[en] CHARACTERIZATION OF CARBON-STEEL JOINTS WELDED BY TWO-LAYER DEPOSITION TECHNIQUE AND EXPOSED TO H2S

• Main Author: PAULO ROBERTO MANSO VIEIRA
• Other Authors: IVAN GUILLERMO SOLORZANO NARANJO
• Language: pt
• Published: MAXWELL 2004
• Subjects: [pt] TENSOES RESIDUAIS; [en] RESIDUAL STRESSES; [pt] SOLDAGEM; [en] WELDING; [pt] FRAGILIZACAO PELO HIDROGENIO; [en] HYDROGEN EMBRITTLEMENT; [pt] RECOZIMENTO; [en] ANNEALING
• Online Access: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=5076@1; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=5076@2; http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.5076

[pt] Na indústria do petróleo, as tubulações de aço que conduzem hidrocarbonetos estão constantemente submetidas à ação do gás sulfídrico (H2S).Na condição de veículo do átomo de hidrogênio, este gás pode ensejar sua difusão no aço, provocando a fragilização do mesmo. O tratamento térmico pós-soldagem,previsto nos procedimentos de soldagem convencionais qualificados pela Petrobras, atua no sentido de atenuar os efeitos danosos do hidrogênio, na medida em que reduz o nível de tensões presentes na junta soldada, quando em contato com o H2S. O presente trabalho conduz um estudo a respeito do comportamento de juntas de topo de tubulações em aço-carbono microligado, soldadas conforme o procedimento conhecido como Dupla-Camada, comparando-o ao de juntas obtidas pelo procedimento de soldagem dito Convencional. O procedimento Dupla-Camada não contempla tratamento térmico pós-soldagem de revenimento, pois as tensões internas remanescentes na zona de solda são aliviadas pelo passe de soldagem subseqüente, agregando, portanto, redução do custo de manutenção e acréscimo da disponibilidade de tubos condutores de derivados do petróleo. Outrossim, este procedimento eleva a vida-útil da junta, pela melhoria da sua tenacidade, em função da redução do tamanho de grão obtida nas zonas termicamente afetadas (ZTA s). A medição das tensões residuais provenientes da soldagem (oriundas de contração, transformação de fases, gradiente de resfriamento e difusão do átomo de hidrogênio inerente ao processo) e da exposição do material ao H2S (provocadas por difusão do H), através do método de difração de raios-X, avaliou a efetividade do alívio de tensões alcançado em juntas idênticas soldadas pelos dois procedimentos citados. Foi, também, investigada a ocorrência de microtrincas inter e/ou transgranulares, bem como foram observadas as microestruturas resultantes, através de metalografias óptica e eletrônica de varredura, medidas as microdurezas das juntas, assim como os tamanhos de grão na zona de ligação das ZTA s, e comparados os resultados obtidos segundo os dois procedimentos de soldagem. A seguir, as amostras foram submetidas a análise em microscópio eletrônico de transmissão, visando a observação das discordâncias existentes, mecanismos que contribuem para o alcance do nível de tensões residuais reinante, que não puderam ser avaliados pelo método de medição empregado. Os resultados obtidos indicaram, em média, um estado de tensões mais relaxado, com evidência de microestrutura de granulação ligeiramente mais fina, após a soldagem pelo procedimento Convencional. Não foram encontradas microtrincas, nem constatada uma substancial existência de discordâncias, e constatou-se uma microdureza maior nas regiões de granulação refinada nas ZTA s. Torna-se necessária a realização de mais medições de tensões residuais, que forneçam suporte estatístico à tomada de decisão na escolha do procedimento de soldagem mais adequado. Do ponto-de-vista operacional, os resultados obtidos indicam a demanda por um controle mais apurado na velocidade de avanço da deposição do eletrodo (metal de adição) por parte do soldador executante do procedimento de soldagem Dupla-Camada, suficiente à garantia da elevação do aporte térmico exigida ao recozimento da microestrutura de granulação grosseira das ZTA s, visando a garantia do alcance das propriedades requeridas à junta soldada. === [en] In petroleum industry, steel pipes that conduct products are frequently submitted to the H2S action, that produces steel atomic hydrogen diffusion and embrittlement. The post- welding heat treatment, predicted in welding procedures qualified by Petrobras, reduce the dangerous hydrogen effect when joint is in contact with H2S, by reducing existing residual internal stresses level. This thesis studies a top joint performance when welded by two different techniques:Conventional, with tempering after welding, and Two-Layer Deposition, without post-welding heat treatment to internal stresses relief. In the last case, the residual stresses produced during welding deposition are reduced by action of second layer, what reduces maintenance costs and increase the equipments availability. This welding procedure increase the welded joint life too, by reducing grain size and increasing toughness of thermal affected zone. By X-ray diffraction methode, were measured internal stresses deriving from welding process and H2S exposition, to detect the efficacy of stress relief made on identical joints welded by the two refered procedures. They were also investigated existing microcracks, observed resultant microstructures by optical and scanning electron microscopy, measured microhardnesses and compared grain sizes in joints regions welded by both procedures. Then, samples were analysed by transmission electron microscopy to evaluate itself existing dislocations level, responsible by internal tension level existing at regions from welded zone that were inable to be measured by X-ray methode. Results obtained showed a major stress relief state and a relatively lowest grain size in joints welded by Conventional welding process. There was detected neither microcracks nor an important dislocations level and the microhardnesses showed higher values on the biggest grains at the thermal affected zones. It´s necessary to make more residual stresses measures to give a statistical support to decision about what is the most adequate welding procedure. From the operational point-of- view, these results suggest the necessity of a better parameters control process by the welder, in the case of alternative welding procedure proposed, the Two-Layer Deposition Technique.