Composição Química - Amostra #1

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  • UNIVERSIDADE NOVA DE LISBOA

    FACULDADE DE CINCIAS E TECNOLOGIA

    DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA E INDUSTRIAL

    SOLDABILIDADE DO AO 12Cr1MoV

    Por: Srgio Paulo Marques Alentado

    Dissertao apresentada na Faculdade de Cincias e Tecnologia da Universidade

    Nova de Lisboa para a obteno do grau de Mestre em Engenharia da Soldadura

    Orientador Cientfico: Prof. Dr. Francisco Manuel Braz Fernandes

    2010

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    Agradecimentos

    Gostaria de agradecer ao meu orientador cientfico, Prof. Dr. Francisco Manuel Braz

    Fernandes pela sua ajuda, partilha de conhecimento, disponibilidade e orientao na

    elaborao desta tese de mestrado.

    Gostaria tambm de agradecer minha esposa e filha pela fora que me deram, pela

    compreenso e apoio nos momentos mais difceis.

    Gostaria de agradecer ao Prof. Joo Pedro Veiga pela disponibilidade e apoio na realizao

    do ensaio de caracterizao de composio qumica do material 12Cr1MoV.

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    Resumo

    Com uma economia crescente em larga escala nos ltimos anos, a China torna-se assim

    economicamente vivel para o fornecimento de produtos siderrgicos entre eles os aos de

    baixa liga para funcionamento a alta temperatura. Esta dissertao apresenta um estudo

    sobre a soldabilidade do ao 12Cr1MoV de acordo com a norma GBT 713:2009 aplicado

    nas condutas e reactor de uma unidade de desnitrificao.

    Foi efectuado um estudo dos materiais adequados construo em causa face s

    condies de servio e que diferem do ao indicado principalmente ao nvel da

    soldabilidade, dificuldades operatrias do soldador e, consequentemente, eventuais defeitos

    de soldadura.

    So realadas as dificuldades existentes na qualificao de procedimentos de soldadura

    decorrentes da falta de enquadramento deste material nos agrupamentos de materiais

    utilizado na Europa de acordo com a norma ISO/TR 15608:2005, a dificuldade em obter

    consumveis de soldadura apropriados ao material de base em questo e a inexistncia de

    cdigo ou norma de construo que defina as condies de pr-aquecimento e tratamento

    trmico aps soldadura aplicveis.

    Por fim, foram analisados os resultados das qualificaes de procedimento de soldadura

    efectuadas, os resultados dos ensaios no destrutivos na montagem, nomeadamente

    medies de durezas, ensaios por ultra-sons e lquidos penetrantes.

    .

    Palavras-Chave: 12Cr1MoV; Soldadura; Ao para altas temperaturas; Resistncia

    fluncia; Desnitrificao; Denox

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    Abstract

    With a large scale economy growth in the last years, China has become economically viable

    for the supply of steel products particularly low-alloy steel for high temperature services. This

    document presents a study regarding the weldability of 12Cr1MoV steel according the

    Chinese standard GBT 713:2009 applied in ducts and casing of a denitrification unit.

    It is performed a study of adequate materials that should be used in this type of construction

    regarding operating conditions and that are different from the chosen material mainly

    regarding the weldability, welder operation difficulties and therefore possible welding defects.

    This study refers the also the difficulties in the procedure qualification records approval due

    to absence of this material in the material grouping used in Europe according ISO/TR

    15608:2005, the difficulty to obtain proper welding consumables for the used base material

    and the inexistence of construction code or standard to define the conditions for pre-heating

    and post weld heat treatment.

    Finally it were also analyzed the results obtained in procedure qualification records approvals

    and non destructive testing at site, mainly by hardness testing, ultrasonic testing and dye

    penetrant testing.

    Keywords: 12Cr1MoV; Welding; High temperature steels; Creep resistance; Denitrification;

    Denox

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    Simbologia e Notaes

    Alongamento

    a Espessura do provete

    AC Corrente alternada

    ASME American society of mechanical engineers

    Energia absorvida em ensaio de impacto, tipo V em Joules

    b Largura do provete calibrado

    b1 Largura das cabeas de amarrao

    D Dimetro do puno

    DC Corrente contnua

    DCEP Corrente contnua com elctrodo ligado ao plo positivo

    DRX Difraco por raios X

    EN Norma Europeia

    END Ensaios no destrutivos

    EPS Especificao de procedimento de soldadura

    EPSp Especificao preliminar de procedimento de soldadura

    Fe- Ferrite alfa

    Fe- Ferrite delta

    GB Norma da repblica da China

    HV Ensaio de dureza Vickers

    ISO - International organization for standardization

    J-L045 Posio de soldadura com progresso descendente em tubo posicionado a 45

    l Distncia entre suportes [mm]

    LC Comprimento do provete calibrado [mm]

    LO Comprimento de referncia [mm]

    LS Largura mxima da soldadura aps maquinagem [mm]

    LT Comprimento total do provete [mm]

    MB Material de base

    MD Metal depositado

    MF Material fundido

    MIG/MAG Soldadura com proteco gasosa e fio elctrodo slido contnuo

    NP Norma portuguesa

    PC Posio de soldadura horizontal

    PF Posio de soldadura com progresso em vertical ascendente

    PG Posio de soldadura com progresso em vertical descendente

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    pH potencial de hidrognio

    PQR Registo de qualificao de procedimento de soldadura

    r raio de concordncia

    Tenso de cedncia em Newton por milmetro quadrado

    Tenso de rotura em Newton por milmetro quadrado

    s Espessura da chapa em milmetros

    SCR - Selective catalytic reduction

    SER Soldadura por elctrodos revestidos

    SGS Socit Gnrale de Surveillance

    - Temperatura

    Tm Temperatura de fuso do material

    TTT Diagrama tempo-temperatura-transformao

    t Espessura em milmetros

    ZTA Zona termicamente afectada

    111 - Processo de soldadura por elctrodos revestidos (ISO 4063:2009)

    114 - Processo de soldadura por fios fluxados auto protegidos (ISO 4063:2009)

    136 - Processo de soldadura por fios fluxados com proteco gasosa activa (ISO 4063:2009)

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    ndice de Matrias

    1. Objectivos e estrutura da dissertao ...................................................................... 13

    1.1. Motivao ............................................................................................................................... 13

    1.2. Objectivos ............................................................................................................................... 13

    1.3. Estrutura da dissertao ......................................................................................................... 13

    2. Introduo ................................................................................................................... 14

    2.1. Processos de reduo de emisses poluentes para a atmosfera ........................................... 14

    2.2. Princpio de funcionamento da unidade de desnitrificao ................................................... 15

    2.3. Escolha do material de base ................................................................................................... 16

    2.4. Propriedades dos aos para altas temperaturas .................................................................... 17

    2.4.1. Elementos de liga .......................................................................................................... 20

    2.4.2. Tamanho do gro .......................................................................................................... 20

    2.4.3. Tratamentos trmicos ................................................................................................... 21

    2.4.4. Deformao plstica prvia (encruamento) ................................................................. 18

    2.5. Fenmenos de rotura na soldadura dos aos para altas temperaturas ................................. 21

    2.6. Comportamento da junta soldada a altas temperaturas ....................................................... 26

    2.7. Qualificao de procedimentos de soldadura ........................................................................ 27

    2.8. Pr-aquecimento e tratamento trmico ps soldadura ......................................................... 28

    2.9. Especificaes preliminares de procedimento de soldadura ................................................. 32

    3. Materiais e mtodos experimentais ........................................................................... 33

    3.1. Caractersticas do material em estudo ................................................................................... 33

    3.2. Ensaios ao material de base ................................................................................................... 35

    3.3. Qualificao de procedimentos de soldadura ........................................................................ 42

    3.3.1. Material de base e seu enquadramento na norma ISO/TR 15608:2005 [21] ............... 54

    3.3.2. Processos de soldadura utilizados na construo ......................................................... 56

    3.3.3. Consumveis de soldadura utilizados ............................................................................ 58

    3.3.4. Pr-aquecimento e tratamento trmico ps soldadura ............................................... 60

    3.3.5. Especificaes preliminares de procedimento de soldadura........................................ 65

    3.3.6. Preparao, execuo e controlo da qualificao dos procedimentos de soldadura ... 71

    3.3.7. Ensaios realizados para qualificao dos procedimentos de soldadura ....................... 75

    3.4. Ensaios no destrutivos em processo ..................................................................................... 77

    4. Resultados .................................................................................................................. 79

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    4.1. Ensaios realizados ao material de base .................................................................................. 79

    4.1.1. Ensaios realizados na China........................................................................................... 79

    4.1.2. Ensaios realizados em obra ........................................................................................... 83

    4.1.3. Ensaios realizados em laboratrio ................................................................................ 84

    4.1.4. Anlise por difraco de RX (DRX) ................................................................................. 84

    4.2. Consumveis de soldadura ...................................................................................................... 86

    4.3. Ensaios realizados na qualificao dos procedimentos de soldadura .................................... 90

    4.3.1. Resultados dos ensaios Procedimento de soldadura 2009/0144 .............................. 90

    4.3.2. Resultados dos ensaios Procedimento de soldadura 2009/0145 .............................. 93

    4.3.3. Resultados dos ensaios Procedimento de soldadura 2009/0148 Rev.1 .................... 96

    4.3.4. Resultados dos ensaios Procedimento de soldadura 2009/0149 Rev.1 .................... 99

    4.3.5. Resultados dos ensaios Procedimento de soldadura 2009/0176 ............................ 102

    4.3.6. Resultados dos ensaios Procedimento de soldadura 2009/0181 ............................ 105

    5. Discusso .................................................................................................................. 109

    5.1. Material de base ................................................................................................................... 109

    5.2. Materiais aplicados face s condies de servio ................................................................ 112

    5.3. Material de base e seu enquadramento com a norma de qualificao de

    procedimentos de soldadura ................................................................................................ 113

    5.4. Processos de soldadura ........................................................................................................ 113

    5.5. Consumveis de soldadura .................................................................................................... 114

    5.6. Procedimentos de soldadura ................................................................................................ 114

    5.7. Ensaios no destrutivos ........................................................................................................ 121

    6. Concluses ............................................................................................................... 122

    6.1. Material de base ................................................................................................................... 122

    6.2. Materiais aplicados face s condies de servio ................................................................ 122

    6.3. Material de base e seu enquadramento com a norma de qualificao de

    procedimentos de soldadura ................................................................................................ 123

    6.4. Processos de soldadura ........................................................................................................ 123

    6.5. Consumveis de soldadura .................................................................................................... 123

    6.6. Procedimentos de soldadura ................................................................................................ 124

    7. Bibliografia ................................................................................................................ 126

    8. Anexos ...................................................................................................................... 129

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    ndice de Figuras

    Figura 2.01 Sistemas de reduo das emisses poluentes 14

    Figura 2.02 Eficincia do reactor na central termoelctrica de Madrid 15

    Figura 2.03 Efeito da fluncia nos limites de gro 17

    Figura 2.04 Influncia do teor de carbono na resistncia fluncia 18

    Figura 2.05 Influncia do teor de mangans na resistncia fluncia 19

    Figura 2.06 Nveis de teor de hidrognio em metal depositado em funo do teor de

    hidrognio do consumvel para vrios processos de soldadura 22

    Figura 2.07 Solubilidade do hidrognio nos aos 22

    Figura 2.08 Difusibilidade do hidrognio nos aos 23

    Figura 2.09 Esquema de difuso do hidrognio na soldadura 23

    Figura 2.10 Ataque pelo hidrognio a quente 26

    Figura 2.11 Variao da temperatura com o tempo numa junta soldada 28

    Figura 2.12 Comparao da taxa de arrefecimento numa soldadura com e sem pr-

    aquecimento 29

    Figura 3.01 Performance mecnica a altas temperaturas 34

    Figura 3.02 Ensaio de traco - Curvas tipo de tenso-deformao 38

    Figura 3.03 Ensaio de dobragem Esquema do ensaio 39

    Figura 3.04 Ensaio de impacto Dimenses do corpo de prova 40

    Figura 3.05 Localizao e remoo dos provetes 43

    Figura 3.06 Ensaio por raios X Posio fonte, filme e provete 46

    Figura 3.07 Ensaio por ultrassons Posies da sonda face ao corpo de prova 47

    Figura 3.08 Ensaio de traco Dimenses do corpo de prova 49

    Figura 3.09 Ensaio de dobragem Provete para dobragem de raiz ou face 50

    Figura 3.10 Ensaio de dobragem Provete para dobragem lateral 51

    Figura 3.11 Ensaio de dobragem Esquema do ensaio para dobragem de raiz ou de face 51

    Figura 3.12 Ensaio de dobragem Esquema do ensaio para dobragem lateral 52

    Figura 3.13 Ensaio de dureza Localizao das medies no corpo de prova 53

    Figura 3.14 Estaleiro de pr-fabrico da SIMI na EDP em Sines 57

    Figura 3.15 Condutas de ligao ao reactor na EDP em Sines 57

    Figura 3.16 Preparao do corpo de prova 71

    Figura 3.17 Posies de soldadura 73

    Figura 3.18 Posio de soldadura utilizada nas qualificaes de procedimento de soldadura 73

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    Figura 3.19 Ciclo do tratamento trmico ps soldadura 75

    Figura 4.01 Anlise dos valores da tenso de rotura 81

    Figura 4.02 Anlise dos valores da tenso de cedncia 81

    Figura 4.03 Anlise dos valores do alongamento 82

    Figura 4.04 Difraco por raios X no Ao 12 Cr1MoV 85

    Figura 4.05 Difraco por raios X no Ao 12 Cr1MoV Escala logartmica 85

    Figura 4.06 Difraco por raios X no Ao 12 Cr1MoV Fases presentes 86

    Figura 4.07 Macrografia da soldadura 92

    Figura 4.08 Filiao de durezas 92

    Figura 4.09 Macrografia da soldadura 94

    Figura 4.10 Filiao de durezas 95

    Figura 4.11 Macrografia da soldadura 97

    Figura 4.12 Filiao de durezas 98

    Figura 4.13 Macrografia da soldadura 100

    Figura 4.14 Filiao de durezas 101

    Figura 4.15 Macrografia da soldadura 103

    Figura 4.16 Filiao de durezas 104

    Figura 4.17 Macrografia da soldadura 107

    Figura 4.18 Filiao de durezas 108

    Figura 5.01 Anlise dos elementos da composio qumica Amostra 1 109

    Figura 5.02 Anlise dos elementos da composio qumica Amostra 1 110

    Figura 5.03 Anlise dos elementos da composio qumica Amostra 2 110

    Figura 5.04 Anlise dos elementos da composio qumica Amostra 2 111

    Figura 5.05 Tenses de cedncia em funo da temperatura para os aos 12Cr1MoV e 16Mo3 113

    Figura 5.06 Ensaio de traco Resultados dos provetes 1 e 2 115

    Figura 5.07 Resultado do ensaio de dureza 116

    Figura 5.08 Resultados do ensaio de traco Provetes de 25mm com e sem tratamento

    trmico 117

    Figura 5.09 Resultado do ensaio de dureza Material de base 118

    Figura 5.10 Resultado do ensaio de dureza ZTA 119

    Figura 5.11 Resultado do ensaio de dureza Material fundido 119

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    ndice de Tabelas

    Tabela 2.01 Influncia do teor de molibdnio na resistncia fluncia............................................ 19

    Tabela 3.01 Composio qumica do material 12Cr1MoV ................................................................. 33

    Tabela 3.02 Propriedades mecnicas Ensaio de traco ................................................................. 33

    Tabela 3.03 Propriedades mecnicas Ensaio de impacto e dobragem ........................................... 34

    Tabela 3.04 Performance mecnica a altas temperaturas................................................................. 34

    Tabela 3.05 Ensaios realizados ao material de base .......................................................................... 35

    Tabela 3.06 Critrio de aceitao das propriedades mecnicas para ensaio de traco .................. 39

    Tabela 3.07 Dimenses e tolerncias dos provetes para ensaios de impacto ................................... 41

    Tabela 3.08 Ensaio de traco Dimenses dos provetes ................................................................ 49

    Tabela 3.09 Composio qumica ....................................................................................................... 54

    Tabela 3.10 Grupo de materiais de acordo com a norma ISO/TR 15608:2005 ................................. 55

    Tabela 3.11 Comparativo do grupo 6 da ISO/TR 15608:2005 versus material 12Cr1MoV ................ 56

    Tabela 3.12 Composio qumica do material base vs consumveis .................................................. 59

    Tabela 3.13 Propriedades mecnicas do material base vs consumveis ............................................ 60

    Tabela 3.14 Temperaturas mnimas de pr-aquecimento e entre passes ......................................... 61

    Tabela 3.15 Temperaturas de tratamento trmico ps soldadura (Parcial) ...................................... 63

    Tabela 3.16 Tempo de permanncia de tratamento trmico ps soldadura .................................... 63

    Tabela 3.17 Comparao de temperaturas de tratamento trmico ps soldadura .......................... 64

    Tabela 3.18 Comparao de tempos de patamar de tratamento trmico ps soldadura ................ 64

    Tabela 3.19 Domnio de qualificao para a espessura de metal depositado ................................... 65

    Tabela 3.20 Domnio de qualificao para a espessura adoptada ..................................................... 66

    Tabela 3.21 Listagem de especificaes de soldadura ....................................................................... 70

    Tabela 3.22 Listagem de Especificaes de soldadura (Adicional) .................................................... 71

    Tabela 3.23 Preparao da junta e posio de soldadura nos corpos de prova ................................ 72

    Tabela 3.24 Valores mximos de dureza permitidos (HV10) ............................................................. 77

    Tabela 3.25 Ensaios no destrutivos a efectuar na montagem ......................................................... 78

    Tabela 4.01 Amostras de ensaio ........................................................................................................ 79

    Tabela 4.02 Resultados de composio qumica ................................................................................ 80

    Tabela 4.03 Resultados de ensaios mecnicos .................................................................................. 80

    Tabela 4.04 Resultados do ensaio de dobragem ............................................................................... 82

    Tabela 4.05 Resultados do ensaio de impacto ................................................................................... 83

    Tabela 4.06 Amostras de ensaio para determinao da composio qumica .................................. 83

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    Tabela 4.07 Resultados do ensaio para determinao da composio qumica ............................... 83

    Tabela 4.08 Amostras de ensaio para determinao da composio qumica .................................. 84

    Tabela 4.09 Resultados do ensaio para determinao da composio qumica ............................... 84

    Tabela 4.10 Certificao 3.1 de acordo com a norma EN 10204:2004 .............................................. 87

    Tabela 4.11 Composio qumica dos certificados de consumveis vs norma de referncia ............ 87

    Tabela 4.12 Ensaios mecnicos dos certificados de consumveis vs norma de referncia ................ 88

    Tabela 4.13 Composio qumica dos certificados de consumveis vs norma de referncia ............ 89

    Tabela 4.14 Ensaios mecnicos dos certificados de consumveis vs norma de referncia ................ 90

    Tabela 4.15 Ensaios de traco .......................................................................................................... 91

    Tabela 4.16 Ensaios de dobragem ...................................................................................................... 91

    Tabela 4.17 Ensaios de traco .......................................................................................................... 93

    Tabela 4.18 Ensaios dobragem ........................................................................................................... 94

    Tabela 4.19 Ensaios de traco .......................................................................................................... 96

    Tabela 4.20 Ensaios de dobragem ...................................................................................................... 97

    Tabela 4.21 Ensaios de traco .......................................................................................................... 99

    Tabela 4.22 Ensaios de dobragem .................................................................................................... 100

    Tabela 4.23 Ensaios de traco ........................................................................................................ 102

    Tabela 4.24 Ensaios de dobragem .................................................................................................... 103

    Tabela 4.25 Ensaios de traco ........................................................................................................ 105

    Tabela 4.26 Ensaios de traco ........................................................................................................ 106

    Tabela 4.27 Ensaios de dobragem .................................................................................................... 106

    Tabela 5.01 Composio Qumica do material 12Cr1MoV e 16Mo3 ............................................... 112

    Tabela 5.02 Listagem de procedimentos de soldadura ................................................................... 115

    Tabela 5.03 Listagem de procedimentos de soldadura ................................................................... 117

    Tabela 5.04 END realizados na montagem ...................................................................................... 121

    Tabela 5.05 Resultados dos ensaios de dureza na montagem ........................................................ 121

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    1. Objectivos e estrutura da dissertao

    1.1. Motivao

    A principal motivao para este estudo resultou da necessidade de utilizar em construo

    soldada um ao que no se enquadrava nas normas europeias e que colocava problemas

    de soldabilidade bem como de qualificao de soldadores e de procedimentos de soldadura.

    1.2. Objectivos

    Esta dissertao apresenta um estudo relativo soldabilidade do ao 12Cr1MoV de acordo

    com a norma GBT 713:2009 [1] aplicado nas condutas e reactor de uma unidade de

    desnitrificao.

    1.3. Estrutura da dissertao

    Este documento est estruturado em 5 captulos para alm deste. No captulo 2 faz-se uma

    abordagem aos problemas levantados por este material, do ponto de vista de fabricao

    soldada incluindo os problemas de soldabilidade e de preparao para soldadura, bem

    como de tratamentos trmicos aps soldadura.

    No captulo 3 descrevem-se as metodologias de investigao e os mtodos experimentais

    adoptados nesta investigao.

    No captulo 4 apresentam-se os resultados da investigao que se discutem no captulo 5.

    No captulo 6 apresentam-se as principais concluses.

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    2. Introduo

    Numa economia cada vez mais globalizada, a China tornou-se um fornecedor importante de

    produtos siderrgicos da Europa, entre eles os aos de baixa liga para funcionamento a

    altas temperaturas. Com vantagens econmicas de custo de matria-prima significativas, as

    empresas tendem a recorrer a fornecedores externos UE. Contudo, estes aos nem

    sempre encontram enquadramento nas normas europeias e em particular nos cdigos de

    construo pelo que se reveste de importncia fundamental o seu estudo.

    2.1. Processos de reduo de emisses poluentes para a atmosfera

    As unidades de desnitrificao nas centrais de produo de energia, tambm designadas

    por Denox ou NOx control, fazem parte de um processo evolutivo de reduo de

    emisses poluentes para a atmosfera [2].

    Alguns destes processos indicados na figura 2.01 so:

    - Mercury control - Reduo das emisses de mercrio para a atmosfera

    - NOx control Reduo das emisses dos xidos de azoto (NOx)

    - Particulate control Reduo das emisses de partculas para a atmosfera

    - Flue gas desulfurization Reduo das emisses dos xidos de enxofre (SOx)

    Figura 2.01 Sistemas de reduo das emisses poluentes [2]

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    2.2. Princpio de funcionamento da unidade de desnitrificao

    Os xidos de azoto (NOx) emitidos a partir de fontes de combusto so considerados os

    principais poluentes no ar. A utilizao de sistemas catalticos para reduzir as emisses de

    NOx tem crescido em todo o mundo nas ltimas dcadas. Esta evoluo foi induzida pela

    adopo de rigorosas normas ambientais. A reduo cataltica selectiva (SCR) de NOx

    atravs do amonaco um dos mtodos mais comuns de reduo das emisses de NOx

    provenientes de centrais elctricas.

    A reduo de NOx no SCR obtida atravs da adio de amonaco, NH3 como agente

    redutor ao fluxo de gs, e passar os gases ao longo de um catalisador. O processo de

    Denox baseia-se nas seguintes reaces com o amonaco [3].

    4NO + 4NH3 + O

    2 4N

    2 + 6H

    2O

    NO + NO2 + 2NH

    3 2N

    2 + 3H

    2O

    6NO2 + 8NH

    3 7N

    2 + 12H

    2O

    A temperatura de funcionamento do catalisador (reactor) de 410C

    A ttulo de exemplo demonstra-se na figura 2.02 a eficincia deste processo aplicado na

    unidade 2 de 600MW da Central Termoelctrica de Madrid num teste de 4.242 horas [4].

    Figura 2.02 Eficincia do reactor na central termoelctrica de Madrid [4]

  • Pgina 16 de 129

    2.3. Escolha do material de base

    Como referido na seco anterior a unidade de desnitrificao possui uma temperatura de

    funcionamento de 410C. A esta temperatura de servio torna-se crucial a escolha de um

    material para funcionamento a altas temperaturas, de modo a evitar eventuais problemas de

    fluncia, bem como de oxidao/corroso.

    De uma forma geral, os aos ao carbono e de baixa liga com microestruturas de

    ferrite/perlite e ferrite/bainite so usados extensivamente em aplicaes a temperaturas

    relativamente elevadas em centrais termoelctricas a carvo, petroqumicas, refinarias entre

    outras.

    Estes aos so frequentemente utilizados at cerca de 370C sob esforo contnuo, mas

    tambm permitem tenses admissveis at 540 C como referido na Seco VIII do cdigo

    ASME BPV (Boiler and pressure vessel code) [5].

    Os aos ao carbono com percentagens de molibdnio na ordem dos 0,5% so utilizados at

    540C, e os aos de baixa liga com percentagens de molibdnio de 0,5% a 1,0% em

    combinao com percentagens de crmio de 0,5% a 9,0% e por vezes outros formadores de

    carbonetos (tais como vandio, tungstnio, nibio e titnio) so muitas vezes utilizados at

    cerca de 650C.

    Para temperaturas acima de 650C, as ligas austenticas so geralmente utilizadas. No

    entanto, esses limites de temperatura mxima de uso geral no se aplicam necessariamente

    em aplicaes especficas com diferentes critrios de clculo [5].

    No caso em estudo foi adoptado o material 12Cr1MoV. Este material semelhana dos

    aos para funcionamento a altas temperaturas referidos anteriormente possui uma

    combinao de 0,9% a 1,2% de Crmio e 0,25% a 0,35% de Molibdnio.

    Face temperatura de funcionamento (410C) e numa primeira anlise, parece-nos que o

    material em causa possui as propriedades necessrias para a temperatura de servio.

    O material 12Cr1MoV tem como principal aplicao as caldeiras e reservatrios sob presso

    sujeitos a temperaturas acima da temperatura ambiente. A norma de referncia a norma

    chinesa GB 713:2009 [1] intitulada Chapas em ao para caldeiras e reservatrios sob

    presso

  • Pgina 17 de 129

    A empresa SIMI Sociedade Internacional de Montagens Industriais, S.A. foi a empresa

    responsvel pela montagem da unidade de desnitrificao, sendo referida por diversas

    vezes ao longo da presente dissertao.

    Na seco 3.1 da presente dissertao so apresentadas as propriedades deste material.

    2.4. Propriedades dos aos para altas temperaturas

    Dado o funcionamento a alta temperatura, torna-se necessrio entender os fenmenos

    especficos que sucedem, nomeadamente a fluncia.

    A deformao por fluncia caracterizada por uma solicitao permanente inelstica que

    ocorre quando um material submetido a uma determinada solicitao. A taxa em que

    ocorre essa deformao no depende apenas da intensidade da tenso aplicada, mas

    tambm do tempo e da temperatura. Assim, apropriado considerar a fluncia como um

    processo cintico [6].

    A fluncia considerada como um fenmeno de alta temperatura, embora seja importante

    reconhecer que esta uma quantidade relativa para qualquer material. Em slidos

    cristalinos como os metais e as cermicas, a deformao ocorre quando a temperatura de

    servio for maior ou igual a aproximadamente 0,5 Tm, onde Tm a temperatura de fuso do

    material em Kelvin.

    medida que a temperatura aumenta os processos controlados pela difuso so

    progressivamente activados. Nos limites de gro verifica-se a formao e crescimento de

    microvazios tanto em zonas de pontos triplos como em partculas precipitadas nos limites de

    gro (carbonetos e carbonitretos) [7].

    Figura 2.03 Efeito da fluncia nos limites de gro [7]

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    As variveis metalrgicas que afectam a fluncia so:

    Elementos de liga;

    Tamanho do gro;

    Tratamentos trmicos (Condicionam o tamanho do gro);

    Deformao plstica prvia (Condicionam o tamanho do gro).

    2.4.1. Elementos de liga

    A introduo de outro(s) elemento(s) no sistema Fe-C tem implicaes no s ao nvel dos

    diagramas de equilbrio mas tambm nos diagramas TTT.

    O papel dos elementos de liga dos aos pode ser analisado pela influncia que estes tm na

    mobilidade das deslocaes aquando da deformao a altas temperaturas, na formao e

    estabilizao de precipitados, assim como na obteno de estruturas metalrgicas mais ou

    menos favorveis.

    2.4.1.1. Carbono

    O carbono tem uma influncia positiva na fluncia a baixas temperaturas (fluncia

    transiente), no se verificando nenhum ganho na fluncia viscosa, verificada a altas

    temperaturas

    Figura 2.04 Influncia do teor de carbono na resistncia fluncia [39]

    2.4.1.2. Silcio

    A influncia do silcio parece ser muito variada; porm para cargas elevadas e taxas

    mnimas de fluncia altas parece, tal como o alumnio, no apresentar grandes vantagens.

    2.4.1.3. Mangans

    O Mangans melhora francamente a resistncia fluncia dos aos.

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    Figura 2.05 Influncia do teor de mangans na resistncia fluncia Ao Carbono (0,1%)

    Temperatura de 510C e Carga aplicada de 123,5 MPa [39]

    2.4.1.4. Molibdnio e Vandio

    O molibdnio e o vandio melhoram significativamente as propriedades de resistncia

    fluncia dos aos devido formao de carbonetos estveis e de fases intermetlicas

    novas.

    Na tabela 2.01 encontra-se indicado a melhoria deformao face ao aumento da

    percentagem de molibdnio no ao.

    Tabela 2.01 Influncia do teor de molibdnio na resistncia fluncia [45]

    O vandio, mesmo em adies da ordem de 0,1% ou 0,2% nos aos com crmio e

    molibdnio (Cr-Mo-V) actua em conjunto com estes elementos, melhorando bastante a

    resistncia fluncia.

    2.4.1.5. Crmio

    A adio de crmio melhora a resistncia fluncia at um teor de 3%.

    Teores mais elevados so utilizados para aplicaes especficas pois permitem obter

    estruturas temperadas e melhor resistncia corroso.

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    Em resumo, existem determinados factores que influenciam o funcionamento dos aos para

    altas temperaturas:

    1. O tamanho do gro que quanto maior, maior a resistncia fluncia;

    2. O tratamento trmico que o material sujeito no seu processo de fabrico, uma vez

    que estruturas tratadas termicamente (recozidas) apresentam melhor resistncia

    fluncia;

    3. A deformao plstica prvia que embora seja uma varivel, na maioria dos casos

    ocorre alguma melhoria da resistncia fluncia para deformao baixa, mas

    deteriorando-se posteriormente para maiores velocidades de deformao;

    4. Os elementos de liga, nomeadamente o Carbono, Silcio, Mangans, Molibdnio,

    Vandio e Crmio que tm uma influncia preponderante na resistncia fluncia

    dos aos de baixa liga.

    2.4.2. Tamanho do gro

    A resistncia fluncia aumenta (diminui a taxa de fluncia secundria) medida que o

    tamanho de gro diminui quando se trata de fluncia a baixa temperatura. No caso de

    fluncia a altas temperaturas esta relao alterada, quanto maior o tamanho do gro maior

    ser a resistncia fluncia.

    Aos desoxidados com alumnio, que tm gro muito fino, apresentam, no entanto, piores

    resultados de resistncia fluncia que aos desoxidados com silcio.

    O alumnio no s refina o gro como acelera a esferoidizao e grafitizao dos

    precipitados nos limites dos gros.

    2.4.3. Tratamentos trmicos

    A temperatura relativamente baixa as estruturas temperadas so favorveis resistncia

    fluncia; porm, para temperaturas altas (superiores a 550C, para aos ferrticos) as

    estruturas tratadas termicamente (recozidas) apresentam melhor resistncia.

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    2.4.4. Deformao plstica prvia (encruamento)

    A influncia da deformao plstica prvia varivel de material para material.

    Na maioria dos casos verifica-se um comportamento idntico ao ao inoxidvel 18%Cr-

    8%Ni, onde ocorre alguma melhoria da resistncia fluncia para deformao baixa,

    deteriorando-se posteriormente para maiores velocidades de deformao.

    2.5. Fenmenos de rotura na soldadura dos aos para altas temperaturas

    A soldadura dos aos para altas temperaturas induz fenmenos que podem levar rotura.

    Seguidamente apresentam-se os fenmenos mais comuns na soldadura dos aos para altas

    temperaturas [8].

    2.5.1.1. Fissurao a frio

    Este tipo de aos bastante sensvel fissurao pelo hidrognio (tambm designada por

    fissurao a frio).

    A fissurao a frio est ligada ocorrncia simultnea dos seguintes factores:

    Hidrognio difundido no material devido soldadura

    Elevado nvel de tenses residuais

    Microestruturas duras e frgeis

    Temperaturas inferiores a 200C

    2.5.1.1.1. Hidrognio difundido no material devido soldadura

    O hidrognio introduzido durante a soldadura e pode ter vrias fontes:

    Humidade dos revestimentos e fluxos;

    Humidade ou gorduras na superfcie das peas ou dos elctrodos

    Presena de hidrognio no material base ou nos gases de proteco;

    Produtos da combusto na soldadura oxiacetilnica

    Existncia de xidos hidratados nos materiais de base

    Decomposio do revestimento dos elctrodos celulsicos

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    Os nveis de teor de hidrognio em metal depositado (MD) variam em funo do teor de

    hidrognio do consumvel, em funo dos diversos processos de soldadura. Na figura 2.06

    podemos ver que os processos com revestimento ou fluxo so mais susceptveis de

    introduzir hidrognio na soldadura.

    Figura 2.06 Nveis de teor de hidrognio em metal depositado em funo do teor de hidrognio do

    consumvel para vrios processos de soldadura [8]

    A solubilidade do hidrognio mais elevada na austenite (fase gama) do que na ferrite

    (fases alfa e delta) permitindo que hidrognio presente nos revestimentos e fluxos facilmente

    se integre no metal depositado.

    Figura 2.07 Solubilidade do hidrognio nos aos [8]

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    A difusibilidade do hidrognio mais elevada na ferrite (fases alfa e delta) do que na

    austenite (fase gama) levando o hidrognio a difundir-se para o material de base,

    associando-se e podendo levar fissurao.

    Figura 2.08 Difusibilidade do hidrognio nos aos [8]

    Como j referido nos pargrafos anteriores o esquema de difuso do hidrognio para a

    soldadura encontra-se ilustrado na figura 2.09:

    Figura 2.09 Esquema de difuso do hidrognio na soldadura [8]

    - Difuso do hidrognio no MD para a ZTA

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    O menor teor em carbono do metal depositado origina que este sofra a

    transformao a temperaturas mais altas do que a ZTA.

    O hidrognio difunde para a ZTA e aps a transformao de fase fica retido em

    pequenas descontinuidades passando fase molecular.

    A acumulao de H2 nas descontinuidades origina grandes presses que podem

    produzir a fissurao da soldadura.

    2.5.1.1.2. Elevado nvel de tenses residuais

    As tenses residuais na soldadura dependem de:

    Do tipo metal de base e de metal depositado; as tenses residuais so da ordem de

    grandeza da tenso de cedncia dos materiais envolvidos;

    Da velocidade de arrefecimento:

    - Processo de soldadura (entrega trmica);

    - Pr-aquecimento;

    - Espessura a soldar

    Do constrangimento da junta soldada.

    2.5.1.1.3. Microestruturas duras e frgeis

    O tipo de microestrutura depende da:

    Composio qumica do metal depositado e do metal de base;

    Velocidade de arrefecimento:

    - Processo de soldadura (entrega trmica);

    - Pr-aquecimento;

    - Espessura a soldar

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    2.5.1.1.4. Temperaturas inferiores a 200C

    A fissurao a frio ocorre somente a temperaturas inferiores a 200C, quando a quantidade

    de hidrognio difundido no material atinge nveis de concentrao significativos e j no

    pode ser libertado devido reduo da difusibilidade por abaixamento da temperatura.

    O carcter mais ou menos tardio deste tipo de fissurao obriga a que o controlo das

    soldaduras (controlo no destrutivo) seja efectuado vrias horas aps o arrefecimento da

    soldadura (24 a 48 horas).

    2.5.1.2. Oxidao sob tenso localizada

    A acumulao de partculas slidas arrastadas no escoamento dos fluidos ou acumuladas

    em pequenas cavidades das peas ou imperfeies da soldadura, assim como a formao

    de xidos de baixo ponto de fuso (xido de vandio ou de zinco, por exemplo), podero ser

    bastante perigosos, pois podem quebrar ou mesmo arrancar a fina pelcula de xido de ferro

    protectora da superfcie do metal.

    Este fenmeno associado ocorrncia de tenses localizadas (tenses residuais das

    soldaduras ou tenses de origem trmica) podero originar graves corroses sob tenso.

    2.5.1.3. Corroso em meios sulfurosos

    Equipamentos em funcionamento a temperaturas entre 450 a 560C com presses

    superiores a 17 bar e em presena de vapor de gua com mais de 1,5% de cido

    sulfrico podero sofrer srios ataques de corroso.

    O recurso a aos de alta liga, com 10 a 17% de crmio, melhora, se bem que

    moderadamente, esta situao.

    O problema praticamente eliminado utilizando aos inoxidveis ferrticos com 25 a 30% de

    crmio.

    2.5.1.4. Ataque pelo hidrognio a quente (Hot hydrogen attack)

    Ambientes com altos teores de hidrognio (com pH baixo, devido ao deficiente

    tratamento do vapor em caldeiras, por exemplo) associado s altas temperaturas e

    presses, origina a introduo de hidrognio (H+) difusvel no metal que, quando

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    atinge uma concentrao elevada reage com os carbonetos do ao, nomeadamente

    com o carboneto de ferro da perlite, libertando gs metano.

    A presso gerada pela acumulao de gs metano origina a fissurao do ao.

    Figura 2.10 Ataque pelo hidrognio a quente [8]

    2.6. Comportamento da junta soldada a altas temperaturas

    Aps referir algumas das propriedades necessrias nos aos para altas temperaturas e os

    fenmenos de rotura associados, torna-se necessrio analisar o comportamento da junta

    soldada a altas temperaturas.

    O efeito dos ciclos trmicos existentes durante a operao de soldadura deve ser

    considerado na seleco do material que sujeito a soldadura.

    Para efectuar uma soldadura por fuso, a temperatura na zona fundida superior

    temperatura de fuso do ao. As zonas adjacentes regio de fuso atingem diversas

    temperaturas mximas dependendo da sua distncia zona de fuso. Cada um desses

    ciclos trmicos provoca alteraes metalrgicas que afectam as propriedades do ao.

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    No metal de adio em si, a estrutura dendrtica formada durante a solidificao em um

    nico ciclo trmico semelhante ao de um ao vazado. Em soldadura multipasse, que

    comum quando se solda com espessuras superiores a cerca de 4mm, a zona fundida vai

    sofrer vrios ciclos trmicos, um processo que refina a estrutura de solidificao e altera as

    propriedades da soldadura.

    Da mesma forma, a zona termicamente afectada imediatamente adjacente soldadura, vai

    sofrer diversos ciclos trmicos, provocando alteraes nas suas propriedades.

    Ao seleccionar materiais para construo soldada, as propriedades da zona termicamente

    afectada devem ser consideradas juntamente com o clico trmico do processo de soldadura

    utilizado.

    O arrefecimento rpido usual numa soldadura induz tenses residuais na maioria das vezes

    de uma magnitude que correspondem tenso de cedncia do material. As tenses

    residuais so adicionadas s tenses em servio.

    Nos casos em que as tenses residuais podem influenciar a integridade da estrutura durante

    a sua vida expectvel, o projectista pode especificar um tratamento trmico ps soldadura.

    2.7. Qualificao de procedimentos de soldadura

    A qualificao dos procedimentos de soldadura efectuada de acordo com a norma de

    referncia. No caso em estudo e de acordo com os requisitos contratuais foi efectuada com

    base na norma NP EN ISO 15614-1:2005 [9] tendo em conta as seguintes variveis:

    - Material de base

    - Processos de soldadura utilizados na construo

    - Consumveis de soldadura utilizados

    - Tratamento trmico ps soldadura

    - Especificaes preliminares de procedimento de soldadura

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    No captulo 3 so abordadas as variveis referidas acima, bem como as escolhas adoptadas

    para as qualificaes de procedimento de soldadura.

    2.8. Pr-aquecimento e tratamento trmico ps soldadura

    Para o clculo do pr-aquecimento e tratamento trmico ps soldadura necessitamos de

    entender como se processam as distribuies de temperatura no cordo de soldadura.

    Na figura 2.11 podemos analisar as linhas de temperaturas distribudas num cordo de

    soldadura pelo material depositado, zona termicamente afectada e material de base [10]

    Figura 2.11 Variao da temperatura com o tempo numa junta soldada [10]

    Para melhor entender os efeitos resultantes da permanncia e do alcance de determinadas

    temperaturas, necessrio entender que velocidade de arrefecimento entre as temperaturas

    de 800C e 500C determinante para o estabelecimento das estruturas da ZTA e o tempo

    de permanncia a temperaturas superiores a 1100C ir determinar o tamanho do gro das

    estruturas de soldadura.

    Os diagramas TTT (tempo/temperatura/transformao) podem-nos auxiliar na previso do

    tipo de estruturas expectveis de um determinado material. Infelizmente no foi possvel

    obter o diagrama TTT para o material em estudo (12Cr1MoV). De qualquer forma de

    realar que uma soldadura em condies normais, sofre um arrefecimento rpido e como tal

    susceptvel de provocar estruturas duras que podem originar a rotura do material. Afim de

    evitar estes fenmenos recorre-se ao pr-aquecimento e ao tratamento trmico ps

    soldadura, embora tenham funes distintas.

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    1) Influncia do Pr-aquecimento no ciclo trmico da soldadura

    O pr-aquecimento tem como objectivo reduzir a velocidade de arrefecimento originando

    uma estrutura mais favorvel (menor dureza na ZTA) com menores tenses residuais,

    minimizando a probabilidade de fissurao.

    A ttulo de exemplo demonstra-se na figura 2.12 o efeito numa soldadura de um pr-

    aquecimento de 150C comparativamente com uma soldadura sem pr-aquecimento. Como

    podemos verificar, a velocidade de arrefecimento menor na soldadura com pr-

    aquecimento.

    Figura 2.12 Comparao da taxa de arrefecimento numa soldadura com e sem pr-aquecimento

    [10]

    2) Vantagens do pr-aquecimento

    O pr-aquecimento tem como principais vantagens:

    Reduo da velocidade de arrefecimento

    Produo de menos estruturas duras (martensite, bainite)

    Reduo do risco de fissurao (exemplo: fissurao a frio)

    Reduo de deformaes

    Libertao de hidrognio

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    3) Clculo do pr-aquecimento

    Para o clculo do pr-aquecimento usaremos como referncia a norma NP EN 1011-2:2008

    [11].

    No anexo C desta norma refere-se aos mtodos para evitar a fissurao por hidrognio

    (tambm conhecida por fissurao a frio) que um dos fenmenos de rotura principal nos

    aos para altas temperaturas.

    necessrio ter em considerao que existem muitos mtodos para estimar a temperatura

    de pr aquecimento de uma soldadura, de modo a evitar a fissurao por hidrognio. A

    norma referida tem por base os documentos IX-1602-90 e IX-1631-91 do IIW.

    O mtodo C.4 usado baseado nas seguintes variveis para a atribuio do valor mnimo

    da temperatura de pr aquecimento e da temperatura entre passes:

    Composio qumica do metal de base e do metal de adio;

    Espessura da soldadura e tipo de junta;

    Processo de soldadura e respectivas variveis;

    Escala de hidrognio.

    Com base nestas variveis so definidas tabelas com os valores mnimos a respeitar.

    4) Influncia do tratamento trmico ps soldadura

    O tratamento trmico ps soldadura tem como principal objectivo:

    A relaxao de tenses residuais;

    O refinamento do gro;

    Revenir estruturas temperadas;

    A libertao de gases introduzidos durante a soldadura;

    Melhorar a ductilidade da junta soldada;

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    Especificamente, o tratamento de relaxao de tenses tem como principal objectivo reduzir

    ou mesmo anular o estado de tenses residuais devido soldadura; porm, permite ainda

    efectuar um revenido das estruturas da soldadura assim como a libertao de hidrognio.

    Nestes tratamentos trmicos dever-se- controlar as velocidades de aquecimento e

    arrefecimento assim como a temperatura e tempo de patamar.

    Este tratamento poder ter os seguintes inconvenientes:

    Diminuir a resistncia ao impacto para certos aos;

    Diminuir a tenso limite de elasticidade e tenso de rotura para aos temperados e

    revenidos quando o tratamento efectuado a temperaturas superiores s do

    revenido;

    Aumentar o risco de fissurao nos aos Cr-Mo;

    Aumentar o risco de precipitao de carbonetos de crmio ou de formao da fase

    sigma nas soldaduras heterogneas ou em recargas com aos inoxidveis

    austeniticos

    5) Determinao do tratamento trmico ps soldadura

    O clculo do tratamento trmico ps soldadura complexo dadas as variveis existentes e a

    sua complexidade de clculo.

    A norma de projecto usada apenas refere que caso seja necessrio um tratamento trmico

    ps soldadura a componentes dever ser demonstrado que os procedimentos usados so

    apropriados. Deve-se referir tambm que sendo esta norma aplicvel a estruturas metlicas

    no prev a utilizao de materiais usados em caldeiras.

    Uma vez que no existe base para o clculo do tratamento trmico, foram retiradas por

    aproximao, os parmetros do tratamento trmico ps soldadura das seguintes normas e

    cdigos:

    EN 12952-5:2001 - Water-tube boilers and auxiliary installations - Part 5:

    Workmanship and construction of pressure parts of the boiler [12]

    ASME BVP (Boiler and Pressure Vessel) Section I:2010 Rules for Construction of

    Power Boilers [13]

    A execuo do tratamento trmico depende de diversos factores de exequibilidade, tais

    como as dimenses, localizao e geometrias das peas. Caso sejam inexequveis, ser

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    necessrio um estudo para poder prescindir do tratamento trmico, tendo este de ser

    sempre demonstrado atravs de procedimento de soldadura aprovado,

    Numa primeira anlise e face s dimenses, localizao e geometrias das peas a soldar a

    execuo de tratamento trmico poder ser uma condicionante a ter em considerao.

    2.9. Especificaes preliminares de procedimento de soldadura

    Para efectuar a qualificao dos procedimentos de soldadura, necessrio efectuar

    especificaes preliminares de procedimento de soldadura que definem todos os

    parmetros necessrios para a realizao dos corpos de prova utilizados na qualificao de

    procedimento de soldadura. Para tal necessrio analisar as seguintes variveis:

    Material de base;

    Espessura do material

    Processo de soldadura

    Posies de soldadura

    Tipo de junta/soldadura

    Material de adio, designao

    Material de adio, fabrico (fabricante e designao comercial)

    Material de adio, dimenso

    Tipo de corrente

    Entrega trmica

    Temperatura de pr-aquecimento

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    3. Materiais e mtodos experimentais

    3.1. Caractersticas do material em estudo

    O material utilizado neste estudo foi o ao 12Cr1MoV que tem como principal aplicao as

    caldeiras e reservatrios sob presso sujeitos a temperaturas superiores temperatura

    ambiente.

    A norma de referncia deste material a norma GB 713:2009 [1] intitulada Chapas em ao

    para caldeiras e reservatrios sob presso

    A codificao do material efectuada de acordo com o seu teor em carbono e as inicias dos

    elementos de liga e a letra R, no final, significado que aplicvel em reservatrios.

    As variaes permissveis da composio qumica no material acabado devem estar

    conforme a norma GB/T 222:2006 [14].

    A composio qumica do material de acordo com a norma referida est indicada na tabela

    3.01.

    Material Composio (Fraco mssica) [%]

    C Si Mn Cr Mo V P S

    12Cr1MoVR 0,08 a 0,15

    0,15 a 0,40

    0,40 a 0,70

    0,90 a 1,20

    0,25 a 0,35

    0,15 a 0,30

    0,025 0,010

    Tabela 3.01 Composio qumica do material 12Cr1MoV [1]

    O ao obtido por fuso em forno elctrico ou convertidor de oxignio.

    A temperatura de tmpera do material no dever ser inferior a 680C

    As propriedades mecnicas do material de acordo com a norma de referncia esto

    indicadas nas tabelas 3.02 e 3.03.

    Material Condio de

    Entrega

    Espessura da Chapa

    [mm]

    Ensaio Traco

    Tenso de Rotura

    [MPa]

    Tenso de Cedncia

    [MPa]

    Alongamento

    [%]

    No inferior a

    12Cr1MoVR Normalizao e

    Tmpera

    6 x 60 440 590 245 19

    60 < x 100 430 580 235

    Tabela 3.02 Propriedades mecnicas Ensaio de traco [1]

  • Pgina 34 de 129

    Material Condio de

    Entrega

    Espessura da Chapa

    [mm]

    Ensaio Impacto Ensaio de Dobragem

    Temp.

    [C]

    Impacto Tipo V

    [J]

    180

    No inferior a

    12Cr1MoVR Normalizao

    e Tmpera

    6 x 60 20 34 d = 3a

    60 < x 100

    Tabela 3.03 Propriedades mecnicas Ensaio de impacto e dobragem [1]

    A tenso de cedncia em funo da temperatura de funcionamento encontra-se na tabela

    3.04 e figura 3.01.

    Material Espessura

    [mm]

    Temperatura de Teste [C]

    200 250 300 350 400 450 500

    Tenso de Cedncia [MPa]

    12Cr1MoVR 20 < x 100 200 190 176 167 157 150 142

    Tabela 3.04 Performance mecnica a altas temperaturas [1]

    Figura 3.01 Comportamento mecnico a altas temperaturas [1]

    200

    190

    176

    167

    157

    150

    142

    120

    140

    160

    180

    200

    220

    200 250 300 350 400 450 500

    Ten

    so

    de

    ce

    d

    nci

    a [M

    Pa]

    Temperatura [C]

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    3.2. Ensaios ao material de base

    Foram realizados ensaios ao material de base com o objectivo de verificar:

    1) Caractersticas qumicas e mecnicas do material face norma de referncia

    2) Os valores de enxofre (S) e fsforo (P) obtidos

    3) A relao Mn/S

    Foram realizados diversos ensaios ao material de base que consistem na seguinte anlise:

    Ensaio Mtodo de ensaio

    Anlise da composio qumica

    a) Espectrometria de emisso ptica

    b)

    Espectrometria de emisso ptica e absoro de

    infravermelhos para a determinao do contedo

    de carbono (C) e enxofre (S)

    c) Espectroscopia por fluorescncia de raios X (FRX)

    Ensaio de traco De acordo com a norma GB/T 228:2002 [15]

    (equivalente ISO 6892-1:2009 [18])

    Ensaio de dobragem De acordo com a norma GB/T 232:1999 [17]

    (equivalente ISO 7438-1:1985 [19])

    Ensaio de impacto

    De acordo com a norma GB/T 229:2007 [16]

    (equivalente ISO 148-1:1983 [20])

    Provete: Charpy V

    Temperatura de ensaio: 20C

    Ensaio de Caracterizao da

    microestrutura do ao Difraco por Raios X (DRX)

    Tabela 3.05 Ensaios realizados ao material de base

    - Anlise da composio qumica

    A anlise da composio qumica consiste na determinao quantitativa de elementos

    presentes no material.

    Foram realizados 3 ensaios para determinao da composio qumica no mbito que

    seguidamente se indica.

  • Pgina 36 de 129

    1) Mtodo a) Espectrometria de emisso ptica. Foi realizado ao material de base

    usado nas qualificaes de procedimento de soldadura e teve como objectivo

    verificar apenas a composio qumica dos elementos requeridos pela norma do

    material. No foram testados quaisquer elementos adicionais;

    2) Mtodo b) - Espectrometria de emisso ptica e absoro de infravermelhos.

    semelhana do mtodo a), foi realizado ao material base usado nas qualificaes de

    procedimento de soldadura e teve como objectivo verificar todos os elementos

    presentes no material incluindo elementos no requeridos na norma do material.

    3) Mtodo c) - Espectroscopia por fluorescncia de raios X (FRX). Neste caso, foi

    utilizado um mtodo diferente dos anteriores, realizado ao material base usado nas

    qualificaes de procedimento de soldadura e teve como objectivo verificar e

    introduzir outro termo de comparao, neste caso com um mtodo diferente, dos

    resultados obtidos nos dois mtodos anteriores.

    a) Espectrometria de emisso ptica

    Esta tcnica consiste na excitao dos tomos de uma determinada amostra, atravs de um

    arco, ou fasca elctrica. Provoca-se a excitao de electres da camada externa custa da

    energia elctrica e das altas temperaturas atingidas aquando da descarga elctrica de

    algumas centenas, ou mesmo milhares, de volts.

    Os tomos, ies ou molculas gasosas, quando excitados trmica ou electricamente,

    emitem radiao caracterstica na zona do visvel e ultravioleta.

    A caracterizao e identificao dos comprimentos de onda da emisso e das intensidades

    de radiao produzidas deste modo permitem o emprego destas tcnicas em anlise

    qualitativa e quantitativa de elementos.

    A espectrometria de emisso uma tcnica fundamental para anlise qualitativa de cerca

    de 70 elementos, atravs da excitao de apenas alguns miligramas de amostra, sem haver

    necessidade de qualquer tratamento prvio.

  • Pgina 37 de 129

    Pode fazer-se a determinao de vrios elementos simultaneamente, pelo que um mtodo

    muito rpido, razo pela qual usado em laboratrio de controlo industrial onde o tempo de

    execuo de anlise muitas vezes fundamental.

    O equipamento usado no ensaio foi um Hilger Analytical Polyvac 2000

    b) Espectrometria de emisso ptica e absoro de infravermelhos

    O ensaio de espectrometria de emisso ptica realizado o mesmo j referido

    anteriormente, mas para a determinao do contedo de carbono (C) e enxofre (S) recorreu-

    se ao mtodo de absoro por infravermelhos.

    Este mtodo baseia-se na observao de que as ligaes qumicas apresentam frequncias

    especficas s quais vibram, a nveis de energia bem definidos.

    Estas frequncias de vibrao, ou frequncias de ressonncia, so determinadas pela forma

    da molcula, pelos seus nveis de energia e pela massa dos tomos que a constituem.

    O equipamento usado neste ensaio foi um LECO CS 230.

    c) Espectroscopia por fluorescncia de raios X (FRX).

    A fluorescncia de raios-X (FRX) uma tcnica analtica multielementar e no destrutiva

    usada para obter informaes qualitativas e quantitativas da composio elementar das

    amostras a testar.

    Esta metodologia est baseada na produo e deteco de raios-X caractersticos emitidos

    pelos elementos constituintes da amostra quando irradiada com electres, protes, raios-X

    ou gama com energias apropriadas.

    As suas principais vantagens so ser uma tcnica no destrutiva que no necessita de

    destruio das amostras e no necessitar de uma preparao especial das amostras.

    A reprodutibilidade de resultados por esta tcnica muito precisa e rpida (entre 30

    segundos a 30 minutos) contudo necessita de padres adequados.

    - Ensaio de traco

    Este ensaio tem como objectivo a determinao da tenso de rotura, tenso de cedncia e

    alongamento numa amostra de material de base.

    Este ensaio foi realizado temperatura ambiente de 23 C 5 C.

  • Pgina 38 de 129

    O corpo de prova foi obtido por maquinagem e tem uma forma prismtica.

    Este ensaio consistiu inicialmente em colocar o dinammetro do equipamento no zero

    antes de fixar o corpo de prova. O dinammetro aps ser fixo no pode ser alterado durante

    o teste.

    O corpo de prova fixo por meios adequados ao equipamento. garantido que a fora

    aplicada ao corpo de prova axial para minimizar dobragens. Para obter o alinhamento do

    corpo de prova, usada uma fora desde que no exceda 5% da tenso de cedncia do

    material do corpo de prova.

    medido e marcado no corpo de prova o comprimento inicial do provete L0 na seco de

    teste que foi usada para determinao do alongamento.

    A tenso de cedncia obtida pela curva de tenso-deformao, como indicada a ttulo de

    exemplo na figura 3.02, sendo o valor de tenso correspondente linha recta paralela

    poro elstica, passando pela deformao de 0,2% da deformao total.

    Figura 3.02 Ensaio de traco - Curva tipo de tenso-deformao [18]

    Para a determinao do alongamento aps rotura, medido o valor do comprimento inicial

    (L0) e final (Lu) do corpo de prova e calculado atravs da equao (1).

    (1)

  • Pgina 39 de 129

    Em que no caso em estudo o comprimento inicial obtido de acordo com a equao (2).

    (2)

    De acordo com as caractersticas do material os valores obtidos tem de estar conforme com

    a tabela 3.06.

    Rm

    [MPa]

    ReL

    [MPa]

    A

    [%]

    430 235 19

    Tabela 3.06 Critrio de aceitao das propriedades mecnicas para ensaio de traco [1]

    - Ensaio de dobragem

    Este ensaio tem como objectivo avaliar a ductilidade do material.

    Consistiu na dobragem a 180 de um corpo de prova de acordo com a figura 3.03.

    Figura 3.03 Ensaio de dobragem Esquema do ensaio [19]

    A distncia entre suportes (l) deve respeitar a seguinte formula (3):

    (3)

    As arestas do corpo de prova devem possuir um raio mnimo de:

    - 1mm para espessuras do provete inferiores a 10mm

    - 1,5mm espessuras do provete superiores a 10mm e inferiores a 50mm.

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    A largura do corpo de prova dever estar compreendida entre 20mm a 50mm.

    A fora aplicada dever ser aplicada lentamente de modo a permitir a deformao plstica

    livre do material. Pode ser usada uma taxa de 10,2mm/s.

    Aps a dobragem do corpo de prova num ngulo de 180, deve-se proceder inspeco

    visual, no sendo aceite qualquer tipo de fissura visvel no corpo de prova

    - Ensaio de impacto

    Este ensaio tem como objectivo definir a energia absorvida num ensaio de impacto usando

    um pndulo gravtico.

    O corpo de provete deve ter 55mm de comprimento com seco quadrada de 10mm de lado

    possuindo a meio do comprimento um entalhe em V. Se a pea no possuir a espessura

    mnima de 10mm para obter a seco, podemos obter uma seco com 5mm de lado e

    2,5mm de lado como foi utilizado para os provetes com espessura reduzida.

    O ensaio foi realizado temperatura ambiente (20C)

    O entalhe deve ser cuidadosamente preparado de modo a garantir que o raio existente na

    raiz do entalhe no possui marcas de maquinagem que possam afectar os resultados.

    As dimenses do entalhe e corpo de prova encontram-se definidos na figura 3.04 e tabela

    3.07.

    Figura 3.04 Ensaio de impacto Dimenses do corpo de prova [20]

  • Pgina 41 de 129

    Designao Smbolo Dimenso nominal

    Tolerncia de maquinagem

    ngulo do entalhe 1 45 2

    Altura abaixo do entalhe 2 8mm 0,075mm

    Raio de curvatura na raiz do entalhe 3 0,25mm 0,025mm

    Distncia o plano de simetria do entalhe aos extremos do provete

    4 27,5mm 0,42mm

    ngulo entre as faces do provete 5 90 2

    Tabela 3.07 Dimenses e tolerncias dos provetes para ensaios de impacto [20]

    Foram realizados 3 ensaios por cada amostra

    O critrio de aceitao requerido para o material :

    - Mdia obtida nos 3 ensaios 31J

    - Valor individual por ensaio 21,7J

    Estes valores so definidos para os corpos de prova com 10mm de seco quadrada. Para

    os corpos de prova com seco reduzida necessrio interpolar os valores

    - Ensaio de Caracterizao da microestrutura do ao

    A anlise do perfil dos picos de difraco um mtodo no destrutivo de estudo da

    microestrutura dos materiais.

    A difraco de raios-X permite estudar as caractersticas cristalografias dos materiais. O

    equipamento de difraco de raios-X basicamente um tubo emissor de raios-X, uma

    cmara circular onde se situa a amostra (gonimetro) e um detector que recebe os raios

    difractados. A tcnica de ensaio consiste em incidir um feixe de raios-X (de comprimento de

    onda conhecido), sobre uma determinada amostra. Como consequncia o feixe difracta-se e

    reflecte com ngulos que so caractersticos do retculo cristalino, obtendo-se o

    correspondente difratograma.

    O equipamento utilizado constitudo por um sistema Rigaku, modelo DMAX III-C e um

    sistema SIEMENS baseado num gerador de nodo rotativo.

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    3.3. Qualificao de procedimentos de soldadura

    No caso em estudo foi efectuado nas qualificaes de procedimento de soldadura para as

    espessuras de 25mm um tratamento trmico ps soldadura com o objectivo de reduzir estas

    tenses residuais. Ao nvel da fluncia no nos foi possvel efectuar testes de forma a

    analisar o comportamento da junta a este fenmeno, bem como a reduo da vida

    expectvel do material face diminuio das propriedades na zona termicamente afectada.

    Como j referido na introduo, a qualificao dos procedimentos de soldadura foi efectuada

    com base na norma NP EN ISO 15614-1:2005 [9] tendo em conta as seguintes variveis:

    - Material de base e seu enquadramento na norma ISO/TR 15608:2005 [21]

    - Processos de soldadura utilizados na construo

    - Consumveis de soldadura utilizados

    Os ensaios realizados com base nos corpos de prova e os requisitos da norma foram os

    seguintes:

    1) Inspeco visual da soldadura

    2) Ensaio de traco transversal (2 provetes retirados do corpo de prova)

    3) Ensaio de dobragem transversal (4 provetes retirados do corpo de prova)

    4) Ensaio de dureza

    5) Ensaio por radiografia ou ultrassons

    6) Ensaio por lquidos penetrantes

    7) Exame macroscpico

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    a) Remoo dos provetes

    Os provetes para ensaios foram removidos de acordo com a figura 3.05.

    Figura 3.05 Localizao e remoo dos provetes [9]

    Os provetes so removidos aps todos os ensaios no destrutivos (END) terem sido

    realizados e aceites no critrio de inspeco relevante para o tipo de END utilizado.

    aceitvel que os provetes sejam removidos de locais que evitem zonas que possuam

    imperfeies dentro dos limites de aceitao para o tipo de END utilizado.

    b) Requisitos dos ensaios no destrutivos

    Todos os ensaios no destrutivos realizados, no caso particular ensaio de inspeco visual,

    ensaio por radiografia e ensaio por lquidos penetrantes so realizados antes do corte dos

    provetes.

    Qualquer tratamento trmico aps soldadura que seja especificado, completado antes dos

    ensaios no destrutivos.

  • Pgina 44 de 129

    Os ensaios no destrutivos, para os materiais que sejam susceptveis fissurao por

    hidrognio e onde no tenha sido especificado tratamento trmico aps soldadura, no so

    efectuados imediatamente aps o trmino da soldadura.

    Dependendo da geometria da junta, dos materiais e dos requisitos para o trabalho, os END

    so realizados de acordo as seguintes normas:

    - Inspeco visual da soldadura - EN 970:1997 [22]

    - Ensaio por radiografia ou ultrassons - EN 1435:1997 [23] ou EN 1714:1998 [24]

    - Ensaio por lquidos penetrantes - EN 571-1:1997 [25]

    Estes ensaios tm como objectivo a deteco de descontinuidades. Para a deteco de

    descontinuidades superficiais utilizado o ensaio por lquidos penetrantes. Para a deteco

    de descontinuidades internas poder ser utilizado o ensaio por radiografia ou ultrassons,

    dependendo da espessura do corpo de prova. Usualmente poderemos substituir o ensaio

    por radiografia pelo ensaio por ultrassons em corpos de prova cuja espessura seja superior

    a 8mm.

    Seguidamente se descrevem os procedimentos para execuo dos ensaios referidos.

    - Inspeco visual da soldadura

    A Inspeco visual da soldadura consiste na inspeco antes, durante e aps soldadura do

    corpo de prova. Este ensaio tem como objectivo a deteco de descontinuidades na

    soldadura.

    Os equipamentos usados na inspeco visual so:

    a) Rgua graduada com escala mnima de 1mm;

    b) Escantilho de soldadura adequado para medio de soldaduras topo-a-topo em

    chapa;

    c) Espelho para zonas inacessveis;

    d) Lupa com ampliao de 2x a 5x com escala na lente.

    As condies de iluminao da soldadura possuem um mnimo de 350 lx, sendo preferencial

    o uso de 500 lx.

  • Pgina 45 de 129

    A inspeco visual tem como objectivo a verificao dos factores enunciados seguidamente

    nas diversas fases da soldadura.

    Antes da soldadura:

    a) A forma e dimenses da preparao dos corpos de prova encontram-se de

    acordo com a especificao de procedimento de soldadura;

    b) O chanfro e zonas adjacentes encontram-se devidamente limpos;

    c) Os corpos de prova a soldar esto fixos entre si.

    Durante a soldadura:

    d) Em cada passe de soldadura efectuada uma limpeza com rebarbadora com

    especial ateno para a zona de juno do material depositado com a face do

    material de base;

    e) No existem imperfeies visveis tais como fissuras ou cavidades. Caso existam

    devem ser tomadas aces para correco antes de efectuar outro cordo ou

    camada:

    f) A transio entre passes e entre o material depositado e o metal de base possui

    uma forma suave de forma a permitir uma fuso aceitvel na soldadura dos

    passes seguintes;

    g) A forma do cordo de soldadura est de acordo com o mencionado na

    especificao de procedimento de soldadura

    Aps soldadura:

    a) Limpeza e Alisamento do cordo de soldadura

    1) A escria foi removida com escova de arame ou rebarbadora para evitar

    que as imperfeies fiquem escondidas;

    2) No existem marcas de ferramentas na soldadura nomeadamente

    utilizao de escopros ou cunhas para limpeza;

    3) Quando requerido o alisamento face do cordo de soldadura, este no

    deve ser efectuado imediatamente aps a concluso da soldadura pois ir

    provocar um aquecimento excessivo do cordo. No devem existir marcas

    de rebarbagem e acabamento irregular;

    4) Quando requerido o alisamento face do cordo de soldadura para

    costuras de topo e de canto a juno do material depositado com o

    material de base deve ser suave, sem irregularidades.

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    b) Dimenses do cordo de soldadura

    1) A concavidade / convexidade do cordo de soldadura esto uniformes e

    similares ao esquema representado nas especificaes de procedimento

    de soldadura;

    2) A superfcie do cordo regular, o padro e a distncia das marcas

    resultantes da oscilao na soldadura so uniformes e apresentam uma

    aparncia satisfatria;

    3) A largura do cordo de soldadura consistente (uniforme) em toda a

    soldadura inspeccionada.

    c) Raiz e Superfcie do cordo de Soldadura

    1) No caso da soldadura de topo ser efectuada de um s lado e quando

    possvel examinar o lado da raiz, a concavidade do passe de raiz

    apresenta-se uniforme e similar ao esquema representado nas

    especificaes de procedimento de soldadura, no evidenciando excesso

    nem falta de penetrao.

    2) Na transio entre o passe de raiz e o metal de base no existem fendas e

    este apresenta uma transio suave.

    3) No existem imperfeies tais como fendas ou poros, no passe de raiz ou

    na zona termicamente afectada no lado do passe de raiz.

    - Ensaio por radiografia

    O ensaio por radiografia tem como objectivo no caso em estudo a deteco de

    descontinuidades na soldadura atravs da emisso de radiao e possui uma capacidade

    de deteco volumtrica (permite a deteco de descontinuidades na soldadura em todo o

    seu volume).

    Foi usado nos ensaios um equipamento de raios X RIX-05

    A posio da fonte, do filme e provete utilizada encontra-se na figura 3.06

    Figura 3.06 Ensaio por raios X Posio fonte, filme e provete

    [23]

  • Pgina 47 de 129

    Foi usado um filme KODAK T200 da classe C4 com uma distncia da fonte ao filme de

    700mm e uma densidade obtida de 2,64.

    A tcnica de ensaio usada foi A correspondente s tcnicas bsicas de acordo com a

    norma do ensaio j referida.

    - Ensaio por ultrassons

    O ensaio por ultrassons, semelhana do anterior, tem como objectivo no caso em estudo a

    deteco de descontinuidades na soldadura atravs da emisso de ondas acsticas de

    comprimento onda curto e alta frequncia e possui uma capacidade de deteco volumtrica

    (permite a deteco de descontinuidades na soldadura em todo o seu volume).

    Foi usado nos ensaios um equipamento de ultrassons KRAUTKRAMER USM 25

    As sondas usadas nos ensaios foram as seguintes:

    1) KRAUTKRAMER MSEB4-0 com frequncia de 4 MHz e ngulo de incidncia de 0

    2) KRAUTKRAMER MWB60-4E com frequncia de 4 MHz e ngulo de incidncia de 60

    3) KRAUTKRAMER MWB70-4E com frequncia de 4 MHz e ngulo de incidncia de 70

    As posies das sondas usadas no provete foram a E, A, B, C e D de acordo com a figura

    3.07

    Figura 3.07 Ensaio por ultrassons Posies da sonda face ao corpo de prova [24]

    O acoplante usado para garantir a propagao das ondas acsticas da sonda para o provete

    foi cola celulsica.

    - Inspeco por lquidos penetrantes

    O ensaio por lquidos penetrantes tem como objectivo no caso em estudo a deteco de

    descontinuidades na soldadura atravs do uso de um lquido corante capaz de evidenciar

    atravs da sua cor ou fluorescncia a existncia de falhas superficiais e possui uma

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    capacidade de deteco superficial (permite apenas a deteco de descontinuidades na

    superfcie da soldadura ou descontinuidades abertas para a superfcie).

    Foi usado o mtodo de ensaio por lquidos penetrantes coloridos removveis com solvente.

    Foram usados os seguintes produtos:

    1) Agente de limpeza CGM Velnet Solnet

    2) Penetrante CGM Rotvel Avio B

    3) Removedor CGM Velnet Solnet

    4) Revelador CGM Rotrivel U / White W

    O tempo de penetrao e revelao usado foi 10 minutos.

    A inspeco foi efectuada com luz branca.

    c) Requisitos dos ensaios destrutivos

    Aps a realizao e aprovao dos ensaios no destrutivos procede-se ao corte dos

    provetes para a realizao dos seguintes ensaios destrutivos. Os ensaios destrutivos

    semelhana dos anteriores devem ser realizados de acordo com as seguintes normas:

    - Ensaio de traco transversal NP EN 895:2002 [26]

    - Ensaio de dobragem EN 910:1996 [27]

    - Inspeco macroscpica NP EN 1321:2002 [28]

    - Ensaio de dureza EN 1043-1:1995 [29]

    - Ensaio de traco transversal

    Este ensaio tem como objectivo a determinao da tenso de rotura e a localizao da

    fractura numa junta soldada topo-a-topo.

    aplicada, em contnuo, uma carga de traco crescente, at sua rotura.

    Os provetes so cortados e maquinados de acordo com a figura 3.08.

  • Pgina 49 de 129

    Figura 3.08 Ensaio de traco Dimenses do corpo de prova [26]

    O provete respeita as dimenses seguintes:

    Designao Smbolos Dimenses [mm]

    Comprimento total LT Adequado mquina de ensaio

    Largura das cabeas de amarrao b1 b + 12

    Largura do paralelo calibrado b 12 para a 2 25 para a 2

    Comprimento do paralelo calibrado LC > LS + 60

    Raio de concordncia r > 25

    Tabela 3.08 Ensaio de traco Dimenses dos provetes [26]

    As fases finais de preparao so executadas por torneamento ou rectificao, sendo

    tomadas precaues de modo a evitar tenses superficiais devidas a endurecimento ou por

    excessivo aquecimento do material.

    Aps a rotura do provete, so examinadas as superfcies de fractura e analisada a

    existncia de quaisquer imperfeies que possam ter prejudicado o ensaio, incluindo o seu

    tipo, tamanho e quantidade.

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    - Ensaio de dobragem

    Este ensaio tem como objectivo avaliar a ductilidade do material atravs de ensaios de

    dobragem transversais na raiz e face da soldadura e ensaios laterais da soldadura em

    soldaduras topo-a-topo.

    No caso dos provetes de 6mm so efectuadas 2 dobragens de raiz e 2 dobragens de face,

    nos provetes de 25mm so efectuadas 4 dobragens laterais.

    Os provetes so cortados e maquinados de acordo com as figuras 3.09 e 3.10, dependendo

    do tipo de ensaio a realizar:

    Figura 3.09 Ensaio de dobragem Provete para dobragem de raiz ou face [27]

    As fases finais de preparao so executadas por torneamento ou rectificao, devendo ser

    tomadas precaues de modo a evitar tenses superficiais devidas a endurecimento ou por

    excessivo aquecimento do material.

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    Figura 3.10 Ensaio de dobragem Provete para dobragem lateral [27]

    O ensaio encontra-se descrito nas figuras 3.11 e 3.12, dependendo do tipo de ensaio a

    realizar:

    Figura 3.11 Ensaio de dobragem Esquema do ensaio para dobragem de raiz ou de face [27]

    Na figura 3.11 encontra-se exemplificado o ensaio de dobragem de face. Para proceder ao

    ensaio de dobragem de raiz, a face da soldadura est na direco do macho.

    importante referir que para executar o ensaio descrito, necessrio verificar a seguinte

    condio inicial:

    No ensaio de dobragem lateral, para alm de ser necessrio verificar a condio inicial,

    necessrio assegurar a seguinte condio final:

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    Figura 3.12 Ensaio de dobragem Esquema do ensaio para dobragem lateral [27]

    Aps o ensaio, ambas as superfcies (internas e externas) so analisadas.

    Caso no seja especificado, imperfeies inferiores a 3mm nas extremidades do provete

    no originam falha do ensaio.

    - Inspeco macroscpica

    Este ensaio tem como objectivo revelar as caractersticas macroscpicas da junta soldada e

    identificar eventuais defeitos, normalmente pelo exame de seces transversais.

    O ensaio foi realizado com ataque qumico com Nital a 2% e permite detectar as seguintes

    caractersticas:

    1) Fissurao a quente

    2) Fissurao a frio

    3) Arrancamento lamelar

    4) Porosidades

    5) Incluses

    6) Falta de fuso/penetrao

    7) Forma geomtrica

    8) ZTA

    9) Passes e camadas

    10) Estrutura de solidificao

    11) Preparao da junta

    12) Direco de laminagem/extruso

    13) Direco da estrutura lamelar (gro)

    14) Segregao

    15) Reparao e no conformidade

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    16) Efeitos mecnicos e trmicos

    Este ensaio aplica-se a provetes orientados perpendicularmente ao eixo da soldadura,

    incluindo o metal depositado e as zonas termicamente afectadas em ambos os lados da

    soldadura.

    Para os provetes de 6mm foi utilizada uma ampliao de 2,5x a 3,5x. Para os provetes de

    25mm foi usada uma ampliao de 2,1x a 2,2x

    A superfcie inspeccionada aps o ataque qumico no que respeita s caractersticas

    referidas anteriormente.

    - Ensaio de dureza

    Este ensaio tem como objectivo avaliar a dureza e consiste na impresso de uma pequena

    marca feita na superfcie da pea, pela aplicao de presso, com uma ponta de penetrao

    (endentador). A medida da dureza do material dada em funo das caractersticas da

    marca de impresso e da carga aplicada.

    O ensaio realizado foi HV10.

    As medies so efectuadas de acordo com a figura 3.13, dependendo do tipo de soldadura

    efectuado.

    Figura 3.13 Ensaio de dureza Localizao das medies no corpo de prova [28]

    A distncia recomendada entre o centro da indentao e a ZTA de 1mm para o caso em

    estudo (HV1 e material ferroso)

    O nmero de medies e distncia entre si suficiente para definir zonas endurecidas ou

    amaciadas devido soldadura.

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    So efectuadas medies suficientes para assegurar que o material de base no afectado

    testado. Na zona de metal fundido, a distncia entre medies seleccionada e verificada

    para garantir que os resultados obtidos permitem uma definio coerente da junta soldada.

    As fases finais de preparao so executadas com as devidas precaues de modo a no

    afectar os valores de dureza do provete.

    3.3.1. Material de base e seu enquadramento na norma ISO/TR 15608:2005 [21]

    Os materiais de base de so agrupados segundo a norma ISO/TR 15608:2005 [21] afim de

    permitir a sua utilizao num grupo de materiais com as mesmas caractersticas e no

    restringir a qualificao do procedimento de soldadura a um nico material.

    A composio qumica do material 12Cr1MoV est indicada na tabela 3.09.

    Material Composio (Fraco mssica) [%]

    C Si Mn Cr Mo V P S

    12Cr1MoVR 0,08 a

    0,15

    0,15 a

    0,40

    0,40 a

    0,70

    0,90 a

    1,20

    0,25 a

    0,35

    0,15 a

    0,30 0,025 0,010

    Tabela 3.09 Composio qumica [1]

    De acordo com a norma ISO/TR 15608:2005 [21], os materiais encontram-se agrupados da

    seguinte forma:

    - Ao (Grupo 1 a 11)

    - Alumnio e suas ligas (Grupo 21 a 26)

    - Cobre e suas ligas (Grupo 31 a 38)

    - Nquel e suas ligas (Grupo 41 a 48)

    - Titnio e suas ligas (Grupo 51 a 54)

    - Zircnio e suas ligas (Grupo 61 a 62)

    - Ferros fundidos (Grupo 71 a 76)

    Aps uma anlise superficial ao material de base (12Cr1MoV), este poderia eventualmente

    ser enquadrado num dos grupos listados na tabela 3.10, de acordo com a norma ISO/TR

    15608:2005 [21]:

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    Grupo Subgrupo Tipo de Material

    4

    Ao de liga com baixo vandio Cr-Mo-(Ni) com Mo0,7% e V0,1%

    4.1 Aos com Cr0,3% e Ni0,7%

    4.2 Aos com Cr0,7% e Ni1,5%

    5

    Aos Cr-Mo sem vandio com C0,35%

    5.1 Aos com 0,75%Cr1,5% e Mo0,7%

    5.2 Aos com 1,5%

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    c) Grupo 6

    Na tabela 3.11 encontram-se indicados os valores permitidos para os subgrupos do grupo 6.

    A vermelho encontram-se os valores que o material de base no respeita, a verde, por

    oposio, aqueles que satisfazem os requisitos.

    Elementos Subgrupos (ISO/TR 15608:2005 [21]) Material

    12Cr1MoV 6.1 6.2 6.3 6.4

    Crmio 0,3 a 0,75 0,76 a 3,5 3,6 a 7,0 7,1 a 12,5 0,90 a 1,20

    Molibdnio 0 a 0,7 0,8 a 1,2 0 a 0,7 0,8 a 1,2 0,25 a 0,35

    Vandio 0 a 0,35 0 a 0,35 0,45 a 0,55 0 a 0,35 0,15 a 0,30

    Tabela 3.11 Comparativo do grupo 6 da ISO/TR 15608:2005 versus material 12Cr1MoV [1], [21]

    Pela anlise efectuada conclui-se que a qualificao de procedimento de soldadura tem de

    ser efectuada especificamente para o material 12Cr1MoV uma vez que no possvel

    enquadrar o material nos grupos da norma ISO/TR 15608:2005 [21].

    3.3.2. Processos de soldadura utilizados na construo

    O material de base fabricado na China e chega ao local de montagem em contentores de

    20 e 40 ps.

    Existe um local ao ar livre de pr-fabrico das condutas e reactores. Nas figuras 3.14 e 3.15

    demonstra-se o referido estaleiro com o tipo de material a soldar.

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    Figura 3.14 Estaleiro de pr-fabrico da SIMI na EDP em Sines

    Figura 3.15 Condutas de ligao ao reactor na EDP em Sines

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    Uma vez que o material a soldar constitudo maioritariamente por chapas e a soldadura

    efectuada ao ar livre o processo de soldadura adoptado para este caso o processo 136

    (Processo de soldadura por fios fluxados com proteco gasosa activa) e 111 (Processo de

    soldadura por elctrodos revestidos) de acordo com a norma ISO 4063:2009 [30].

    Nas ligaes a efectuar montagem sero utilizados os mesmos processos, embora com

    maior predominncia do processo 111 (Processo de soldadura por elctrodos revestidos)

    devido s condicionantes de acessibilidade existentes no local de montagem.

    de referir que o processo 136 com o consumvel escolhido utiliza como gs de proteco

    100% CO2 que economicamente mais vivel que os outros tipos de gs utilizados neste

    processo, com resultados aceitveis e baixo ndice de projeces.

    A escolha do processo foi efectuada com base em razes econmicas de rentabilidade da

    operao, adaptao dos soldadores da SIMI ao processo em questo, tipo de soldadura a

    efectuar, acessibilidades e condicionantes existentes no local de pr-fabrico e montagem

    Ponderou-se tambm o eventual uso do processo 114 (Processo de soldadura por fios

    fluxados auto protegidos), mas os consumveis para este material base no se encontravam

    disponveis no momento da consulta no mercado. Alm do mais face ao leque de

    soldadores existentes na SIMI, a diferena de operao do processo 136 para o 114, obriga

    formao dos soldadores pois no um processo comum de utilizao na rea da

    metalomecnica comparativamente com o processo 136.

    Considera-se no entanto, sempre que possvel, o uso do processo 114 neste tipo de

    montagem devido sua menor sensi