Avaliação de propriedades mecânicas e de resistência a...
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Painel PEMM 2011 – 10 e 11 de novembro de 2011 – PEMM/COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil Avaliação de propriedades mecânicas e de resistência a corrosão de juntas soldadas a utilizando o processo de soldagem de topo por resistência Ingrid Poloponsky*, Kioshy Santos de Assis, Leandro Silva Mazzei, Marcelo Miranda, Oscar Rosa Mattos *[email protected], Aluna de mestrado Laboratório de Ensaios Não Destrutivos, Corrosão e Soldagem, PEMM-COPPE-UFRJ CP 68505, 21941-972, Rio de Janeiro, RJ Resumo Este estudo está baseado na melhoria dos procedimentos de soldagem para produzir juntas soldadas que possam suportar as condições de serviço exigidas pelo pré-sal brasileiro. O projeto realizará a soldagem de topo por resistência em três grupos de amostras, variando os parâmetros de cada um, com o intuito de determinar os parâmetros ótimos de soldagem para o aço de alta resistência utilizado na fabricação do arame da armadura de tração de um duto flexível. Será realizada um trabalho de avaliação metalúrgico/morfológico e de corrosão de variáveis envolvidas no processo de solda utilizado pela Wellstream em arames de armadura de tração. No primeiro momento serão caracterizadas as propriedades a partir dos parâmetros já utilizados na fábrica. Palavras-chave: Armadura de tração, Pré-sal, Soldagem de topo por resistência, Parâmetros de soldagem Resistência à corrosão. Introdução Durante a exportação de óleo e gás em dutos flexíveis, os gases presentes na composição do fluido conduzido (CO2 e H2S principalmente) permeiam através da barreira polimérica até o espaço anular no duto. Caso o material adotado para as camadas das armaduras não seja propriamente especificado, as mesmas podem estar sujeitas a um processo de fragilização devido à presença de hidrogênio livre no espaço anular, formado a partir dos gases permeados. As análises de permeação para os fluidos esperados para o pré-sal indicam que a pressão parcial de H2S se encontra próxima ao limite de falha atualmente conhecido para os arames das armaduras de tração de alta resistência exigindo uma avaliação deste comportamento quando exposto a diferentes pressões parciais e níveis de pH. Diferentes parâmetros de soldagem serão avaliados a partir do limite de falha estabelecido para o material de base, com o intuito de determinar os parâmetros ótimos para o aço de alta resistência utilizado na fabricação do arame da armadura de tração. Materiais e métodos Três diferentes grupos de amostras soldadas (A, B e C) serão avaliados, o primeiro deles soldado de acordo com os parâmetros da especificação de procedimento utilizada pela Wellstream. As amostras utilizadas são confeccionadas em aço carbono e soldadas pelo processo automático de solda de topo por resistência. Em seguida, serão realizados procedimentos de metalografia quantitativa (ASTM E1245), medidas de microdureza Vickers, testes mecânicos de Charpy V (ASTM E23) e dobramento (ASTM E190), teste de corrosão NACE TM 0284 e testes de corrosão sob tensão em meio contendo H2S (ASTM G39 e NACE 0177). Ao final da pesquisa, será possível determinar o envelope de utilização para os arames das armaduras de tração de alta resistência considerando tanto o material de base quanto o material soldado, permitindo uma seleção apropriada de materiais para os dutos flexíveis utilizados no desenvolvimento do pré-sal sem o comprometimento das propriedades mecânicas e de resistência à corrosão sob tensão.
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Painel PEMM 2011 – 10 e 11 de novembro de 2011 – PEMM/COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil
Avaliação de propriedades mecânicas e de resistência a corrosão de juntas soldadas a utilizando o processo de soldagem de topo por resistência
Ingrid Poloponsky*, Kioshy Santos de Assis, Leandro Silva Mazzei, Marcelo Miranda, Oscar Rosa Mattos
*[email protected], Aluna de mestrado
Laboratório de Ensaios Não Destrutivos, Corrosão e Soldagem, PEMM-COPPE-UFRJ
CP 68505, 21941-972, Rio de Janeiro, RJ
Resumo Este estudo está baseado na melhoria dos procedimentos de soldagem para produzir juntas soldadas que possam suportar as condições de serviço exigidas pelo pré-sal brasileiro. O projeto realizará a soldagem de topo por resistência em três grupos de amostras, variando os parâmetros de cada um, com o intuito de determinar os parâmetros ótimos de soldagem para o aço de alta resistência utilizado na fabricação do arame da armadura de tração de um duto flexível. Será realizada um trabalho de avaliação metalúrgico/morfológico e de corrosão de variáveis envolvidas no processo de solda utilizado pela Wellstream em arames de armadura de tração. No primeiro momento serão caracterizadas as propriedades a partir dos parâmetros já utilizados na fábrica. Palavras-chave: Armadura de tração, Pré-sal, Soldagem de topo por resistência, Parâmetros de soldagem Resistência à corrosão. Introdução Durante a exportação de óleo e gás em dutos flexíveis, os gases presentes na composição do fluido conduzido (CO2 e H2S principalmente) permeiam através da barreira polimérica até o espaço anular no duto. Caso o material adotado para as camadas das armaduras não seja propriamente especificado, as mesmas podem estar sujeitas a um processo de fragilização devido à presença de hidrogênio livre no espaço anular, formado a partir dos gases permeados. As análises de permeação para os fluidos esperados para o pré-sal indicam que a pressão parcial de H2S se encontra próxima ao limite de falha atualmente conhecido para os arames das armaduras de tração de alta resistência exigindo uma avaliação deste comportamento quando exposto a diferentes pressões parciais e níveis de pH. Diferentes parâmetros de soldagem serão avaliados a partir do limite de falha estabelecido para o material de base, com o intuito de determinar os parâmetros ótimos para o aço de alta resistência utilizado na fabricação do arame da armadura de tração.
Materiais e métodos Três diferentes grupos de amostras soldadas (A, B e C) serão avaliados, o primeiro deles soldado de acordo com os parâmetros da especificação de procedimento utilizada pela Wellstream. As amostras utilizadas são confeccionadas em aço carbono e soldadas pelo processo automático de solda de topo por resistência. Em seguida, serão realizados procedimentos de metalografia quantitativa (ASTM E1245), medidas de microdureza Vickers, testes mecânicos de Charpy V (ASTM E23) e dobramento (ASTM E190), teste de corrosão NACE TM 0284 e testes de corrosão sob tensão em meio contendo H2S (ASTM G39 e NACE 0177). Ao final da pesquisa, será possível determinar o envelope de utilização para os arames das armaduras de tração de alta resistência considerando tanto o material de base quanto o material soldado, permitindo uma seleção apropriada de materiais para os dutos flexíveis utilizados no desenvolvimento do pré-sal sem o comprometimento das propriedades mecânicas e de resistência à corrosão sob tensão.
Painel PEMM 2011 – 10 e 11 de novembro de 2011 – PEMM/COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil
Resultados e discussão A Tabela 1 apresenta os diferentes tipos de ataque comumente utilizados na caracterização microestrutural e suas especificações. Os ataques foram realizados após procedimento metalográfico de lixamento (com granulometria entre #300 e #2400 µm) e polimento mecânico (com pastas de diamante, granulometrias variando entre 6 e ¼ µm). Um exemplo das imagens obtidas podem ser vistas na Figura 1. Tabela 1: Tipos e finalidade dos ataques químicos para
caracterização microestrutural Ataque Finalidade
Nital 2% Observação geral das principais
fases e/ou microconstituintes presentes
Picral 4% Observação seletiva de
constituintes Martensita-Austenita (M-A)
Metabissulfito de potássio 10%
Observação de constituintes M-A e ferrita (α) pro-eutetóide, acicular, com segunda fase alinhada e de
contorno de grão
(a)
(b)
(c)
Figura 1: Imagens utilizadas para identificação e quantificação das fases e/ou microconstituintes. (a)
estereoscopia, (b) microscopia óptica e (c) microscopia eletrônica de varredura.
Após identificação do microconstituinte Martensita-Austenita (M-A), segregado no centro do cordão de solda, realizamos a quantificação do mesmo, com uso de softwares para automatização do processo. O valor percentual em peso de microconstituinte M-A obtido foi 5,3 ± 0,78 dos demais microconstituintes e fases foi de 94,70 ± 0,68. A quantificação de ferrita acicular, ferrita com segunda fase alinhada e não alinhada, ferrita poligonal, etc. não foi possível devido à baixa resolução destas diante dos ataques realizados. Os resultados dos testes de impacto Charpy V a 23 °C (entalhe V2x10x5) encontram-se na Tabela 2.
Tabela 2: Resultados dos testes de impacto Charpy V
CP Energia absorvida [J] Expansão Lateral Individual Média A04 A05 A06
10 9
10 10
0,230 0,185 0,130
A análise fractográfica realizada após os testes de impacto Charpy V mostram que o micromecanismo predominante de fratura foi frágil por clivagem, como pode ser visto na Figura 2.
Figura 2: Superfície de fratura após testes de impacto
Charpy V. Conclusões Os resultados iniciais mostraram que a presença de microconstituintes M-A de forma segregada no centro da solda (Figura 1a) influenciaram de forma negativa nas propriedades mecânicas do primeiro grupo de amostras de arames da armadura, soldadas com os parâmetros do procedimento padrão de soldagem. Do ponto de vista de resistência a corrosão, está em andamento no LNDC teste de corrosão seguindo a norma NACE TM 0284 e corrosão sob tensão seguindo as normas ASTM G39 e NACE 0177. Os resultados aqui apresentados foram obtidos apenas para o grupo A, a realização dos mesmos ensaios nos grupos B e C possibilitará a comparação de resultados bem como a avaliação da influência da variação dos parâmetros de soldagem na microestrutura resultante e na resistência a corrosão do material soldado. Agradecimentos À WELLSTREAM do Brasil e ao LNDC.
