Soldagem

Soldagem de aços inoxidáveis de nova geração (avaliação dos diferentes parâmetros de soldagem) e caracterização microestrutural e correlação com as propriedades mecânicas e de corrosão

As aplicações da indústria de petróleo para aços inoxidáveis apresentam condições severas de serviço, como meio agressivo (contendo cloretos e sulfetos), pressão e altas temperaturas, em especial as aplicações offshore.

A exploração de poços de petróleo em condições cada vez mais severas exige o uso de aços inoxidáveis de nova geração, como os aços duplex, superduplex e supermartensíticos 13Cr, para citar alguns exemplos. Esses aços são usados devido à sua boa combinação de propriedades mecânicas e, em especial, resistência à corrosão. No entanto, a soldagem desses aços ainda constitui um desafio, uma vez que esse procedimento pode ocasionar a formação de fases deletérias, fazendo com que essas regiões se tornem pontos preferenciais ao ataque corrosivo e à falha mecânica. Além disso, por serem de desenvolvimento recente, os melhores consumíveis a serem usados ainda não estão bem estabelecidos.

Dessa forma, há uma grande demanda de pesquisa aplicada na soldagem desses aços. Serão realizadas pesquisas na soldagem desses aços envolvendo a variação dos principais parâmetros (aporte térmico, temperatura de interpasse, composição química do gás de proteção, uso de gás de purga) e da composição química do consumível, com o objetivo de otimizar os parâmetros a serem utilizados nessa operação de forma a obter as melhores propriedades das estruturas soldadas. A avaliação das juntas soldadas será feita pela completa caracterização microestrutural, determinação das propriedades mecânicas e ensaios de corrosão.

A caracterização microestrutural será realizada por microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura (em equipamento dotado de detector de EDS e EBSD para a identificação das fases presentes). A caracterização microestrutural envolverá, como importante etapa, a quantificação das fases deletérias através de métodos de processamento e análise de imagens.

O Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da COPPE também dispõe de um microscópio eletrônico de transmissão para análises mais sofisticadas. A caracterização das propriedades mecânicas será feita pela realização de ensaios de impacto Charpy e ensaios de macro e microdureza. Os ensaios de corrosão a serem realizados englobarão o ensaio da norma ASTM G48 (largamente utilizado, para fins de comparação), ensaios eletroquímicos de EPR, polarização anódica e impedância eletroquímica.

Dependendo do tipo de aço avaliado, será feito um estudo visando também a otimização de tratamentos térmicos pós-solda (temperatura e tempo). Serão propostas também pesquisas avaliando a influência de tratamentos superficiais pós-solda no desempenho em corrosão das juntas soldadas desses aços inoxidáveis de nova geração.

A estrutura do LNDC também permitirá realizar operações de soldagem de união usando os processos de TIG orbital, TIG convencional, Eletrodo revestido, Arco submerso, Arame tubular e MIG/MAG. Dentre as atividades dessa linha de pesquisa pode-se citar também a realização de análises de tensões residuais em juntas soldadas desses aços resultantes de diferentes procedimentos de soldagem.

Avaliação da soldagem de revestimento de aços estruturais com ligas resistentes à corrosão

As condições extremas obtidas no processamento de petróleo e gás (como por exemplo, em vasos separadores) demandam o uso de materiais com boa resistência à corrosão e a esforços mecânicos. Uma solução atualmente adotada é o uso de aços estruturais revestidos com ligas nobres resistentes à corrosão (na região de contato com o meio agressivo), uma vez que estruturas completas feitas com essas ligas nobres ocasionariam altos custos e menor resistência mecânica. O LNDC propõe pesquisas que avaliem a soldagem de revestimento de aços estruturais com ligas nobres resistentes à corrosão (cladding ou cladeamento), como a Inconel 625. Para isso, serão avaliados diferentes métodos de soldagem, a saber: arco submerso, arame tubular, eletroescória e TIG (para regiões de menor extensão). Para a caracterização das soldas serão feitas análises microestruturas pelo uso de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura. Além disso serão realizados ensaios mecânicos de impacto Charpy e serão obtidos perfis de dureza e microdureza.  Como importante etapa, ensaios de corrosão também serão realizados, destacando-se: dobramento, corrosão por fresta, corrosão sob tensão na presença de sulfetos e corrosão por pite. 

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