tambores de coque e reatores de HDT. Como detalhado anteriormente, estes são submetidos a condições severas de operação, principalmente, temperatura elevada por muitos anos de operação.
Na Etapa 5 será apresentada a simulação da soldagem de reparo em condições semelhantes aos tambores de coque e aos reatores de HDT. Normalmente o reparo é realizado no material na condição envelhecido.
Para avaliar esse envelhecimento dois tipos de tratamentos térmicos são muito utilizados: o envelhecimento isotérmico e o tratamento térmico de “Step Cooling”. O tratamento térmico de “Step cooling” tem o objetivo de acelerar o fenômeno de fragilização do material. O “step cooling” tornou-se padrão por diversas normas para estudo de fragilização dos aços CrMo e CrMoV, dentre elas, a norma Petrobras I-ET-5000.00-0000-500-PPC-001, API RP934A e API RP934C. Baseado nisso, foi realizado o “step cooling” com o objetivo de simular o envelhecimento em operação dos equipamentos escolhidos como aplicação de reparo.
O objetivo desta etapa é avaliar a soldagem do material não envelhecido e envelhecido por “step cooling”, de forma a identificar a necessidade de ajustes nos parâmetros e/ou técnicas de soldagem definidas na etapa anterior. Para isso, foi avaliado o efeito da soldagem das duas condições de metal base (Não envelhecido e Envelhecido) nos perfis de microdureza e nas extensões de ZAC
Neste estudo foi utilizado como metal de base o aço ASTM A182 F22 na forma de meio disco com 210 mm de diâmetro e 75 mm de espessura. Como metal de adição foi utilizado o arame de aço AWS ER309L.
Para a realização deste estudo foi utilizada a seguinte metodologia:
1. O aço ASTM A182 Gr F22 foi normalizado a 900 °C, permanecendo nesta temperatura por 90 minutos para em seguida ser resfriado ao ar calmo.
2. Após a normalização, foi realizado o revenimento na temperatura de 675 °C, permanecendo nesta temperatura por 150 minutos.
3. Por fim, o “Step Cooling” foi realizado seguindo as recomendações da norma API RP934-A. Os valores de tempo e de temperatura de cada patamar estão apresentados Tabela 26, inclusive as velocidades de resfriamento entre temperaturas. [8]
Os tratamentos térmicos foram realizados em um forno mufla com sistema de controle e aquisição de temperatura de tratamento, apresentado na Figura 41.
Figura 41 - Forno mufla utilizado para realização dos tratamentos térmicos.
Fonte: Própria do autor.
Tabela 26 – Parâmetros do tratamento de envelhecimento por “Step Cooling.
Temperatura (°C) Tempo de permanecia (h)
Velocidade de resfriamento para próxima temperatura (°C/h) 593 1 5,6 538 15 5,6 524 24 5,6 496 60 3,0 468 100 27,8 315 Resfriamento ao ar calmo
Fonte: API RP-934A.
Na Figura 42 é apresentado um desenho esquemático do tratamento térmico de envelhecimento por “step cooling”.
Figura 42 - Diagrama esquemático do tratamento de "step cooling".
Fonte: API RP-934A.
As soldagens foram realizadas nas três faces de corpos de prova com 75 mm x 75 mm x 105 mm nas condições normalizado e revenido com e sem “Step Cooling”, conforme apresentada na Figura 43. Foram utilizadas quatro energias de soldagem (0,8 kJ/mm, 1,4 kJ/mm, 2,0 kJ/mm e 2,6 kJ/mm). Para cada energia de soldagem foi realizado um cordão de solda nos corpos de prova, com e sem envelhecimento por “Step Cooling”. O gás de proteção utilizado foi o argônio puro com vazão de 15 l/min.
Figura 43 - Amostra soldada para avaliação do envelhecimento.
Após as soldagens, cada cordão de solda foi cortado transversalmente para em seguida as seções transversais serem lixadas utilizando uma lixadeira rotativa e lixas com granulação de 80, 120, 220, 320, 400, 600 e 1200, polidas com pasta de diamante de 3 µm e 1 µm e posteriormente atacadas quimicamente com o reagente Nital 2% (98% álcool e 2% ácido nítrico). Após a preparação das amostras, foram levantados os perfis de microdureza Vickers com carga de 100 gf para as determinações das extensões das zonas duras e macias em três direções na ZAC conforme a Figura 44. A Figura 45 mostra um exemplo de um perfil obtido.
Figura 44 - Desenho ilustrativo destacando as direções onde foram realizadas as impressões de microdureza.
Figura 45 - Perfil de microdureza da ZAC do aço ASTM A182 Gr F22 normalizado e revenido. (E=2,6 kJ/mm, direção 1).
Fonte: Própria do autor.
Para definir os limites de zona dura e de zona macia foi estabelecido um critério baseado no histograma da distribuição das frequências das microdurezas da ZAC até o metal base para cada energia de soldagem. O procedimento de definição de limites de variáveis pelo uso do histograma tem sido feito em outros trabalhos realizados no LPTS, por exemplo, Cavalcante, fez uso do histograma para definição de limites de zona dura e zona macia.[42]
A Figura 46 apresenta o histograma para a energia de 2,6 kJ/mm na condição normalizado e revenido sem “step cooling”. Como pode ser visto no histograma, abaixo de 230 HV10 tem-se a dureza do metal base e acima de 320 HV10 concentram-se as durezas referentes a zona dura. Entre 230 HV10 e 320 HV10 tem-se, portanto, a zona macia para esta condição. Com base neste critério, foram identificadas as extensões das zonas duras e macias para todas as condições de soldagem. A Figura 47 mostra um exemplo do perfil de microdureza.
Figura 46 - Histograma com a distribuição de frequências de dureza para a energia de 2,6 kJ/mm na condição de sem “step cooling”.
Fonte: Própria do autor.
Figura 47 - Identificação das extensões das zonas duras e macias no perfil de microdureza com base no histograma.
Fonte: Própria do autor.
De posse das extensões das zonas duras e macias para as condições normalizado e revenido, com e sem “Step Cooling”, foi realizada uma análise de variância (ANOVA) para avaliar o efeito da condição do material nas extensões das zonas duras e macias da ZAC.
A extensão da ZACGG e ZACGF para cada condição do material foi determinada utilizando-se uma montagem de uma sequência de fotos da ZAC
com um aumento de 200X, conforme apresentada na Figura 48. Foi estabelecido como critério de fim da ZACGG, um diâmetro médio de grão de 31,8 µm, pois em torno desse valor a ZAC se apresenta com o mesmo padrão de microestrutura com os contornos de grãos bem definidos. Para o fim da ZACGF foi estabelecido como o início da ZAC intercrítica (ZACIC).
Figura 48 - Montagem da ZAC do aço ASTM A182 Gr F22 normalizado e revenido com “Step Cooling” soldado com energia de 2,6 kJ/mm.
Fonte: Própria do autor.
Para a verificação do efeito da condição do material sobre as extensões das ZACs GG e GF, foi utilizada a análise de variância com o mesmo planejamento experimental utilizado para verificar o efeito da condição do material nas extensões das zonas duras e macias, mudando-se apenas as variáveis respostas que passaram a ser as extensões das ZACs GG e GF.
4.6.2. PARTE 2- Soldagem de Qualificação do Eletrodo Protótipo- Etapa 4
A soldagem de reparo de parede do aço ASTM A542 Tipo D com o processo MIG/MAG envolveu a produção de uma bobina protótipo de arame do tipo “Metal Cored” com composição similar. A seguir é apresentada a metodologia utilizada para a qualificação do eletrodo, conforme procedimento estabelecido pela norma AWS 5.28 e pela norma API RP934-A. [8; 52]
O material de base utilizada na junta foi o aço ASTM A542 Tipo D com espessura de 15 mm na condição temperado e revenido. O gás de proteção utilizado foi a mistura binária de argônio com 4% de dióxido de carbono (CO2).