Aplicação da aspersão térmica na soldagem em operação de tubulações com pequena espessura remanescente

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.A soldagem em operação é uma técnica freqüentemente empregada no reparo ou modificação de tubulações, com significativas vantagens econômicas, visto que evita as perdas oriundas da interrupção do serviço e garante a continuidade no fornecimento do fluido. Na aplicação da técnica, dois riscos precisam ser considerados. O primeiro é a ocorrência de trincas à frio, cuja possibilidade aumenta pelas maiores taxas de resfriamento impostas pelo escoamento do fluido e, em especial, o risco de perfuração da parede pelo arco voltaico, eventualmente com sérios danos ao operador e ao meio ambiente. A tecnologia existente e a experiência estão relacionados principalmente com o reparo de tubos de parede espessa (de 6 mm ou mais), e de aços de baixa resistência. Este trabalho reúne resultados promissores sobre o desenvolvimento de uma via alternativa de reparo em dutos e tubulações com pequena espessura remanescente, envolvendo uma recuperação prévia da parede do tubo por processos de aspersão térmica. O incremento de espessura diminui o risco de perfuração durante a subseqüente deposição de solda por eletrodo revestido, e ao mesmo tempo permite o uso de uma energia de soldagem maior, contribuindo para a não incidência de trincas à frio. São comparados os processos de aspersão térmica a arco elétrico e chama convencional, e a influência que as características do revestimento aspergido, principalmente a oxidação pelo gás de arraste (ar comprimido ou argônio) exercem sobre a penetração do arco voltaico. Os experimentos inicialmente foram realizados sobre chapas de aço SAE 1020, revestidas com material similar em espessuras entre 0,2 e 2,0 mm, com posterior deposição de solda através de eletrodos de baixo hidrogênio AWS E7018. Os resultados foram comprovados na aplicação da técnica em tubos de aço ferrítico API 5LX70, em condições variadas de pressão e fluido. A avaliação dos resultados permitiu estabelecer critérios de soldagem com menor risco de perfuração se comparados a chapas/tubos não previamente revestidos. In-service welding is a technique frequently employed in the repair or modification of pipelines, with significant economic advantages since it avoids the costs of disrupting operation and secures continuity of supply to the customer. While applying this welding technique two risks must be considered: firstly the increased risk of cold cracking due to faster cooling rates of the pipe wall, associated with the heat removal by the flowing fluid and in special the risk of burnthrough, when the welding arc causes the penetration of the pipe wall, allowing its contents to escape, eventually with serious damage both to welder and environment. The actual technology and experience are more related with the repair of pipes fabricated in low strength steels with wall thickness higher than 6 mm. This work brings promising results about an alternative way of in-service repair of pipes with low remanescent thickness, which envolves a previous buttering coating of the pipe wall by thermal spraying. It was verified that this previous thickness recovering reduces the risk of burnthrough during the subsequent weld material deposition by SMAW, while at the same time turns it possible to apply a higher heat input, what contributes to avoid the incidence of cold cracking. The characteristics of buttering layers deposited by two thermal spraying processes (arc and conventional flame) were compared, in special the influence of their degree of oxidation in dependence of the carrying gas (pressurized air or argonium) on the arc stability and penetration of weld beads. Initially exhaustive controlled test welds with AWS E7018 electrodes were conducted on SAE 1020 steel plates, previously buttered with similar material in thickness from 0,2 to 2,0 mm. The proposed in-service welding procedures were applied on a ferritic steel pipe API 5LX-70, in various conditions of pressure and fluid. The obtained results allowed to establish criteria for welding conditions with less risk of burnthrough compared to non-buttered plates/pipes

Amanteigamento por aspersão térmica na soldagem em operação de dutos de pequena espessura: estabilidade e penetração do arco voltaico Buttering by thermal spraying in welding in-service repair of pipes with small thickness: arc stability and penetration

Este trabalho reúne resultados promissores sobre uma via alternativa de reparo em dutos e tubulações em operação com pequena espessura remanescente, envolvendo a recuperação prévia da parede do tubo por amanteigamento por processos de aspersão térmica. Avaliou-se a instabilidade apresentada pelo arco voltaico e alteração do perfil da zona fundida quando da deposição de solda por eletrodos revestidos sobre chapas de aço carbono previamente amanteigadas, com camadas de composição similar, pelos processos de aspersão térmica a chama e a arco-elétrico. Os resultados permitiram correlacionar a estabilidade do arco com o nível de oxidação das camadas aspergidas.( Medidas de temperatura do revestimento aspergido mostraram que, desde que o processo de aspersão ocorra de forma ininterrupta até a espessura final do revestimento, a temperatura superficial é crescente com a espessura do depósito, o que resulta num maior teor de óxidos, associado tanto à uma instabilidade do cordão como à uma maior penetração da poça fundida). Difratogramas de raios-X nas camadas aspergidas e análises do teor de oxigênio na zona fundida dos cordões de solda comprovaram a influência desse elemento na alteração do perfil da zona fundida. Como alternativa ao uso de ar comprimido, foi avaliada sua substituição pelo argônio como gás de arraste, verificando-se efeitos muito benéficos - redução significativa da penetração e boa estabilidade do arco voltaico - admite-se que advindos da redução da oxidação da camada aspergida pelo efeito protetor do gás inerte. A avaliação dos resultados permitiu estabelecer critérios de soldagem com menor risco de perfuração se comparados a uma condição sem revestimento prévio por aspersão térmica.<br>This work brings promising results about an alternative way of welding in-service repair of pipes with low reminiscent thickness, which involves a previous buttering coating of the pipe wall by thermal spraying. The characteristics of buttering layers deposited by two thermal spraying processes (arc and conventional flame) were compared, in special the influence of their degree of oxidation in dependence of the carrying gas (pressurized air or argonium) on the arc stability and penetration of weld beads SMAW over plain carbon steels previously buttered with similar composition layers. The results allowed to correlate the stability of the arc to the level of oxidation of the sprayed layers. (Temperature measurements on the surface of the sprayed layers showed that, since the process of thermal spray occur in an non-stopped way until the final thickness of the coating, the superficial temperature is increased with the thickness of the deposit, what results in a higher content of oxides, which is associated to an arc instability and a greater penetration of the molten pool.) X-ray diffractrogams and oxygen analysis proved the influence of this element in the changing profile of the fusion zone. As an alternative to the use of compressed air, its substitution by the inert gas argon as carrying gas was evaluated, verifying very benefic effects - significant reduction of penetration e good arc stability - believed coming from the reduction of oxidation in the sprayed layer by the protective effect of the inert gas. The evaluation of the results permitted to establish criteria of welding with lower risks of burn-through compared to a condition without buttering layers