WORKSHOP METALURGIA DA SOLDAGEM COMPONENTE, …

WORKSHOP METALURGIA DA SOLDAGEM

A SOLDAGEM É UMA ETAPA NO

PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UM

COMPONENTE, ESTRUTURA OU

EQUIPAMENTO, E A FORMA COMO A

SOLDAGEM PODE AFETAR O

COMPORTAMENTO DE UM

MATERIAL DEPENDE

FUNDAMENTALMENTE DAS

CARACTERÍSTICAS DO QUE SE

ESPERA PARA A “SOLDA”.


Por mais caro e luxuoso que seja um portão,

utilizando um aço estrutural, o requisito para uma

solda neste portão é muito diferente do requisito de

qualquer componente estrutural em uma

plataforma de petróleo.


Algumas soldas precisam resistir a carregamentos cíclicos de alta intensidade e frequência,

enquanto outras soldas precisam oferecer completa vedação e resistir ao colapso.


Existem tubos

aéreos,

existem tubos

estruturais,

existem tubos

submarinos ...

Será que os

requisitos são

similares ?

O quê se espera de uma solda de um

navio é igual ao que se espera em uma

solda de um reator nuclear?

Os materiais adotados em um navio são

similares aos adotados em um reator nuclear?

As normas de construção em

uma refinaria são as mesmas de

construção offshore?

Produtividade

teste ou

comissionamento

operaçãofabricaçãoprojeto

VIDA ÚTIL

Solicitações Mecânicas

Meio

Temperatura

Inspeção

Configuração

Material

Tecnologias de Fabricação e Inspeção

Qualidade

PREMISSASMODELOS

MÉTODOS DE

CONSTRUÇÃO

CAPEX OPEXLIFE CYCLE COST = CAPEX + OPEX

SOLDAGEM

RISCOQual a probabilidade de falhar?

Qual a consequência de falhar?

INTEGRIDADE

NORMAS DE PROJETO

NORMAS DE CONSTRUÇÃO

NORMAS DE SOLDAGEM


O comportamento em serviço de construções soldadas (em

estruturas e equipamentos) depende de dois fatores básicos :

• integridade (ausência de defeitos)

(quais ? Defeitos x descontinuidade ? END)

• atendimento aos requisitos

(quais ? Como não perder ?)PROJETO

especificação

inspeção

FABRICAÇÃO

OPERAÇÃO

10

AMBIENTES

(AGRESSIVOS)

PRESSÕES

ESFORÇOS

TEMPERATURAS

FUNÇÃO

(normas)

DIMENSÕES

(estado de tensões)

RISCO

(inspeção)

FORMA

(fabricação)

seleção de materiais para

atendimento às solicitações

impostas

seleção e especificação de materiais

para atendimento a uma aplicação

PREMISSAS TÉCNICAS PARA A SELEÇÃO E

ESPECIFICAÇÃO DE MATERIAIS


A SOLDAGEM PODE SER REQUERIDA PARA

CUMPRIR DIFERENTES FUNÇÕES, E CADA

UMA TRAZ DIFERENTES REQUISITOS PARA O

MATERIAL SOLDADO:

• UNIR MATERIAIS

(join)

• RESTAURAR MATERIAIS

(build-up, restore, repair)

• REVESTIR MATERIAIS

(clad, overlay, hardface)


QUAIS OS REQUISITOS DA

SOLDA QUANDO É

NECESSÁRIO UNIR MATERIAIS.

O QUÊ O PROJETO DETERMINA ?

MATERIAIS ? ESPESSURAS ? FORMAS ? QUALIDADE ?

O QUÊ O CLIENTE QUER?

PRODUTIVIDADE ? MENOR CUSTO ?

Produtividade

operaçãofabricaçãoprojeto

VIDA ÚTIL

Solicitações Mecânicas

Meio

Temperatura

Inspeção

Configuração

Material

Tecnologias de Soldagem e Inspeção

Qualidade

PREMISSASMODELOS

MÉTODOS DE

CONSTRUÇÃO

SOLDAGEM

RISCOQual a probabilidade de falhar?

Qual a consequência de falhar?

INTEGRIDADE

150x150x

35x

zonatermicamenteafetada

zona deligação

metalde solda

ferritadelta

Inox 316

Solda Autógena

(quantidade de ferrita delta)

metalografias de uma junta de

aço inoxidável AISI 304

soldada autogenamente por

TIG, apresentando corrosão

preferencial da ferrita delta.

16

POSIÇÃO DE

SOLDAGEM

plana rodando

horizontalquase todas ...

plana horizontal verticalsobre-cabeça

SOLICITAÇÕES

MECÂNICAS

TEMPERATURA

Resistência Mecânicatensão limite de escoamento (LE)

Resistência à Fadigalimite de resistência à fadiga

Tenacidadeenergia acumulada

Resistência ao Calor

Tenacidade Resistência à

propagação de trincas

Charpy V, CTOD

REQUISITOS

DA SOLDA ?

Resistência à Corrosãotaxa de corrosão (proteção)

efeito no material

não susceptível à fragilização

Controle de Dureza, Inclusões

Resistência ao Desgaste

MEIO

REQUISITOS

DO PROJETO?

PROJETO DO EQUIPAMENTO

PROJETO DA JUNTA SOLDADA

REQUISITOS DA

SOLDAGEM?

PROJETO DE JUNTAS SOLDADAS

É IMPORTANTE SABER QUE O PROJETO DETERMINA O TIPODE JUNTA SOLDADA EM FUNÇÃO DAS SOLICITAÇÕES

JUNTAS DE PENETRAÇÃO TOTAL/PARCIALmesma solicitação do metal de base

JUNTAS DE FILETE E JUNTAS SOBREPOSTASimportantes são os tamanhos do filete e a penetração

TOPO (pode ou não ter chanfro)

EM ÂNGULO (pode ou não ter chanfro)

SOBREPOSTA

SOLDAS DE PENETRAÇÃO PARCIAL

SOLDAS DE PENETRAÇÃO TOTAL

SOLDA EM FILETE

19

SOLDAGEM

MANUAL

GTAW na raiz

SMAW no

enchimento e

acabamento

SOLDAGEM

MECANIZADA

GTAW

TUBOS

DIÂMETRO 8”

ESPESSURA 1”

metal

de

solda

metal de

base

25 mm

25 mm

32 PASSES

10 PASSES

DECIDIR AUTOMATIZAR

DEPENDE DO PROJETO?

20

SOLDAGEM REALIZADA EM 9 PASSES

Raiz 90A 11 V aporte 1,2 Kj/mm

Enchimento 120A 11V aporte 1,3 a 1,5 KJ/mm

Acabamento 120A 11V aporte 0,9 KJ/mm

SOLDAGEM REALIZADA EM 13 PASSES

Raiz 95A 10V aporte 1,6 KJ/mm

Enchimento 120A 12V aporte 0,8 a 1,1KJ/mm

Acabamento 120A 12V aporte 0,9KJ/mm

VARIAÇÕES DE APORTE, VARIAÇÕES DE DILUIÇÃO,

VARIAÇÕES DE PERFIL PODEM AFETAR OS REQUISITOS?

CORROSÃO ...

FRESTAS ...METAL DE

SOLDA

21

SOLDAGEM MECANIZADA EXECUTADA

POR DIFERENTES OPERADORES ...

POSICIONAMENTO

INCORRETO DO

EQUIPAMENTO

PODE CRIAR UMA

CONDIÇÃO

DESFAVORÁVEL

DE “QUALIDADE”

(ATENDIMENTO AO

REQUISITO),

APESAR DO

PROCESSO TER

SIDO

MECANIZADO MATERIAL QUE EXIGE

CONTROLE DE DUREZA,

QUE NÃO ATENDEU AO

REQUISITO DE QUALIDADE

PARA DEFINIR QUAIS OS REQUISITOS DE UMA SOLDA DE UNIÃO É

IMPORTANTE ENTENDER :

• Qual é a APLICAÇÃO ?

estrutural, pressurizado, alta temperatura, baixa temperatura

• Qual a combinação entre CARREGAMENTO e MATERIAL ?

espessuras, materiais de alta resistência, fadiga

• Será exposto a MEIOS AGRESSIVOS ?

• COMO SERÁ FABRICADO ?

tecnologias disponíveis, produtividade, distorções

RISCO


QUAIS OS REQUISITOS DA

SOLDA QUANDO SE REALIZA

UM REPARO, OU UMA

RESTAURAÇÃO.

“BUILD UP”


Turbina PELTON que

trabalhou durante

algum tempo e, para

melhorar sua

performance

hidrodinâmica, foi

retirada de operação

para RECONSTRUÇÃO

(com alteração) DOS

RAIOS DE

CURVATURA.

Soldagem com pré-aquecimento uniforme e de alta temperatura, na posição plana, com

técnicas de baixa diluição (cordões filetados, com grande sobreposição), baixa corrente

em eletrodo de pequena bitola para garantir baixo aporte e duplo tratamento térmico.

Aço Inox MartensíticoFundido 13-4

26

Este componente foi

recebido como novo,

mas o cliente

resolveu fazer um LP

e verificou a presença

de “poros”. A

macrografia do dente

da engrenagem

revela o reparo por

solda dissimilar

trinca na réplica sem ataque

réplica com ataque

RESTAURAR DIMENSÕES COM QUAL MATERIAL ?

Aço Baixa Liga Forjado, temperado e revenido, para trabalhar em contato metal-metal, restaurado com um material dissimilar (aço inox).

Fundido Bronze - Estrutura bifásica ( + )

CONCENTRADORES

(SOLDAGEM DE REPARO)

EM HÉLICE DE EIXO PROPULSOR

FADIGA NÃO É UMA

CAUSA MAS UM

MECANISMO

CARACTERÍSTICO DE

UM MATERIAL QUE

SOFREU

CARREGAMENTO

CÍCLICO E TEM

CONCENTRADORES

QUE ELEVAM A

TENSÃO

LOCALIZADAMENTE

FADIGA

SOLDAGEM DE REPARO

RESTAURAR DIMENSÕES ONDE?

Ensaio LP

Ensaio PM

EQUIPAMENTO DE PERFURAÇÃO

TRINCAS UM POUCO AFASTADAS DA

SOLDA SOMENTE DETECTADAS POR PM

8”

IDENTIFICAR A NATUREZA DE

TRINCAS É UMA DAS MAIORES

INFORMAÇÕES QUE A ANÁLISE

METALÚRGICA FORNECE.

Este componente foi

reparado para

colocar de novo um

revestimento duro,

mas o cliente

resolveu fazer um LP

e verificou a presença

de “poros”. Ao fazer

o ensaio PM foi

possível ver que de

fato não eram poros

e sim trincas

subsuperficiais.

Aço Baixa Liga Forjado, temperado e revenido, com um hard bandingexterno para evitar desgaste.

TRINCA A FRIO SOB CORDÃO.

Aço baixa liga de médio carbono reparado por soldagem, sem o devido pré-aquecimento .

EQUIPAMENTO

DE PERFURAÇÃO

CARBONO EQUIVALENTE

Aço Baixa Liga Forjado, temperado e revenido, com um hard bandingexterno para evitar desgaste.

Dureza 400 HB

Microtrincas

Dureza 200 HB

Consumível E10018-D2

Fadiga

FADIGA

RUPTURA

DE EIXO

PROPULSOR

REPAROS A FRIO NA SOLDA DE RECONSTRUÇÃO

POUCOS ANOS

APÓS A

RESTAURAÇÃO,

O EIXO SOFREU .

FADIGA DEVIDO

À PRESENÇA DE

TRINCAS NAS

REGIÕES DE

REPARO.

RESTAURAR DIMENSÕES

COM QUAL REQUISITO DE

INTEGRIDADE?


UMA DAS MAIORES DIFICULDADES DA SOLDAGEM

DE REPARO OU RESTAURAÇÃO É QUE MUITAS

VEZES OS MATERIAIS QUE PRECISAM

RESTAURAÇÃO SEQUER SÃO ROTINEIRAMENTE

SOLDADOS, E COM ISSO OS PROCEDIMENTOS DE

SOLDAGEM NÃO SÃO OS TIPICAMENTE ADOTADOS

CONFORME AS NORMAS E CÓDIGOS.


QUAIS AS

ESPECIFICIDADES DAS

SOLDAS DE

REVESTIMENTO CONTRA

CORROSÃO OU CONTRA

DESGASTE, VISTO QUE OS

REQUISITOS ENVOLVEM

RESISTIR À CORROSÃO

OU AO DESGASTE, NA

SUPERFÍCIE .

Christmas Trees

Internet / FMC site

Internet – Oil refineryPhilips Petroleum Company

COMPLETION

PRODUCTION

REFINARIA

Fluidos corrosivos

com alto CO2 e

pressão, e baixa

temperatura.

Resistência ao ácido

naftênico em alta

temperatura.


RESISTÊNCIA À CORROSÃO

LIGA 625Inconel

VÁLVULA CLADEADA

Tubo de aço C-Mn resistente à

pressão

Liga de Niresistente à

corrosão

Camada de Inconel 625

Tubo de aço C-Mn

“Clad” envolve união metalúrgica, neste caso entre uma chapa de liga de Ni e uma chapa de aço C-Mn

TIPOS DE TUBOS CLADEADOSTubos co-extrudadosTubos de chapas laminadase soldadas (costura)Tubos sem costura revestidos internamente

aço C-Mn API 5L X-70

Inconel 625 CRA

MATERIAL Limite de escoamento Limite de resistência

X-70 Min 482 Mpa Min 565 Mpa

Alloy 625 Min 415 MPa 830-950 MPa

Tratamento térmico é requerido ...

Válvula de aço baixa liga 4130 (temperado e revenido) revestido com Inconel 625 (Ni-Cr-Mo).

GTAW automática

REVESTIR POR OVERLAYcontra corrosão


SOLDA DE REVESTIMENTO CONTRA CORROSÃO INCONEL 625

SOBRE AÇO BAIXA LIGA POR PROCESSO GTAW ARAME QUENTE

metal de base

zona termicamente afetada

consumível

zona de

ligação

cordões de solda

AISI 8630 x A106 x X52

98Fe

1Cr

0,3Mo

0,5Ni

0,3C

Inconel 625

60Ni

20Cr

9Mo

5Fe

3,5Nb

0,08C

diluição

DILUIÇÃOquantidade de

metal de base

introduzida na

solda

quantidade de calor imposta

pelo arco elétrico - APORTE

APORTEvalor facilmente reconhecido pois depende de parâmetros

elétricos e velocidade de movimentação do arco

quantidade de calor que se

dissipa pelo material ?

depende de espessura,

geometria, massa


teor de ferro de 5% teor de ferro de 12%

a 1/8”

diferentes penetrações na mesma região de uma solda

manual (SMAW)

teste de

corrosão G48

lado Alado B


GTAW HOT WIRE

SMAW

A CARACTERÍSTICA DA

FUSÃO DE METAL DE

BASE E SUA

INTRODUÇÃO NA

SOLDA É MUITO

IMPORTANTE E VARIA

COM OS PROCESSOS

SAW

CLADDING


metal de base

zona termicamente afetada

AISI 8630

98Fe

1Cr

0,3Mo

0,5Ni

0,3C

Inconel 625

60Ni

20Cr

9Mo

5Fe

3,5Nb

0,08C

superfície

original

superfície

usinada

cada camada 2,5 mm - pode ser otimizado ...

espessura de solda 3,2 mm

SOLDAGEM DE REVESTIMENTO

(CLADDING )


EQUIPAMENTOS CLADEADOS

Superfícies em contato com fluidos corrosivos devem ter a composição

química resistente à corrosão no meio. Como é possível garantir que toda

uma superfície, cuja geometria é complexa, esteja revestida?


REVESTIMENTO

CONTRA DESGASTE

Revestimento Solda Ni-Cr-B

VENTANEIRA

APÓS 210

DIAS DE

OPERAÇÃO

Ao contrário dos revestimento contra corrosão,

os revestimentos contra desgaste não costumam

exigir que toda a superfície seja soldada, e sim

apenas as regiões que serão submetidas ao

desgaste abrasivo, erosivo ou metal-metal.


UMA REGIÃO REVESTIDA CONTRA CORROSÃO

PRECISA SER CONTÍNUA E COM ESPESSURA SUPERIOR

À MÍNIMA CUJA COMPOSIÇÃO QUÍMICA GARANTA

RESISTÊNCIA AO MEIO; ENQUANTO UMA REGIÃO

REVESTIDA CONTRA DESGASTE PRECISA TER UMA

ESPESSURA INFERIOR À MÁXIMA PARA AINDA ASSIM

TER O REQUISITO MECÂNICO, POIS MUITAS CAMADAS

DE SOLDA DEGRADAM A ESTRUTURA E REDUZEM A

RESISTÊNCIA AO DESGASTE .



O QUE PODE AFETAR O

COMPORTAMENTO DE UM

MATERIAL METÁLICO

QUANDO ELE É SOLDADO.


O que é o material ?

• Quais seus requisitos?

• Quais suas

propriedades?

• Como as propriedades

são obtidas?

Como é feita a soldagem?

• Quais os requisitos de

qualidade?


produtividade/custo?

• Quais as tecnologias de

soldagem?

• Quais as tecnologias de inspeção?

• Quais os riscos?

corte da chapa

conformação

soldagem por resistência

retirada de rebarba

tratamento térmico

TUBOS FERRÍTICOS DE BAIXO CARBONO,

COM COSTURA LONGITUDINAL POR

RESISTÊNCIA, DE PEQUENO DIÂMETRO

(BOBINADO) CLASSE 80 KSI (LE)

RESISTENTES AO H2S

Operação (vida útil)FabricaçãoProjeto

SOLDAGEM

QUALIDADE

PRODUTIVIDADE

Qualquer construção em engenharia é projetada e

fabricada para durar toda a vida útil (10 anos, 20 anos, ...),

sem sofrer falhas.

TECNOLOGIAS DE SOLDAGEM E DE INSPEÇÃO

Solicitações mecânicas

Meio

Temperatura

Inspeção

Configuração

Material


Quanto mais um

material tem requisitos

de propriedades mais

ele pode perder a

propriedade na

soldagem

Quanto mais

“energia” se coloca

para soldar, mais os

requisitos de

propriedades podem

ser alterados


ALTERAÇÕES PROMOVIDAS

PELA SOLDAGEM NO

ESTADO SÓLIDO.

Energia mecânica

TIPO DE

SOLDAGEM

NATUREZA

DA ENERGIAPROCESSO

estado

sólidomecânica

fricção

explosão

laminação

difusão

FSW

SOLDAGEM NO ESTADO SÓLIDO

Antônio Ramirez

SINCROTON

Campinas SP

FORÇA AXIAL

COMPRIMENTO

DE

QUEIMA

VELOCIDADE

ROTACIONAL

CONCENTRICIDADE

ÂNGULO DO PINO

ÂNGULO DO FURO

Deslocamento interface

Comprimento dentro da placa

Velocidade tangencial

ou periférica

Alinhamento

SOLDAGEM POR FRICÇÃO

Variáveis do Processo pino

Chapa

base

Soldagem

Flash

APESAR DE NÃO

FUNDIR A

TEMPERATURA DO

PROCESSO É

ELEVADA E

OCORREM MUITAS

TRANSFORMAÇÕES

TERMOMECÂNICAS


FABRICAÇÃO DO DRILL PIPE Fricção (FRW)


QUAIS AS PRINCIPAIS

ALTERAÇÕES

METALÚRGICAS

PROMOVIDAS PELA

SOLDAGEM QUE

ENVOLVE A FUSÃO

LOCALIZADA.

TIPO DE

SOLDAGEM

NATUREZA DA

ENERGIAPROCESSO

por fusão

químicaoxi-combustível

aluminotérmica

elétrica

(arco elétrico)

GTAW (TIG)

SMAW

(eletrodo revestido)

GMAW (MIG/MAG)

FCAW

(arame tubular)

SAW

(arco submerso)

elétrica

(resistência)

ponto

costura

física (radiação)laser

feixe eletrônico

PREPARAÇÃO MECÂNICA PARA A SOLDAGEM

TRATAMENTO TÉRMICO

PÓS-AQUECIMENTOINTERPASSE

PRÉ-AQUECIMENTO

PONTEAMENTO

SOLDAGEM

ALÍVIO DE TENSÕES

PÓS-AQUECIMENTO

Temperatura

tempo

relaxar o material

sair o hidrogênio

reduzir a velocidade de resfriamento

ALTERAÇÕES PROMOVIDAS PELA SOLDAGEM ENVOLVEM NÃO

SOMENTE EFEITOS DA FUSÃO MAS DOS DIFERENTES AQUECIMENTOS


O que é o material ?

• Quais seus requisitos?

• Quais suas

propriedades?

• Como as propriedades

são obtidas?

Como é feita a soldagem?


qualidade?


produtividade/custo?

• Quais as tecnologias de

soldagem?ALTERAÇÕES METALÚRGICAS

• COBRE

• NÍQUEL

• TITÂNIO

• COBALTO

AO CARBONO

sem elementos de liga (Mn)

Estruturais, construção mecânica , tubulações

BAIXA LIGA

somatório dos elementos de liga < 5%

ferríticos de granulometria refinada (Mn, Nb,V,Ti)

martensíticos revenidos (Cr, Mo, Ni)

estruturais, vasos de pressão, construção mecânica

ALTA LIGA

somatório dos elementos de liga > 8%

RESISTENTES

• à corrosão

• ao calor

• ao desgasteLIGAS

NÃO

FERROSAS

AÇOS

FERROS

FUNDIDOS

MÉDIA LIGA

somatório dos elementos de liga entre 5 e 8%

Cr-Mo, Ni

• austeníticos 316

• ferríticos 405

• martensíticos 410, F6NM

• duplex 2205, 2507

METAIS E

LIGAS DE

APLICAÇÃO

COMERCIAL

AÇOS LIGA

ALLOY STEELBaixa temperatura

Alta temperatura

AÇOS INOX

STAINLESS STEELPRE – Duplex

Austeníticos

Martensíticos

AÇOS CARBONO

CARBON STEEL

CUSTO da

matéria-prima


Quanto mais um

material tem requisitos

de propriedades mais

ele pode perder a

propriedade na

soldagem

Quanto mais

“energia” se coloca

para soldar, mais os

requisitos de

propriedades podem

ser alterados

macrografia5 mm

solda autógena

EM MATERIAIS ENCRUADOS É IMPORTANTE TOMAR CUIDADO COM A PERDA DE RESISTÊNCIA PELA RECUPERAÇÃO OU RECRISTALIZAÇÃO. NESTE CASO MAIS IMPORTANTE DO QUE A REGIÃO FUNDIDA (NO CENTRO), É A REGIÃO AQUECIDA PRÓXIMA DA TEMPERATURA DE RECRISTALIZAÇÃO.

ONDE O MATERIAL ESTÁ ENCRUADO E FOI AQUECIDO NA FAIXA DE TEMPERATURAS DE RECUPERAÇÃO E RECRISTALIZAÇÃO, A ESTRUTURA SOFRE PERDA DE RESISTÊNCIA .

WORKSHOP METALURGIA DA SOLDAGEM 64

MECANISMOS DE ENDURECIMENTO

A palavra endurecimento pode não ser a ideal pois a DUREZA não tem relação

com a TENSÃO LIMITE DE ESCOAMENTO (que é a tensão onde o material

inicia o deslizamento dos planos), mas a literatura chama de mecanismos de

endurecimento a todas as formas de aumento da tensão de escoamento ...

As propriedades mecânicas dependem fundamentalmente da estrutura do

material (macro e microscópica) e todas as formas de “endurecer” um material

estão relacionadas a algum fenômeno metalúrgico onde se cria uma restrição à

movimentação das discordâncias.

MECANISMOS DE ENDURECIMENTO

ENCRUAMENTO

SOLUÇÃO SÓLIDA

FORMAÇÃO DE SEGUNDAS FASES

ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃO

MARTENSITA REVENIDA

REFINO DE GRÃO

TRATAMENTOS TÉRMICOS em materiais que

apresentem elementos de liga que favoreçam a

formação martensítica (temperabilidade) e que

não sofram amaciamento no revenimento

tratamentos siderúrgicos, TÉRMICOS OU TERMOMECÂNICOS em

materiais que apresentem elementos de liga específicos

METAL DE BASE

dual phase

AÇOS

QUALQUER LIGA

estrutura cristalina

inclusões

linhas de

deformação

precipitados

coerentes

vazios

discordâncias

em 1 mm 2 existem centenas de grãos

átomo

substitucional

átomo intersticial

precipitados

incoerentes

precipitados

em contornos

de grãoEstrutura policristalina de um aço, na forma ferrítica (estrutura CCC)

Todas as características da ESTRUTURA METALÚRGICA que restringem a

movimentação das discordâncias, exigem uma tensão maior para fazê-las caminhar

(deformação/regime plástico).

ENCRUAMENTO

SOLUÇÃO SÓLIDA

REFINO DE GRÃO

PRECIPITAÇÃO

MARTENSITA REVENIDA ...

% PERLITA ...


ENCRUAMENTO

quando um material é submetido a

uma tensão superior ao seu limite

de escoamento, ele sofre

deformação plástica (encruamento)

e aumenta sua resistência mecânica

mas sua estrutura é instável e

facilmente perde resistência quando

aquecida


RECRISTALIZAÇÃO


diagrama de equilíbrio de uma

liga que apresenta linha

solvus, ou seja existe uma fase

que apresenta solubilidade

limitada do soluto

PRECIPITAÇÃO


CURVAS DE

TRANSFORMAÇÃO

T

início da transformação

término da transformação

tempo

dão idéia da cinética de

transformação e da

morfologia das fases

por exemplo para uma liga

de níquel endurecível por

precipitação


CURVA DE

TRANSFORMAÇÃO

Para os aços a curva de

transformação está

associada com a

temperabilidade, que é a

capacidade de

endurecimento em

profundidade.

PROCESSO FEIXE

ELETRÔNICO (EBW)

ALTA INTENSIDADE

E BAIXA ENERGIA

INTENSIDADE DE FONTE

X

ENERGIA DE SOLDAGEMÁREA ...


GTAW

arco

poça de fusão

proteção do arco e da poça

eletrodo

corrente

tensão

troca de calor com o metal de base

velocidade

SOLDAGEM A ARCO ELÉTRICO

DEPOSIÇÃO DE MATERIAL ?Depende se o eletrodo é consumível ou não consumível (e neste caso se é colocado um consumível ou não - SOLDA AUTÓGENA)

PROTEÇÃO GASOSA ?SempreInjeção de gás (inerte, ativo ou mistura)Queima de fluxo

Ciclo Térmico

Tempo

Te

mpera

tura

DistânciaTem

pera

tura

máx

LF

Tf

Repartição Térmica

12

3

Tf

Tt 2

1

1

2

3

Tt

3

Tf - temperatura de fusão

Tt – temperatura de transformação E = f . V. I

vESPESSURA

PRÉ-AQUECIMENTO

APORTE

Transformações pelo aquecimento Transformações

no resfriamento

REPARTIÇÃO TÉRMICA PARA UMA JUNTA DE

AÇO BAIXO CARBONO EM UM ÚNICO PASSE

A VELOCIDADE DE RESFRIAMENTO

(ou o tempo entre 800 e 500°C) DEPENDE

• DO APORTE DE CALOR

• DAS DIMENSÕES DA JUNTA

• DO PRÉ-AQUECIMENTO

AS TRANSFORMAÇÕES DEPENDEM

DAS CURVAS TTT DOS AÇOS ...

CICLOS TÉRMICOS

t 8/5 – tempo de resfriamento entre 800°C e 500°CT0 – temperatura de pré-aquecimentoQ – quantidade de calor fornecidod – espessura da chapa

CHAPA GROSSA

CHAPA FINA

COSTURA LONGITUDINAL SOLDA A ARCO ELÉTRICO SAW

passe externo

passe interno

metal de base API 5L X-80

metal de base X-80

ZTA

ZTA

metal de solda

metal de solda

20 mm

diâmetro 20”

metal de solda

ZTA

metal de

base

(alto C ...,

impurezas)

REGIÕES DE UMA JUNTA SOLDADA MULTIPASSESDILUIÇÃO

% MB no MS

Quando se solda aço baixa liga (principalmente de alta resistência) a diluição pode ser um grande problema ... pois para o metal de base o mecanismo de endurecimento é diferente do metal de solda e a diluição pode modificar a composição do consumível, projetada para assegurar a propriedade.


inoxbaixa liga

MATERIAIS DISSIMILARES

JUNTA MULTIPASSES

QUANDO O MECANISMO DE ENDURECIMENTO É POR REFINO DE GRÃO, E OS ELEMENTOS DE LIGA NÃO SÃO RESISTENTES AO REAQUECIMENTO, DEVE SER TOMADO MUITO CUIDADO COM A SOLDAGEM MULTIPASSES E O TRTAMENTO TERMICO DE ALÍVIO DE TENSÕES.

METAL DE BASE 1

PREAQUECIMENTO

TRATAMENTO TÉRMICO

DE ALÍVIO DE TENSÕES

APORTE

METAL DE BASE 2

PREAQUECIMENTO

TRATAMENTO TÉRMICO

DE ALÍVIO DE TENSÕES

APORTE

METAL DE SOLDA

DILUIÇÕES

METAL DE ADIÇÃO

COMPOSIÇÃO QUÍMICA

PROCESSAMENTO

TRATAMENTOS TÉRMICOS

REAQUECIMENTOS

AS WELDED TTAT

CERTIFICAÇÃO ...Sem diluição, TTAT AWS, aporte AWS

PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM

integridade (ausência de defeitos) – AVALIAR A SUSCEPTIBILIDADE

AO TRINCAMENTO A QUENTE, A FRIO E NO REAQUECIMENTO

atendimento aos requisitos (propriedades) – AVALIAR QUAIS AS

CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS ENVOLVIDOS E COMO COMBINÁ-LAS

Fundido Utilizado em

Componente de Sustentação Fundidos são especialmente susceptíveis a

trincas a quente (liquação e solidificação)

Aço Baixa Liga

Temperado e Revenido

TRINCAS A QUENTE


Tensões residuais são geradas na soldagem devido ao aquecimento em alta

temperatura de forma muito localizada, que plastifica regiões adjacentes à

solda e as mantém com um nível de tensões internas de magnitude próxima a

do limite de escoamento do material.

TENSIONAMENTO RESIDUAL


ANALOGIA DA BARRA AQUECIDA...

https://www.slideshare.net/jeetendramalav/residual-stress-in-welding

As tensões que precisam ser aliviadas são as tensões residuais geradas pelo aquecimento localizado, com dilatações, deformações e contrações diferenciais ao longo do material.

Após a soldagem, e dependendo:• do tipo de material,• da espessura, • da geometria dos metais

de base, • do tipo de chanfro, • da quantidade de metal

de solda, o componente apresenta uma distribuição de tensões não uniforme, muitas vezes com distorções, que tornam o componente bastante instável pois as máximas tensões, na solda, podem ser iguais ou mesmo ultrapassar a tensão limite de escoamento do material.

TENSÕES RESIDUAIS DE

SOLDAGEM

JUNTAS SOLDADAS POR FUSÃO

Importante ter uma ideia física do que acontece em algumas

condições de tensionamento.

1. Quando qualquer material é tensionado abaixo da tensão

limite de escoamento ocorre um alongamento elástico e

isso significa que ele muda seu tamanho, mas se a tensão

for suprimida o material retorna ao tamanho original.

2. Quando o material ultrapassa a tensão limite de

escoamento, ele sofre deformação plástica e isso significa

que ele muda de tamanho de forma definitiva. Durante

um ensaio de tração o que se quer é conhecer as tensões

que levam o material a diferentes percentuais de

deformação e por isso o ensaio continua impondo

deformações, mas na prática quando um material sofre

uma deformação, ele PLASTIFICA, mudando seu tamanho

definitivamente, encruando (o que aumenta sua

resistência) e relaxando a tensão.

Como o material relaxa ?

O ALÍVIO SOMENTE OCORRE

QUANDO O MATERIAL PLASTIFICA

Esquema de um ensaio de tração. Neste caso o corpo de prova é tracionado pelodeslocamento de um barramento acionado pela rotação de parafusos sem-fim

Quais são os métodos de

alívio de tensões?

A forma de relaxar é através da plastificação. Existem duas formas de plastificar:

1. impondo uma tensão controlada para permitir que o material deforme na forma que se deseja, mecanicamente, em

✓ Expansão de tubos.✓ Vibrações .✓ “Martelamento” ??

2. ou reduzindo a tensão limite de escoamento do material assegurando que a tensão residual esteja superior à tensão limite de escoamento na temperatura de alívio, em

✓ Tratamento térmico.

Alívio Mecânico

Alívio Térmico

Comparison of reduction factors of 0.2% yield strength

Tanto para aços de baixo carbono como aços de alta resistência a tensão limite de escoamento cai a 30% de seu valor em temperaturas na ordem de 600°C.

Redução da tensão limite de

escoamento com a temperatura

• abaixo de 500°C não

existe grande redução

da tensão limite de

escoamento

Alívio Térmico

Relaxamento imposto ou não ?

Um material que for colocado em operação com tensões residuais vai relaxar estas tensões (internas) no momento em que for submetido a tensões externas (para as quais foi projetado), ou seja em testes (de carga ou hidrostático) ou no início de operação.

De uma forma ou de outra ele vai aliviar a tensão, o problema é que ele pode PLASTIFICAR OU ROMPER, e a gente precisa entender em que situações precisamos impor o relaxamento na fabricação, e quando não precisamos nos preocupar pois ele vai aliviar sozinho.

O ensaio de tração mostra diferenças importantes

entre os materiais. A medida que a resistência

mecânica aumenta, a tensão limite de escoamento

deixa de se mostrar nítida e a relação entre a tensão

limite de escoamento e a tensão limite de resistência

vai aumentando, indicando que materiais de baixa

resistência escoam muito antes de romper, ao

contrário dos materiais de alta resistência, que escoam

em tensões bem próximas da necessária para romper.

MATERIAIS QUE APRESENTAM LE/LR ELEVADO raramente são soldados sem um tratamento térmico posterior pois existe o risco de trincar se não forem

relaxados antes de iniciar a operação.

Obrigatório relaxar materiais cuja natureza não permite seu relaxamento em operação

Diferentes tipos de materiais e sua capacidade de relaxar

Estrutura

austenítica tem

LE/LR na ordem

de 0,3 a 0,4.

Raramente

precisam relaxar

antes de entrar

em operação.

Estrutura ferrítica

tem LE/LR na

ordem de 0,5 a

0,7.

Depende um

pouco da

tenacidade do

material, pois

nem sempre é

possível

plastificar sem

trincar.

Estrutura martensítica tem LE/LR entre 0,8 e 0,99.

Em geral precisam relaxar ates de entrar em operação. Somente

relaxamento térmico é permitido pois a estrutura precisa de alívio

microestrutural além de mecânico.

MATERIAIS

ESPESSURAS GRANDES geram estados triaxiaisde tensões que inibem a plastificação, e se o material não consegue deformar a tensão aumenta e chega na tensão limite de resistência.

Relaxar para evitar fratura frágil.

Relaxar para garantir estabilidade dimensional.

COMPONENTES QUE TRABALHAM BALANCEADOS, independente do material, precisam alívio para não mudarem seu dimensional pois a plastificação envolve mudança de tamanho ou forma e se isso ocorrer no momento de entrar em operação,será um grande problema.

Corrosão-sob-tensão

em soldas de reparo

em tubulão de

caldeira, sem alívio,

operando com

tratamento de água

inadequado

Relaxar para não corroer sob tensão.

MATERIAIS QUE SOFREM CORROSÃO SOB TENSÃO podem

precisar ser relaxados antes de iniciar a

operação.

283 HV

SOLDAGEM DE CONEXÃO EM RAMIFICAÇÃO DE 3” PARA 1 ½”

FILETE DE SOLDA

Alguns projetistas de refinarias no Brasil definem que

somente é necessário o TTAT se tiver dureza acima de 200

HB na solda ... mas ... e se não der para medir (por exemplo

em solda de filete) ? basta que o procedimento de soldagem

seja qualificado com dureza baixa? Será que este tipo de

solda de produção foi avaliada na qualificação ? E será que o

material adotado na qualificação é igual ao de produção?

Relaxar para não fragilizar.

251 HV

MATERIAIS QUE SOFREM

FRAGILIZAÇÃO PELO H2S precisam relaxar

para reduzir a dureza.

O TRATAMENTO TÉRMICO PÓS-SOLDAGEM É RECOMENDADO EM SOLDAS DE:1) COMPONENTES DE GRANDE ESPESSURA2) COMPONENTES QUE REQUEREM ESTABILIDADE DIMENSIONAL3) CONDIÇÕES ESPECIAIS EM MEIOS CORROSIVOS OU FRAGILIZANTES4) MATERIAIS DE ALTA RESISTÊNCIA

CUIDADO COM MATERIAIS QUE SOFREM ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃOUm tratamento incorreto pode levar a trincas de reaquecimento, inclusive em serviço.CUIDADO COM MATERIAIS QUE SOFREM FRAGILIZAÇÃO AO REVENIDOUm resfriamento muito lento após o ciclo pode fragilizar o material. É preciso resfriar rapidamente.CUIDADO COM MATERIAIS QUE PRECISAM TER DUREZAS MUITO CONTROLADASÉ preciso qualificar com os tempos mínimos e máximos. CUIDADO COM MATERIAIS QUE TEM ALTA RESISTÊNCIA MAS NÃO SÃO MARTENSÍTICOSEncruamento e refino de grão sofrem perda de resistência nas temperaturas usuais de alívio.

RECOMENDAÇÃO DE TRATAMENTO TÉRMICO

Qual a diferença entre localizado e global?AQUECIMENTO LOCALIZADO

Aquecimento por condução no contato entre uma fonte de calor e o material, ou indução. Controle do calor imposto ao material (que

será traduzido em uma temperatura) através de um termopar localizado no ponto onde se

deseja o máximo aquecimento.

AQUECIMENTO EM FORNO (GLOBAL)Aquecimento por convecção entre a atmosfera do forno aquecido e todo o material, com duas

formas de controle de temperatura, por um termopar acoplado à peça (que mede a

temperatura da peça) ou pelo termopar do forno (que mede a temperatura do forno).

100

composição química processamento

microestrutura propriedades mecânicas

aços ao carbonoaços baixa liga

termomecânicotérmico

baixa resistênciamédia resistênciaalta resistência

tenacidade controlada MATERIAL

solicitações

esforços corrosão

tecnologias para construção e montagem processos x produtividade

normas

tecnologias de inspeção

PROCESSOS

APLICAÇÃOPROJETO

FABRICAÇÃO E INSPEÇÃO

qualificação

102

AMBIENTES

(AGRESSIVOS)

PRESSÕES

ESFORÇOS

TEMPERATURAS

DIMENSÕES

(estado de tensões)

RISCO

(inspeção)

AÇO CARBONO

FUNÇÃO

(normas)

FORMA

(fabricação)

TEMPERATURA

AMBIENTE TROPICAL

OFFSHORE

COM

PROTEÇÃO

POR PINTURA

ESTÁTICOS,

CÍCLICOS

103

AMBIENTES

(AGRESSIVOS)

PRESSÕES

ESFORÇOS

TEMPERATURAS

seleção de materiais para

atendimento às solicitações impostas

TEMPERATURA

AMBIENTE TROPICALOFFSHORE COM

PROTEÇÃO POR

PINTURA

ESTÁTICOS,

CÍCLICOS

AÇO CARBONO


ENSAIO DE TRAÇÃO

• tensão limite de escoamento (LE)

ou Yield Strenght (YS), que é a tensão

acima da qual o material começa a

sofrer deformação permanente

(plástica)

• tensão limite de resistência (LR)

ou Ultimate Strenght (US) ou Tensile

Strenght, que é a máxima tensão;

• alongamento %

• redução de área %

RESISTÊNCIA MECÂNICA


EFEITO DE UM CONCENTRADOR DE TENSÕES

Material tenaz

Material frágil

Trinca arredonda

(deforma) e se abre

com alta carga

Trinca propaga

sem abrir, com baixa

carga

TENSÕES CÍCLICAS ... ?

TENSÕES ESTÁTICAS

106

ESTRUTURAS DE AÇO CARBONO PARA MÓDULOS TOP SIDE

Tensão limite de escoamento

Charpy V a

+ 20°C- 20°C- 40°C

ESTRUTURAS ESPECIAIS


Charpy V a

+ 20°C- 20°C- 40°C

ESTRUTURAS PRIMÁRIAS


Charpy V a + 20°C

ESTRUTURAS SECUNDÁRIAS

ASTM A 131

Tensilerequirements

YieldStrength

(YS)

Charpy V tested at

20°C (A)

Charpy V tested at

0°C (B)

Charpy V tested at

- 20°C (D)

Charpy V tested at

- 40°C (E)

Charpy V tested at

- 60°C (F)

Ordinary 235MPa A (sem requisito até 2”)

B D E -

High Strength

H32 315MPa AH 32 - DH 32 EH 32 FH 32

H36 355MPa AH 36 - DH 36 EH 36 FH 36

H40 390MPa AH 40 - DH 40 EH 40 FH 40

Aço C

Aço baixa liga

Aço baixa liga

Aço C


O comportamento em serviço de construções soldadas (em

estruturas e equipamentos) depende de dois fatores básicos :

• integridade (ausência de defeitos)

(quais ? Defeitos x descontinuidade ? END)

• atendimento aos requisitos

(quais ? Como não perder ?)PROJETO

especificação

inspeção

FABRICAÇÃO

OPERAÇÃO

Documents

WORKSHOP METALURGIA DA SOLDAGEM COMPONENTE, …