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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]
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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
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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]
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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.
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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.
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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.
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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)
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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]
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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.
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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.
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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]
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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.
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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