Orientador: Prof. Dr. Mateus Barancelli Schwedersky
Coorientador: Prof. Dr. Régis Henrique Gonçalves e Silva
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RESUMO
As dutovias representam a maneira mais eficiente de transporte e movimentação de petróleo e combustível. Esforços têm sido empreendidos no sentido da pesquisa e desenvolvimento de procedimentos para reparos de dutos de forma a realizá-los com o mesmo em operação, sem redução ou interrupção do fluxo de combustíveis, evitando a parada do abastecimento e as perdas de produção. De forma a auxiliar a realização da soldagem em uma situação onde são experimentadas altas taxas de resfriamento oriundas do fluxo interno de fluido, desenvolveuse neste trabalho o estudo e a aplicação da técnica de aquecimento por indução, técnica a qual se apresenta como alternativa para tornar o processo de reparo mais seguro. Dentro deste cenário, foi proposto o estudo da técnica de aquecimento por indução utilizando a fonte comercial comumente utilizada para tal aplicação. Foram testadas bobinas flexíveis compostas por diferentes números de espiras montadas em torno do tubo, e levantadas informações de níveis de aquecimento por indução em regiões passíveis de aplicação de procedimentos de soldagem. Para simular as condições de dutos em operação utilizou-se água com diferentes níveis de vazão. No que concerne à pesquisa da prática da soldagem semi-automatizada, sucedeu-se o estudo sobre a aplicação de duas variantes do processo MIG/MAG para soldagem de calhas do tipo Dupla Calha Tipo B. Realizou-se a parametrização e análise do MIG/MAG Pulsado (MIG/MAG – P) e do MIG/MAG Pulsado com Corrente Alternada (MIG/MAG –PCA) para aplicação de forma a manter os parâmetros constantes em todas as posições de soldagem, garantindo assim a robustez do processo e a capacidade deste de absorver situações comumente enfrentadas, como travamento de arame e junta com diferentes gaps. Como estas variantes possuem diferentes características de aporte térmico realizou-se a medição e a comparação entre os ciclos térmicos oriundos das soldagens com estes procedimentos. Dadas as distintas dinâmicas de fusão, comportamento do arco e transferência metálica destas variantes, foram feitas filmagens de alta velocidade para estudo e constatação da estabilidade dos processos. O estudo dos ciclos térmicos dos procedimentos de soldagem realizados nas diferentes condições de aquecimento por indução do tubo e da calha baseou-se no levantamento e comparação dos tempos de resfriamento t800-500 e t250-100, os quais apresentaram aumento significativo com a utilização do aquecimento por indução. Estes indicadores estão presentes na literatura como forma de avaliação das taxas de resfriamento, elaboração de métodos de predição de dureza da Zona Afetada pelo Calor (ZAC) e indicadores que influenciam na ocorrência de Trincas induzidas por Hidrogênio (TIH). Foram realizados testes de dureza, dobramento e macrografias nas soldas realizadas, onde verificou-se influência do aquecimento por indução em diferentes condições sobre as características dos cordões e sobre a ocorrência de trincas. Na análise dos dados de dureza obtidos experimentalmente foi notada redução desta propriedade de acordo com o aumento dos tempos de resfriamento. Por fim, os resultados empíricos de dureza foram comparados com os resultados oriundos dos métodos analíticos de predição de dureza utilizados, onde os resultados se aproximaram mais significativamente do modelo baseado em tempos de resfriamento similares aos obtidos.
Palavras-chave: Soldagem mecanizada. Dupla Calha tipo B. Ciclos térmicos. Soldagem MIG/MAG. Tempo de resfriamento
ABSTRACT
Pipelines represent the most efficient way of transporting and moving oil and fuel. Efforts have been made to research and develop procedures for repairing pipelines in order to carry them out with the pipe in operation, without reducing or interrupting the flow of fuels, avoiding supply interruption and production losses. In order to help the welding in a situation where high cooling rates from the internal fluid flow are experienced, the study and the application of the induction heating technique were carried out. Within this scenario, this work proposed the study of the induction heating technique using the commercial power source commonly used for such application. Flexible coils composed of different numbers of turns mounted around the tube were tested. Information on induction heating levels in regions subject to the application of welding procedures was collected. To simulate the operating conditions, water with different flow levels was used. With regard to research into the practice of semi-automated welding, the study on the application of two variants of the MIG / MAG process was followed to weld TypeB full encirclement repair sleeve. Parameterization and analysis of the Pulsed MIG / MAG (MIG / MAG - P) and Pulsed MIG / MAG with Alternating Current (MIG / MAG - PCA) were carried out for application in order to maintain constant parameters in all welding positions, thus guaranteeing the robustness of the process and its ability to absorb commonly encountered situations, such as wire locking and joints with different gap's. As these variants have different characteristics of heat input, as well as different powers, a comparison was made between the thermal cycles from the welds with these procedures. In view of the different fusion dynamics, arc behavior and metallic transfer of the MIG/MAG – P and MIG/MAG – PCA variants, highspeed filming was made to study and verify the stability of the processes. The study of the thermal cycles of the welding procedures carried out in the different heating conditions by induction of the tube and the trough was based on the survey and comparison of the cooling times t800-500 and t250-100, which showed a significant increase with the use of induction heating. These indicators are present in the literature as a way of assessing cooling rates, developing methods to predict the hardness of the Heat-Affected Zone (HAZ) and indicators that influence the occurrence of Hydrogen-induced cracks (HIC). Hardness, bending and macrograph tests were carried out on the welds carried out, where there was an influence of induction heating in different conditions on the characteristics of the weld beads and on the occurrence of hydrogeninduced cracks. The hardness data obtained experimentally, where it was noticed a reduction in the hardness values according to the increase in the cooling times. Finally, the empirical hardness results were compared with the results from the analytical hardness prediction methods used, where the results were more significantly closer to the model based on cooling times similar to those obtained.
Keywords: Semi-automated welding. Type-B full encirclement repair sleeve. Thermal cycles. MIG / MAG welding. Cooling time.
REFERÊNCIA
NOGUEIRA, Rodrigo Rodrigues. Avaliação da técnica de aquecimento indutivo aplicada à soldagem de dutos em operação utilizando o processo MIG/MAG. 2021. 181 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2021.