129-00 (2006). Para isto foi empregado como ambiente

fragilizante a soluo A recomendada pela norma NACE TM 0177/2005, substituindo-se o borbulhamento de H2S por

adio de tiossulfato de sdio. Foram avaliados os parmetros obtidos nos testes de trao e os ndices de fragilizao,

obtidos diretamente pela relao entre as variaes do alongamento, ao ar e em soluo.

2. Materiais e Metodologia

Neste trabalho utilizou-se uma chapa do ao API 5L X80, conforme Figura 1a, de 120 mm x 360 mm e 17 mm

de espessura, chanfrada com ngulo de 60. Os processos de soldagem utilizados para o passe de raiz foram o processo

SMAW com eletrodo AWS E 6010 de 3,25 mm de dimetro, e o processo GTAW com arame AWS ER 70S de 4 mm de

dimetro. Os passes quentes, de enchimento e de acabamento foram realizados pelo processo SMAW, conforme indicado

na Tabela 1. O gs de proteo utilizado no processo GTAW foi o Argnio. Foram executados 8 passes de soldagem

conforme ilustrado na Figura 1b. A Temperatura de interpasse foi de 175C e as soldas foram executadas com as chapas

sem restrio. O espaamento entre as juntas foi a medida do dimetro do eletrodo empregado. O rendimento trmico da

fonte de energia adotado para o processo SMAW foi de 0,8 e para o processo GTAW foi de 0,65 de acordo com Machado

(2000). Na Tabela 2 so apresentadas as sequncias de soldagem empregadas nas trs juntas estudadas (juntas T1.0, T2.0

e E1.0) com os respectivos consumveis empregados. Nas Tabelas 3, 4 e 5 so apresentados os parmetros de soldagem

das trs juntas.


3

(a) (b)

Figura 1. Junta a ser soldada. a) Representao das chapas e respectivos chanfros; b) Representao da sequencia de

passes a ser executado durante a soldagem.

Tabela 2. Consumveis empregados nas diferentes condies de soldagem.

Consumveis empregados

Sequncia Passe de Raiz Passe Quente Passe de Enchimento Passe de Acabamento Processos

T1.0 ER70S - GTAW E8010 E8018-G E8018-G GTAW+SMAW

T2.0 ER70S - GTAW E9010 E9018-G E9018-G GTAW+SMAW

E1.0 E6010 - SMAW E8010 E8018-G E8018-G SMAW

Tabela 3. Parmetros de soldagem para a condio de soldagem T1.0.

Passes I (A) V (V) H (KJ/cm) v (mm/s)

1 Raiz 152,4 12,04 9,55 1,25

2 Quente 68,8 33,38 12,22 1,50

3 Enchimento 110,9 20,88 16,13 1,15

4 Enchimento 130,6 20,11 9,24 2,27

5 Enchimento 130,9 20,52 12,38 1,73

6 Acabamento 130,8 20,85 10,29 2,12

7 Acabamento 130,8 20,16 8,88 2,37

8 Acabamento 130,7 19,73 9,87 2,09

Tabela 4. Parmetros de soldagem para a condio de soldagem T2.0.


1 Raiz 156,6 12,56 13,23 0,96

2 Quente 86,5 34,56 15,13 1,58

3 Enchimento 113,4 23,49 17,62 1,21

4 Enchimento 116,6 21,68 10,82 1,87

5 Enchimento 116,5 21,74 9,57 2,12

6 Acabamento 116,5 21,42 10,83 1,84

7 Acabamento 116,7 22,29 8,68 2,39

8 Acabamento 118,5 21,85 7,90 2,62

Tabela 5. Parmetros de soldagem para a condio de soldagem E1.0.


1 Raiz 54,2 35,76 15,50 1,00

2 Quente 81,8 33,17 14,09 1,54

3 Enchimento 160,5 21,78 15,71 1,78

4 Enchimento 165,5 21,20 10,31 2,72


4

5 Enchimento 165,3 22,19 10,70 2,74

6 Acabamento 165,1 22,40 11,83 2,50

7 Acabamento 165,4 22,19 10,15 2,89

8 Acabamento 165,3 22,52 9,48 3,14

Antes de serem realizadas as anlises de tenso residual por difrao de raios-x as juntas soldadas foram

submetidas a um ataque eletroltico para a remoo de camada de xidos de modo a no interferir nas anlises posteriores.

A soluo empregada para a realizao do ataque foi cido clordrico (HCl) com 10% de concentrao numa densidade de

corrente de 0,25A/cm por um tempo de 20 minutos, conforme sugerido por Costa et al. (2007). Foi empregado um ao

inoxidvel ferrtico como ctodo.

Para anlise das tenses residuais foi utilizado um difratmetro porttil - Portable stress analyser STRESSRAD

(RADICON Ltd. Scientific Instruments) juntamente com o software de anlise do equipamento Stress. Para as medies

das tenses residuais nas juntas soldadas foram adotados os planos 211 com um comprimento de onda de = 2,2911.

Este comprimento de onda produzido por um tubo andico de Cromo (Lu et al., 1996). O mtodo empregado foi o

sen, com medidas realizadas para =0, 20, 30, 35, 45.

Foram realizadas anlises em trs regies distintas (A, B e C) de todas as juntas, tanto na regio inferior da junta

(Passe de raiz) quanto na regio superior (Acabamento). A Figura 2 ilustra a disposio dos pontos analisados nas juntas.

Ao longo de cada regio foram analisados 31 pontos espaados de 2 mm. A origem das medidas foi colocada como sendo

o centro do cordo de solda, sendo analisados 15 pontos sua direita e 15 pontos sua esquerda. No presente trabalho

foram analisadas apenas as tenses residuais transversais, tendo em vista que elas so consideradas as mais importantes

em fenmenos de fragilizao por hidrognio e corroso-sob-tenso (Hayashi et al., 2000).

Figura 2. Regies a serem analisados os perfis de tenses residuais

Para determinar a susceptibilidade fragilizao por hidrognio das juntas foram realizados testes de trao

uniaxial e Baixa Taxa de Deformao (BTD), de acordo com a norma ASTM G129-00 (2006), ao ar e em soluo a uma

taxa de deformao de 2,5x10-5

s-1

, em corpos de prova cilndricos de acordo com a norma ASTM E8/E8M-09. As

superfcies de fratura dos corpos de prova ensaiados ao ar, e em soluo, foram examinadas no Microscpio Eletrnico de

Varredura, onde foi verificada a influncia do ambiente fragilizante sobre o modo de fratura. Para cada condio de teste

empregada foram testados 3 corpos de prova, onde obteve-se a mdia dos parmetros obtidos.

Este tipo de teste, tambm conhecido por SSRT (Slow Strain Rate Testing), amplamente empregado para

avaliar a suscptibilidade corroso sob tenso e fragilizao por hidrognio, sendo uma importante ferramenta para

investigar possveis materiais a serem empregados na indstria de leo e gs, podendo ser realizados um nmero

relativamente satisfatrios de testes dentro de um tempo relativamente curto (Bott et al., 2005).

A soluo utilizada foi a soluo A da norma NACE TM0177/2005 composta de NaCl (5%) com cido actico

(0,5%), adicionando-se tiossulfato de sdio (10-3

mol.l-1

) em substituio ao borbulhamento de H2S, ficando o pH da

soluo em torno de 3,1, conforme sugerido pela norma NACE. Esta adio de tiossulfato de sdio em substituio ao

borbulhamento de H2S foi proposta por Tsujikawa et al. (1993) para simular baixos teores de H2S, como alternativa s

solues propostas pela NACE que so bastante agressivas. Quando o corpo de prova imerso nesta soluo o H2S

gerado sobre sua superfcie, e segundo Tsujikawa, esta soluo pode gerar H2S numa faixa significante por 24 horas.


5

Sendo a concentrao de tiossulfato de sdio de 10-3

M a concentrao de H2S da ordem de 5.10-4

M. O objetivo em

trabalhar-se com tiossulfato de sdio, simulando-se, desta maneira, baixos teores de H2S, reside no fato de que as solues

NACE (Soluo A TM0177/2005, por exemplo) so bastante agressivas e utilizadas para simular ambientes com

elevados teores de H2S. Alm disso, sabe-se que o gs sulfdrico bastante txico e nocivo ao homem e os custos com

equipamentos de segurana para a realizao destes ensaios poderiam ser bastante elevados (Girelli, 2006).

3. Resultados e discusses

3.1 Anlises de Tenses Residuais

A partir dos dados obtidos por difrao de raios-x foi possvel plotar os resultados de tenses residuais

transversais para as juntas analisadas. Os experimentos foram realizados inicialmente na parte superior da junta e

posteriormente na parte inferior da junta. As Figuras 3, 4 e 5 mostram a distribuio de tenses residuais transversais no

Metal de Solda (MS) e no Metal de Base (MB) das partes superior e inferior das respectivas juntas estudadas.

-30 -20 -10 0 10 20 30-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

Te

ns

es T

ran

sve

rsa

is (

MP

a)

Distncia do centro da solda (mm)

T1.0 Tens. Trans. (A)

T1.0 Tens. Trans. (B)

T1.0 Tens. Trans. (C)

MBMSMB

-30 -20 -10 0 10 20 30-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

Te

ns

es T

ran

sve

rsa

is (

MP

a)

Distncia do centro da raiz (mm)




MB MS MB

(a) (b)

Figura 3. Distribuio de tenses residuais transversais ao longo da junta T1.0; (a) parte superior da junta e (b) parte

inferior da junta.

-30 -20 -10 0 10 20 30-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

Te

ns

es T

ran

sve

rsa

is (

MP

a)

Distncia do centro da solda (mm)




MBMSMB

-30 -20 -10 0 10 20 30-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

Te

ns

es T

ran

sve

rsa

is (

MP

a)





MB MS MB

(a) (b)

Figura 4. Distribuio de tenses residuais transversais ao longo da junta T2.0; (a) parte superior da junta e (b) parte

inferior da junta.


6

-30 -20 -10 0 10 20 30-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

Te

ns

es T

ran

sve

rsa

is (

MP

a)


E1.0 Tens. Trans. (A)

E1.0 Tens. Trans. (B)

E1.0 Tens. Trans. (C)

MBMSMB

-30 -20 -10 0 10 20 30-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

Te

ns

es T

ran

sve

rsa

is (

MP

a)


E1.0 Tens. Trans. (A)

E1.0 Tens. Trans. (B)

E1.0 Tens. Trans. (C)

MB MS MB

(a) (b)

Figura 5. Distribuio de tenses residuais transversais ao longo da junta E1.0; (a) parte superior da junta e (b) parte

inferior da junta.

As regies superiores das juntas que foram submetidas anlise de tenses residuais so compostas dos passes

de acabamento e do metal de base. Consideraes podem ser realizadas em funo do nvel de tenses residuais

transversais considerando-se os parmetros de soldagem empregados. As juntas T1.0, T2.0 e E1.0 foram soldadas com

aportes trmicos mdios nos passes de acabamento de aproximadamente 9,68 KJ/cm, 9,13 KJ/cm e 10,48 KJ/cm,

respectivamente. As correntes mdias empregadas nos passes de acabamento para as juntas T1.0, T2.0 e E1.0 foram de

130,7 A, 117,2 A e 165,2 A, respectivamente. Conforme mostrado na Tabela 2, as juntas T1.0 e T2.0, apresentaram os

mesmos consumveis nos passes de acabamento. Logo, pode ser verificado que, para o presente caso, o emprego de um

maior aporte trmico acarretou um uma intensidade ligeiramente maior de tenses residuais compressivas, conforme pode

ser observado na junta E1.0. Para o presente trabalho, considerando-se principalmente as junta T1.0 e T2.0, as diferenas

nos aportes trmicos no alteraram de forma substancial a intensidade das tenses residuais transversais, embora,

conforme j mencionado, tenham intensificado as tenses residuais compressivas ao longo da junta E1.0. Sabe-se que o

emprego de um maior aporte trmico gera um maior nvel de tenses residuais (Marques et al., 2009; Francis et al., 2007).

Deve-se salientar que os casos apresentados na literatura so muitas vezes decorrentes de diferentes processos de

soldagem, juntamente com diferentes condies e geometrias de juntas soldadas. Estudando as tenses residuais em soldas

de ao HSLA-100, Gao et al. (1997) encontraram resultados semelhantes aos aqui encontrados, onde as tenses residuais

eram sempre compressivas sobre a superfcie da solda, e nas suas proximidades, tornando-se gradualmente trativas a

medida que a distncia a partir da solda aumentava, sendo esse fenmeno atribudo ao efeito de transformaes de fase no

ao, uma vez que a expanso volumtrica associada transformao da austenita para martensita/bainita podem aumentar

o nvel de tenses compressivas.

Analisando-se agora as tenses residuais transversais ao longo da regio inferior de junta, foi verificado que, no

caso das juntas T1.0 e T2.0 que utilizaram os mesmos consumveis e processo de soldagem (GTAW), a diferena entre os

nveis de tenses residuais transversais pode ser atribuda aos diferentes aportes trmicos e diferentes velocidades de

soldagem, j que a corrente foram similares para as duas juntas. Foi verificado que se diminuindo a velocidade de

soldagem, permanecendo a corrente constante, os nveis de tenses residuais transversais intensificam-se no MS, mas as

tenses residuais trativas so deslocadas para pontos mais afastadas do MS e ZTA, conforme pode ser observado para a

junta T2.0. Para o caso da junta T1.0 observado que um menor aporte trmico, embora no tenha um nvel de tenses

residuais to intenso ao longo do MS, os nveis de tenses residuais trativas so maiores ao longo da provvel regio da

ZTA, diferente dos resultados obtidos para a junta T2.0. A junta E1.0 foi soldada empregando-se o processo SMAW com

maior aporte trmico e, como aconteceu para as juntas T1.0 e T2.0, os picos de tenses residuais transversais trativas

foram deslocados para pontos mais distantes do MS e ZTA. Sabendo-se que as tenses residuais desempenham importante

papel na susceptibilidade trincamento em condies de servio, em ambientes ricos em H2S, por exemplo, as tenses

residuais junto ao p do passe de raiz precisam ser analisadas, pois estas regies so regies preferncias para o

surgimento de trincamento em servio (Paradowska et al., 2006). Sendo assim, foi verificado que o emprego de maiores

aportes trmicos junto ao passe de raiz conduz a menores nveis de tenses residuais junto ao p do passe, o que por sua

vez pode diminuir a susceptibilidade a trincamento em servio.

3.2 Susceptibilidade Fragilizao por Hidrognio

Posteriormente s anlises de tenses residuais foi analisada a susceptibilidade fragilizao por hidrognio das

juntas soldadas. As curvas tenso-deformao das juntas soldadas obtidos a partir de testes ao ar, juntamente com os


7

testes de fragilizao (testes em soluo), so apresentados na Figura 6. A anlise comparativa, a partir dos dados obtidos

apresentada na Tabela 6, onde possvel comparar os valores de limite de escoamento (LE), limite de resistncia

trao (RT), elongamento (El) e reduo de rea (RA). A susceptibilidade fragilizao por hidrognio das juntas

ensaiadas pode ser avaliada de acordo com a ndice de Fragilizao, de acordo com a Equao 1, onde possvel verificar

perda de ductilidade entre as amostras hidrogenadas (fragilizadas) e no-hidrogenadas (Miranda, 1987).

nH

HnH

El

ElElIF

(1)

Onde os valores de ElnH e ElH so os valores de elongamento das amostras no-hidrogenadas e hidrogenadas,

respectivamente.

Tabela 6. Parmetros obtidos nos testes de fragilizao.

T1.0 sem H T1.0 com H T2.0 sem H T2.0 com H E1.0 sem H E2.0 com H

LE (Mpa) 527 8,4 538 4,2 531 14,7 529,3 18,5 509 22,3 538 3,0

RT (Mpa) 669 35,3 657 7,7 637 0,5 603,3 61,2 665 20,2 675 8,0

El (%) 18,5 4,0 8,8 0,2 16,6 2,8 8,1 2,3 21,2 1,57 11,8 1,0

RA (%) 49,6 8,3 18,9 6,3 57,7 14,2 21,9 5,1 66,5 5,1 20,2 3,7

IF - 0,52 - 0,51 - 0,44

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

100

200

300

400

500

600

700

800

Te

nso

(M

Pa

)

Deformao (%)

T1.0 Sem H

T2.0 Com H

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

100

200

300

400

500

600

700

800

Te

nso

(M

Pa

)

Deformao (%)

T2.0 Sem H

T2.0 Com H

(a) (b)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

100

200

300

400

500

600

700

800

Te

nso

(M

Pa

)

Deformao (%)

E1.0 Sem H

E1.0 Com H

(c)

Figura 6. Curvas tenso-deformao das amostras ensaiadas ao ar e em soluo; (a) junta T1.0, (b) junta T2.0 e (c) junta

E1.0.


8

Atravs dos parmetros da Tabela 6 e da anlise da Figura 6 possvel verificar que ambas as juntas

apresentaram uma significante perda de ductilidade quando ensaiadas em soluo. Os valores de elongamento das juntas

T1.0, T2.0 e E1.0, quando ensaiadas ao ar, foram 18,5%, 16,6% e 21,2%. Quando ensaiadas em soluo esses valores

foram 8,8%, 8,1% e 11,8%, respectivamente. Os valores de ndice de Fragilizao (IF), indicam uma menor

susceptibilidade da junta E1.0. Deve-se salientar que os corpos de prova obtidos para os testes de fragilizao foram

usinados para obter-se, desta maneira, as dimenses conforme norma empregada nos testes (ASTM E8/E8M-09). Durante

a usinagem dos corpos de prova, os passes de raiz e de acabamento so retirados, permanecendo apenas parte dos passes

quente e de enchimento. Desta forma, pode-se considerar que a energia empregada no passe de raiz no dever interferir

nos testes de fragilizao obtidos. Portanto, apenas as energias de soldagem empregadas nas deposies dos passes

quente, de enchimento e de acabamento devem ser consideradas na anlise dos testes, pois, embora os passes de

acabamentos sejam retirados durante a usinagem dos corpos de prova, o efeito do revenimento causado por esses passes

permanecem nos passes anteriores, que no foram retirados. As energias mdias nos passes quente e de enchimento foram

de 12,49KJ/cm, 13,28kJ/cm e 12,7kJ/cm para as juntas T1.0, T2.0 e E1.0, respectivamente. Os passes de acabamento

foram realizados com aportes mdios de 9,68kJ/cm, 9,13kJ/cm e 10,48kJ/cm. Logo, verifica-se que a junta E1.0 foi

executada com um aporte trmico um pouco maior que o das outras duas, principalmente com relao junta T2.0.

Como se sabe, a energia de soldagem um parmetro cuja medida relativamente simples, sendo bastante

empregado em normas e trabalhos tcnicos para especificar as condies de soldagem. Mas, sua utilizao deve ser feita

com cuidado. Nem sempre existe uma relao direta entre a energia de soldagem e seus efeitos na pea, pois os

parmetros de soldagem (corrente, tenso e velocidade de soldagem) afetam de modo diferente a intensidade do arco e o

rendimento trmico do processo. Assim, embora utilizando o mesmo processo e energia de soldagem, possvel obter

soldas de formatos completamente diferentes pela variao individual dos parmetros de soldagem (Modenesi et al.,

2001). Consequentemente, mesmo empregando-se os mesmos consumveis e semelhantes energias de soldagem nos

passes quente e de enchimento das juntas T1.0 e E1.0, o fato da junta E1.0 ter sido executada empregando-se uma maior

velocidade de soldagem, pode ter gerado uma microestrutura ao longo do MS diferente das outras duas juntas.

Considerando que o fenmeno estudado depende fortemente de parmetros de difusividade, permeabilidade e

solubilidade, a microestrutura apresentada pelas juntas contribui para os diferentes resultados.

Para Arafin e Szpunar (2011), o tipo de teste empregado no presente trabalho, ou seja, testes SSRT, tambm

indicam a susceptibilidade a trincamento induzido por hidrognio (HIC). Numerosos estudos j apresentados, como os

realizados por Park et al (2008) e Chang et al. (2001) sugerem que a microestrutura do ao desempenha um papel

dominante em HIC. Infelizmente, no entanto, diversos estudos mostraram resultados contraditrios no papel dos

diferentes constituintes microestruturais em relao a HIC. Chang et al. (2001) mostraram que microestruturas contendo

maiores stios aprisionadores de hidrognio so mais efetivas na reduo da susceptibilidade a HIC, devido ao fato de

menor quantidade de hidrognio est disponvel para participar no processo de trincamento. Mesma concluso foi

realizada em estudo feito por Hardie et al. (2006). No entanto, outros trabalhos, como o de Huang et al. (2010),

mostraram que quanto menor a difusividade do hidrognio na microestrutura do ao, maiores seriam a eficincia de

aprisionamento e mais vulnervel seria o ao a HIC. Estudando o efeito do aporte trmico sobre os parmetros de

difusividade, permeabilidade e solubilidade em juntas soldadas de ao API 5L X80, Han et al. (2012) verificaram que o

emprego de um maior aporte trmico resultou em uma diminuio da difusividade efetiva em diferentes zonas da junta

soldada, podendo acarretar em uma maior solubilidade de hidrognio. Portanto, diante da natureza do ao em questo,

provvel que um o emprego de um maior aporte trmico na execuo da junta E1.0 tenha ocasionado uma reduo da

difusividade do hidrognio na microestrutura da junta, e corroborando com estudos apresentados de Chang et al. (2001) e

Hardie et al. (2006), reduzindo, desta forma, o ndice de fragilizao da respectiva junta. No entanto, conforme Arafin e

Szpunar (2011), no claro se mais stios aprisionadores poderiam ser sempre considerados como um indicador de uma

maior ou menor suscetibilidade a HIC, e, desta forma, uma quantificao microestrutural das juntas deve ser apresentadas

para um melhor entendimento dos resultados apresentados, ou seja comportamentos semelhantes entre as juntas T1.0 1

T2.0 e melhor eficincia da junta E1.0.

Embora ambas as juntas tenham exibido um comportamento dctil quando testadas ao ar, quando testadas em

soluo com tiossulfato de sdio o comportamento apresentou-se, de certa forma, frgil, j que a fratura apresentou zonas

caracterizadas como sendo de quase clivagem, o que d um indicativo, tambm, da susceptibilidade das juntas

fragilizao por hidrognio, conforme pode ser observada na Figura 7. A reduo da ductilidade observada pode ser

entendida, neste caso, como uma reduo na tenacidade do material. Esta perda de ductilidade pode ser associada,

tambm, presena de trincamento secundrio prximo superfcie de fratura e nas regies mais afastadas da superfcie

de fratura dos corpos de prova ensaiados em soluo. O trincamento secundrio comumente associado com o mecanismo

de recombinao tomo de hidrognio promovido pela presena de incluses no-metlicas (Bott et al., 2005).

Trincamento secundrio foi encontrado em todas as juntas ensaiadas em soluo. Estudos de susceptibilidade

fragilizao por hidrognio de juntas soldadas de aos API 5L X80 tambm foram executados por Ballesteros et al.

(2010) e Martins (2005). Em todos esses trabalhos as juntas soldadas dos aos da classe API apresentaram

susceptibilidade fragilizao por hidrognio quando ensaiados em tiossulfato de sdio.


9

(a) (b)

Figura 7. Modo de fratura apresentado pelas amostras ensaiadas ao ar (a) junta T1.0 (2000X); e sem soluo (b) junta

E1.0 (1000X).

4. Concluses

Neste trabalho, foi possvel determinar as tenses residuais transversais nas regies superiores e inferiores das

juntas soldadas. Os testes de susceptibilidade fragilizao por hidrognio mostraram-se bastante eficazes, confirmando a

eficincia da substituio de borbulhamento de H2S por adies de tiossulfato de sdio. Diante dos resultados obtidos foi

possvel concluir que:

Os nveis de tenses residuais transversais foram compressivos na regio superior da junta soldada, as quais

foram intensificadas com o aumento do aporte trmico.

Para o caso da regio inferior da junta, quanto maior o aporte trmico maiores foram as tenses residuais

transversais trativas na regio do Metal de Solda, e mais compressiva ficaram as tenses na vizinhana do Metal

de Solda.

Todas as condies de soldagem empregadas mostraram-se susceptveis ao fenmeno de fragilizao por

hidrognio com o procedimento utilizado.

O emprego de maiores velocidades de soldagem para um mesmo valor de aporte trmico acarretou uma reduo

no ndice de fragilizao por hidrognio.

5. Agradecimentos

Os autores agradecem aos Laboratrios de Soldagem (LABSOL-UFCG), Laboratrio de Engenharia

Eletroqumica (LEEq-UFCG), ao Laboratrio Multidisciplinar de Materiais e Estruturas Ativas (LaMMEA-UFCG), a

oficina mecnica da UFCG, ao Laboratrio de Caracterizao de Materiais (UAEM/UFCG) e a CAPES pelo auxlio por

meio de bolsa de doutorado.

8. Referncias

ALVISI, P.P. Nota sobre a seleo do ao para o servio com H2S, Tecnol. Metal. Mater.Miner.,v.6, n.4, p.192-200, Abr.-

Jun.2010.

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS, Standard Practice for Slow Strain Rate Testing to

Evaluate the Susceptibility of Metallic Materials to Environmentally Assisted Cracking - G129-00(2006).

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS, Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic

Materials, ASTM E8/E8M-09.

ARAFIN, M. A., SZPUNAR, J. A. Effect of bainitic microstructure on the susceptibility of pipeline steels to hydrogen

induced cracking. Materials Science and Engineering A, v.528, p49274940, 2011.

ASSIS, J. T., MONIN, V., TEODOSIO, J.R., GUROVA, T. X-ray analysis of residual stress distribution in weld region,

International Centre for Diffraction Data, Advances in X-ray Analysis, Volume 45, 2002.


10

BALLESTEROS, A.F., PONCIANO, J.A.C., BOTT, I.S. Susceptibilidade de juntas soldadas circunferenciais de ao API

5L X80 corroso sob tenso e fragilizao por hidrognio, Tecnol. Metal. Mater. Miner., v.6, n.3, p.147-152, Jan.-

Mar. 2010.

BEIDOKHTI, B., DOLATI, A., KOUKABI, A.H. Effects of alloying elements and microstructure on the susceptibility of

the welded HSLA steel to hydrogen-induced cracking and sulfide stress cracking, Materials Science and Engineering

A, v.507, p.167-173, 2009.

BOTT, I. S, SOUZA, L. F. G, TEIXEIRA, J. C. G., RIOS, P. R. High-Strength Steel Development for Pipelines: A

Brazilian Perspective, Metallurgical and Materials Transactions A, v. 36A, p.443-454, Fev, 2005.

CALOI, G. Anlise da soldabilidade do ao API 5L X-80 por meio dos testes Tekken e de implante. 145p. Dissertao

(Mestrado) Ps-Graduao em Engenharia Metalrgica do Departamento de Cincia dos Materiais e Metalurgia

Pontifcia Universidade Catlica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2008.

CHANG, K. D., GU, J. L., FANG, H. S., YANG, Z. G., BAI, B. Z., ZHANG, W.Z. Effects of heat-treatment process of a

novel bainite/martensite dual-phasehigh strength steel on its susceptibility to hydrogen embrittlement. ISIJ

International, v.41, p.1397-1401, 2001.

COSTA, A. D. S. B., ABREU, H.F.G., MIRANDA, H.C., TEIXEIRA, L., COSTA, R. C. S. C., SILVA, C.C.,

Comparao dos nveis de tenses residuais para diferentes parmetros utilizados no processo de soldagem tig

automtico em aos de tubos ASTM A106 Gr. B. Em: PDPETRO, 4, 2007, Campinas.

CWIEK, J. Hydrogen assisted cracking of high-strength weldable steels in sea-water, Journal of Materials Processing

Technology, n.164165, p.1007-1013, 2005.

FEDELE, R. Soldagem de tubulaes: metalurgia, procedimentos e desafios, Metalurgia & Materiais, v.58, n.521, 2002.

GAO, H., GUO, H., BLACKBURN, J. M., HENDRICKS, R. W. Determination of residual stress by x-ray diffraction in

HSLA-100 steel weldments. Proceedings of the International Conference on Residual Stress, Linkoping, Sweden,

June 1997.

GIRELLI, A.R. Anlise comparativa de aos ARBL usados na fabricao de tubos flexveis para produo de petrleo

no mar, em formaes com baixo teor de H2S: Um estudo de FPH utilizando soluo com tiossulfato de sdio. 193p.

Dissertao (Mestrado) Programa de Ps-graduao em Engenharia Mecnica (PPGEM) da Universidade Federal do

Esprito Santo (UFES), Esprito Santo, 2006.

GORNI, A. A., SILVEIRA, J. H. D., REIS, J. S. Metalurgia dos aos microligados usados na fabricao de tubos

soldados com grande dimetro. Tubo & Companhia, v.5:26, p.52-63, 2009.

HAN, Y. D., JING, H. Y., XU, L. Y. Welding heat input effect on the hydrogen permeation in the X80 steel

welded joints. Materials Chemistry and Physics, v.132, p.216 222, 2012.

HARDIE, D., CHARLES, E. A, LOPEZ, A. H. Hydrogen Embrittlement of High Strength Pipeline Steels. Corrosion

Science, v.48, p.4378-4385, 2006.

HAYASHI, M., ISHIWATA, M., MORII, Y. Residual stress distribuition in carbon steel pipe welded joint medasured by

neutron diffraction. Materials Science Research International, vol.6, n.4, p.287-294, 2000.

HUANG, F., LIU, J., DENG, Z. J., CHENG, J. H., LU, Z. H., LI, X. G. Effect of microstructure and inclusions on

hydrogen induced cracking susceptibility and hydrogen trapping efficiency of X120 pipeline steel. Materials Science

and Engineering A, v.527, 69977001, 2010.

KOU, S. Welding Metallurgy, 2nd. John Wiley & Sons, 2002.

LU, J., JAMES, M., ROY, G. (Ed.). Handbook of measurement of residual stresses. [S.l.]: Inc. The Fairmont Press, 1996.

MACHADO, I. G. Conduo do Calor na Soldagem: Fundamentos e Aplicaes. Imprensa Livre, Porto Alegre, 2000.

MARTINS, F. A. Avaliao da junta soldada de ao API em meio corrosivo. Dissertao (Mestrado) Departamento de

Cincias dos Materiais e Metalurgia, Pontifcia Universidade Catlica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2005.

MIRANDA, P. E. V. Efeitos Mecnicos-Metalrgicos do Hidrognio no ao AISI 304L. Tese de doutorado, Rio de

Janeiro, Brasil, 1987.

MODENESI, P. J. MARQUES, P. V., SANTOS, D. B. Introduo Metalurgia da Soldagem. Apostila. UFMG, Belo

Horizonte, 2006.

NACE STANDARD TM0177-2005. Laboratory Testing of Metals for Resistance to Sulfide Stress Cracking and Stress

Corrosion Cracking in H2S Environments.

PARADOWSKAA, A., PRICE, J.W.H., IBRAHIM, R., FINLAYSON, T.R., BLEVINSC, R., PIPLEYC, M. Residual

stress measurements by neutron diffraction in multi-bead welding. Physica B, v.385386, p.890893, 2006.

PARK. G. T., KOH, S. U., JUNG, H. G., KIM, K. Y. Effect of microstructure on the hydrogen trapping efficiency and

hydrogen induced cracking of linepipe steel. Corrosion Science, v.50, p.18651871, 2008.

TSUJIKAWA, S., MIYASARKA, A., JEDA, M., ANDO, S., SHIBATA, T., HARUNA, T., KATAHIRA, M.,

YAAMANE, Y., AOKI, T,, YAMADA, T. Alternative for Evaluating Sour Gas resistance of Low-Alloy Steels and

Corrosion-Resistant Alloys, Corrosion, v.49, n.5, p.409-419, 1993.

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