Development and Evaluation of the Internal Cladding Process of API 5L X70 Risers with Nickel-based superalloy 625 via PTA Welding

The Oil and gas exploration is one of the most strategic industrial sectors in the Brazilian economy. The discovery of deep water reserves adds more difficulty to the already problematic use of materials in equipment in extremely corrosive environments. With the objective of increasing the service life of the equipment, and consequently reducing the cost of maintenance and preventing against environmental catastrophes, it is common to use CRA claddings via welding processes, in which the nickel superalloy coatings stand out via the PTA welding process. In this context, the operation of internal cladding of risers becomes extremely complex due to the operational and metallurgical requirements imposed by the application. The present work aims at the development and empirical evaluation of the internal cladding procedure of risers with Nickelbased superalloy 625 via PTA welding process. From tests of cladding on plate, satisfactory preliminary parameters were reached for the performance of internal cladding tests on risers. From the adaptation of the welding parameters, comparative analyzes of three different procedures were carried out, with different weaving amplitude. Visual analysis and inspections were carried out via penetrating liquid and radiography, confirming the welding quality of all procedures performed. Still, proving the metallurgical quality of the developed procedures, analysis of chemical composition was carried out via EDX, presenting satisfactory results. Finally, a financial comparison of the process was elaborated, showing comparatively the consumption of powder and gas, and the time needed for internal cladding.Keywords: Coating; CRA; Nickel Alloy; Pipeline; Plasma Transferred Arc.

Análise da influência da frequência de alimentação dinâmica de arame na soldagem com processo plasma de aço inoxidável 309L aplicada à manufatura aditiva

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2022.A manufatura aditiva vem performando como uma tecnologia emergente na fabricação de componentes funcionais para sistemas mecânicos na indústria em geral. A manufatura aditiva com energia direcionada, em específico por processos de soldagem, tem ganhado espaço especialmente pela capacidade de produção de peças just in time e alta personalização tanto geométrica quanto física. Além disso, a grande diversidade de materiais e processos disponíveis para utilização abrem espaço para infinitas possibilidades de aplicação. Neste contexto, diferentes técnicas de alimentação de arame vêm sendo desenvolvidas e estudadas para fornecer benefícios no processo e no resultado das peças construídas via WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing). Por esta razão, a caracterização das amostras produzidas pelo método WAAM é necessária para otimizar os parâmetros do processo. O foco deste trabalho é avaliar a influência da frequência de alimentação dinâmica de arame no processo de soldagem Plasma, no que diz respeito às características geométricas, termofísicas e metalúrgicas de cordões de solda depositados sobre chapa e de paredes construídas por manufatura aditiva, utilizando como material de adição arame de aço inoxidável 309L. Foram comparadas diferentes frequências de alimentação e as análises foram realizadas com auxílio de câmera de alta velocidade, câmera termográfica e um sistema de aquisição dos sinais elétricos. Como principais resultados verificou-se que a soldagem com alimentação dinâmica em altas frequências, 12 Hz e 15 Hz, originou cordões mais altos e com penetração mais homogênea quando comparado à alimentação contínua de arame. A alimentação dinâmica apresentou potência média e temperatura levemente superiores às obtidas na soldagem com alimentação contínua de arame. A microestrutura das paredes soldadas foi avaliada e a parede com alimentação em frequência de 15 Hz apresentou fase ferrítica mais dispersa na matriz austenítica e aumento de 7,5% na microdureza em relação à alimentação contínua. Os oscilogramas de tensão e de velocidade de arame podem ser usados como um indicativo de estabilidade do processo e da transferência metálica. De maneira geral, o processo plasma com alimentação dinâmica mostrou-se adequado para aplicação na manufatura aditiva, resultando em paredes íntegras e com ausência de defeitos.Abstract: Additive manufacturing has been performing as an emerging technology in the manufacture of functional components for mechanical systems in the industry in general. Additive manufacturing with directed energy, specifically by welding processes, has gained space, especially due to the ability to produce just-in-time parts and high customization, both geometric and physical. In addition, the great diversity of materials and processes available for use makes room for infinite application possibilities. In this context, different wire feeding techniques have been developed and studied to provide benefits in the process and in the result of parts built via WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing). For this reason, the characterization of samples produced by the WAAM method is crucial to optimize the process parameters. The focus of this work is to evaluate the influence of dynamic wire feeding frequency in the Plasma welding process, regarding the geometric, thermophysical and metallurgical characteristics of weld beads deposited on plate and walls built by additive manufacturing, using as material addition of 309L stainless steel wire. Different wire feeding frequencies were compared and the analyzes were performed with the aid of a high-speed camera, thermographic camera, and an electrical signal acquisition system. As main results, it was found that welding with dynamic wire feeding at high frequencies, 12 Hz and 15 Hz, create higher beads and more homogeneous penetration profile when compared to continuous wire feeding. The dynamic feeding presented average power and temperature slightly higher than those obtained in welding with continuous wire feeding. The microstructure of the welded walls was analyzed, and the wall fed at a frequency of 15 Hz showed a more dispersed ferritic phase in the austenitic matrix and a 7.5% increase in microhardness in relation to continuous feeding. Voltage and wire feeding speed oscillograms can be used as an indication of process stability and metal transfer. In general, the Plasma welding processes using dynamic wire feeding proved to be suitable for application in additive manufacturing, resulting in uniform walls with no defects