Publicação: Desenvolvimento, projeto, construção e teste de um cilindro de reparo
por atrito portátil
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
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Resumo
Os movimentos das ondas introduzem tensões significativas em juntas soldadas de
estruturas offshore, que podem levar ao surgimento de trincas de fadiga. Inovações em
técnicas de reparo têm sido estudadas para permitir a realização destas, sem a necessidade
de paradas de produção nas FPSOs (Floating Production Storage and Offloading). Enquanto
as técnicas mais comuns são baseadas em solda a arco elétrico, o reparo de trincas por
atrito tem sido considerado um método alternativo a ser utilizado. Ele consiste em fazer um
furo na região da trinca, o qual é, posteriormente, preenchido por um pino consumível. Pelo
fato de ocorrer no estado sólido, ou seja, abaixo da temperatura de fusão, problemas como
trincas, porosidades, adsorção de gases e contaminação se tornam insignificantes. Com o
objetivo de desenvolver esta técnica para aplicação em suas estruturas, a Petrobras firmou
um convênio com a Universidade Federal de Uberlândia, quando foi construída a primeira
Unidade de Processamento de Pinos por Atrito - UPPA1. Parâmetros do processo como
geometria, rotação e força axial foram otimizados para a obtenção de uniões metalúrgicas
de qualidade. Posteriormente, iniciaram-se os estudos para levar a tecnologia ao campo. O
primeiro passo consistiu em portabilizar o cilindro de reparo, que é o componente da
unidade que aplica as forças e rotações nos pinos consumíveis. Desta forma, o presente
trabalho teve como objetivo conceber, projetar, construir e testar um cilindro de reparo
portátil, com capacidade de força axial de 40 kN e rotação de 5.000 rpm, para trabalhar em
ambiente submerso (água do mar) até 3 bar. Um cilindro de 15 kg foi construído e
conectado à UPPA1 para realização de testes. Foram desenvolvidos mandris, sistemas de
fixação do cilindro em tubulações e superfícies planas. Testes de soldagem e
preenchimentos por atrito, através da compressão de pinos (Friction Hydro Pillar
Processing) e tração de pinos (Friction Pull Plug Welding) também foram realizados. O
cilindro de reparo foi portabilizado e se mostrou apto a realizar operações em campo.
Abstract
Wave loads introduce significant dynamic stresses on welded connections of offshore
structures, leading to fatigue crack growth. Innovations in repair techniques are being
pursued to perform these repairs without the need of shutdown of FPSOs (Floating
Production Storage and Offloading). While common repair techniques are based on fusion
welding process, solid state welding technique such as friction welding has always being
sought as an alternative method for repair. The Friction Hydro Pillar Processing (FHPP)
technique can be described as a fill and drill process, where a consumable rod is rotated,
then entered co-axially into a cavity. Since the repair occurs below the melting point of the
material, the process does not suffer from the common welding problems such as cracking,
porosity, gas adsorption, atmospheric contamination and hydrogen embrittlement. Looking
forward to applying this technology, the company Petrobras signed an agreement with the
Federal University of Uberlandia - Brazil, and a FHPP equipment was developed. It was used
to optimize the parameters and geometries for the new technique. Later, studies for field
application began towards designing a portable friction welding head, which is the
mechanical part that applies axial load and rotation to the consumable rod. In the present
work, a portable friction welding head was conceived, designed and assembled for
operations of 40 kN of axial load and 5.000 rpm. A 15 kg welding head was connected to the
equipment. FHPP and FPPW (Friction Pull Plug Welding) tests were performed. Specific
chucks and clamping systems for pipes and flat surfaces were developed and tested. The
weld head was portablelized and demonstrated itself capable to perform field operations.
Palavras-chave
Reparo por atrito, Soldagem por atrito, Friction hydro pillar
processing, Friction pull plug welding, Cilindro de reparo, Processamento de pinos por
atrito, Friction repair, Friction hydro pillar processing, Friction pull plug welding, Friction welding head, Soldagem, Materiais
Citação
HWANG, Henry Fong. Development, design, assembly and testing of a portable friction welding
head. 2010. 103 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2010.