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Title in Portuguese: Estudo da soldagem MIG/MAG aplicada a reparo dos aços Cr-Mo e Cr-Mo-V utilizando a técnica de deposição controlada com dupla camada
Author: Pinheiro, Pedro Helton Magalhães
Advisor(s): Miranda, Hélio Cordeiro de
Keywords: Ciência dos materiais
Soldagem
Aço - Metalurgia
Aço - Tratamento térmico
Repair welding
Controlled deposition technique
Double layer
Issue Date: 1-Dec-2017
Citation: PINHEIRO, P. H. M. Estudo da soldagem MIG/MAG aplicada a reparo dos aços Cr-Mo e Cr-Mo-V utilizando a técnica de deposição controlada com dupla camada. 2017. 302 f. Tese (Doutorado em Engenharia e Ciência de Materiais)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
Abstract in Portuguese: Os aços CrMo e CrMoV são amplamente utilizados em equipamentos destinados ao refino do petróleo e tratamento dos seus derivados. O ciclo de operação ocorre em condições severas de operação, como temperatura e pressão elevadas, além da presença de hidrogênio. Os tambores de coque e os reatores de hidrotratamento são exemplos destes equipamentos. Os tambores de coque são normalmente fabricados com o aço ASTM A387 Gr.11 (aço CrMo) e os reatores de hidrotratamento são exemplos de equipamentos fabricados com aço ASTM A387 Gr22 (aço CrMo) e com o aço ASTM A542 Tipo D (aço CrMoV). Problemas degenerativos exigem, em determinados momentos da vida útil de um equipamento, intervenções para realização de reparos por soldagem para recompor sua condição de funcionamento, garantir a segurança operacional e manter a qualidade do produto desejado. Contudo, tais paradas representam um alto custo de execução, visto que os procedimentos utilizados atualmente envolvem o tratamento térmico pós-soldagem (TTPS), de acordo com exigências nacionais e internacionais. A aplicação de técnicas especiais de soldagem que proporcionam a adequada seleção de parâmetros para a soldagem de duas camadas sem a necessidade de tratamento térmico pós-soldagem é de grande importância no contexto científico e tecnológico, com grande aplicação industrial. No entanto, a aplicação de técnicas especiais alternativas com o intuito de se evitar o TTPS para aplicações de reparos não é simples e, de uma forma geral, sem critérios baseados em amplo estudo exploratório para as condições industriais. Desta forma, o objetivo geral é estudar o efeito da soldagem MIG/MAG de aços CrMo e CrMoV com a aplicação da técnica de deposição controlada com dupla camada (TDC-DC) para reparo similar (Parede) e dissimilar (Revestimento), considerando as principais transformações metalúrgicas e alterações de propriedade. Para viabilizar este objetivo, foi utilizada a Técnica de Deposição Controlada com Dupla Camada (TDC-DC) de forma a obter as melhores combinações de parâmetros e técnicas de soldagem visando a redução de dureza e refinamento dos grãos da ZAC da dupla camada. A escolha das combinações foi por meio do Diagrama de Decisão construído a partir dos critérios de microdureza e de microestrutura. As amostras soldadas com dupla camada aprovadas apresentaram satisfatórios níveis de dureza e de refinamento de grãos. As ZAC’s das amostras reprovadas pelos diagramas de decisão apresentaram valores de dureza elevados e crescimento de grão exagerado. O eletrodo protótipo (CrMoV) apresentou boas características operacionais na soldagem, entretanto, as propriedades da zona fundida não atenderam aos requisitos de tenacidade. As soldagens simulando reparo apresentaram excelentes resultados nas ZAC’s dos aços ASTM A387 Gr11 e Gr22, tornando bastante promissora a aplicação destes procedimentos em reparo de equipamentos. Para o reparo do aço ASTM A542 Tipo D, são necessários novos estudos a fim de melhorar as propriedades obtidas na soldagem dissimilar. E para a soldagem similar, faz-se necessário o desenvolvimento de novos consumíveis que proporcionem propriedades mecânicas adequadas às normas vigentes.
Abstract: CrMo and CrMoV alloys steels are widely used for manufacturing of equipment for oil refining and by-products. Operation cycles for those equipment (coke vessels and hydrotreatment reactors, for example) occur in severe conditions, such as high temperature and pressure levels, as well as the presence of hydrogen. Coke vessels are usually produced with ASTM A387 Gr11 steel (CrMo steel) while hydrotreatment reactors are composed by ASTM A387 Gr22 (CrMo steel) along with ASTM A542 Type D (CrMoV steel). Due to wear problems caused by continuous exposure to those conditions, at certain moments of a given equipment’s lifetime, welding repair procedures are required, in order to recover dimentions and restore important properties such as corrosion resistance, assure operational safety and guarantee product quality. However, maintenance interventions represent significant costs, provided specially due to the post weld heat treatment (PWHT) requested in international standards. The application of special welding techniques to provide final microstructure and properties/mechanical properties are very interesting and have a great attractiveness an adequate parameter selection for the welding of two layers with no need for PWHT is of great importance not only from a scientific and technological point of view but also because of its industrial applications. However, the use of alternatives techniques in order to avoid PWTH in repair applications is not simple and not always follow some defined criteria, being based on preliminary experimentation which simulate industrial conditions. Therefore, the main objective of this study is to evaluate the effect of GMAW welding of CrMo and CrMoV steels using the Controlled Deposition Technique with Double Layer for similar (base metal) and dissimilar (coating) repair welding considering the main metallurgical transformations and property changes. The Controlled Deposition Technique with Double Layer was used to obtain the best combinations of welding parameters and techniques in order to reduce hardness and produce the CGHAZ of the first layer grain refinement. The choice of heat imput combinations was based on the Decision Diagram built from microstructure and micro hardness criteria. The approved samples welded with double layer presented acceptable hardness and grain refinement levels. Disapproved samples presented high hardness levels in the HAZ together with grain growth. The prototype electrode (CrMoV) has shown good operational characteristics in welding, although the weld metal’s properties did not meet the toughness requirements. The welds simulating ASTM A387 Gr11 and Gr22 repair achieved excellent results in the HAZ, which means the procedure actually has potential for industrial repair application. Further investigation is required in order to improve the properties obtained for dissimilar welding repair of the ASTM A542 Type D steel. The improvement of the similar welding would be allowed by the development of new consumables, able to provide adequate mechanical properties, according to the current standards.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/28311
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