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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-8493-3718
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 United States
Title: Avaliação da soldabilidade através de simulação física e da tenacidade à fratura de juntas soldadas de aço API X80 aplicado em estruturas offshore
Alternate title (s): Assessment of weldability through physical simulation and fracture toughness of API X80 steel welded joints applied to offshore structures
Author: Borba, Tadeu Messias Donizete
First Advisor: Vilarinho, Louriel Oliveira
First member of the Committee: Bracarense, Alexandre Queiroz
Second member of the Committee: Bose Filho, Waldek Wladimir
Third member of the Committee: Silva, Marcio Bacci
Fourth member of the Committee: Schwedersky, Mateus Barancelli
Summary: Estruturas e equipamentos offshore, utilizados tanto para a extração de petróleo quanto para a geração de energia eólica, são constantemente expostos a condições extremas, como baixas temperaturas, corrosão e carregamentos cíclicos. Dessa forma, para garantir a integridade de tais componentes, é exigido o emprego de materiais com excelentes propriedades mecânicas e boa soldabilidade. Nesse sentido, os principais comitês, institutos e sociedades normativas criaram procedimentos para avaliar e certificar a soldabilidade de aços aplicados na indústria offshore. As pré-qualificações APIRP2Z (2005), EN10225 (2009) e DNV OS F101 (2000) são documentos que foram concebidos para assegurar que aços desenvolvidos para essas aplicações apresentem excelente tenacidade na zona afetada pelo calor (ZAC). Diante deste contexto, este trabalho visou avaliar a soldabilidade do aço API X80, de 37,5 mm de espessura, produzido pela Usiminas por laminação controlada seguida de resfriamento acelerado (TMCP - Thermomechanical Controlled Process) especialmente para esse setor. Na primeira parte da tese estudou-se o efeito dos processos de soldagem FCAW (Flux Cored Arc Welding) e SAW (Submerged Arc Welding) e do tratamento térmico pós-soldagem (Post Weld Heat Treatment - PWHT) sobre a tenacidade da ZAC por meio dos ensaios de tenacidade ao impacto Charpy-V e CTOD (Crack Tip Opening Displacement). Em seguida, a influência de diferentes ciclos térmicos de soldagem nas transformações microestruturais, propriedades em tração e tenacidade ao impacto da região de grãos grosseiros (GGZAC) foi investigada por meio de simulação física empregando os equipamentos dilatômetro e Gleeble. Constatou-se que o aço em questão, soldado com os aportes térmicos 0,8 (FCAW) e 4,5 kJ/mm (SAW), com e sem a aplicação de PWHT, apresentou características de soldabilidade satisfatórias para a construção de estruturas e componentes offshore. Além disso, a metodologia desenvolvida neste trabalho por meio da simulação física auxiliou na determinação dos ciclos térmicos limítrofes para os quais o aço API X80 apresenta propriedades adequadas para a sua aplicação, demonstrando ser uma ferramenta apropriada para o desenvolvimento da sua engenharia de aplicação.
Abstract: Offshore structures and equipment, used for both oil extraction and wind power generation, are constantly exposed to extreme conditions, such as low temperatures, corrosion and cyclic loading. Therefore, to ensure the integrity of such components, the use of materials with excellent mechanical properties and good weldability is required. In this sense, the main committees, institutes and normative societies have created procedures to evaluate and certify the weldability of steels applied in the offshore industry. The APIRP2Z (2005), EN10225 (2009) and DNV OS F101 (2000) prequalifications are documents that were designed to ensure that steels developed for these applications present excellent toughness in the heat-affected zone (HAZ). In this context, this study aimed to evaluate the weldability of API X80 steel, 37.5 mm thick, produced by Usiminas by controlled rolling followed by accelerated cooling (TMCP - Thermomechanical Controlled Process) especially for this sector. In the first part of the thesis, the effect of the FCAW (Flux Cored Arc Welding) and SAW (Submerged Arc Welding) welding processes and the post weld heat treatment (PWHT) on the toughness of the HAZ were studied through the Charpy-V and CTOD (Crack Tip Opening Displacement) impact toughness tests. Then, the influence of different welding thermal cycles on the microstructural transformations, tensile properties and impact toughness of the coarse grain region (CGHAZ) was investigated by means of physical simulation using the dilatometer and Gleegle equipments. It was found that the steel in question, welded with heat inputs of 0.8 (FCAW) and 4.5 kJ/mm (SAW), with and without the application of PWHT, presented satisfactory weldability characteristics for the construction of offshore structures and components. Furthermore, the methodology developed in this work through physical simulation helped in determining the limiting thermal cycles for which API X80 steel presents suitable properties for its application, demonstrating that it is an adequate tool for the development of its application engineering.
Keywords: Aço API X80
Offshore
FCAW
SAW
ZAC
Aporte térmico
PWHT
Mapeamento de dureza
CTOD
Charpy-V
Gleeble
Dilatômetro
TMCP API X80 steel
HAZ
Heat Input; PWHT
Dilatometer
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: BORBA, Tadeu Messias Donizete. Avaliação da Soldabilidade Através de Simulação Física e da Tenacidade à Fratura de Juntas Soldadas de Aço API X80 Aplicado em Estruturas Offshore. 2024. 319 f. Tese de Doutorado - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, Minas Gerais, 2024. Disponível em: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.230.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.230
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/45142
Date of defense: 19-Dec-2024
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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