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Type: Dissertação
Title: Soldagem do aço SA 517 gr. B para aplicações em vasos de pressão sem pré-aquecimento
Title in English: Welding of steel SA 517 gr. B for pressure vessel applications without preheating
Authors: Lucas, Wildenbergy Pereira
Advisor: Motta, Marcelo Ferreira
Keywords: Arco submerso;Pré-aquecimento;Simulação numérica;Aço SA 517 Gr. B;;Estatística
Issue Date: 2020
Citation: LUCAS, Wildenbergy Pereira. Soldagem do aço SA 517 gr. B para aplicações em vasos de pressão sem pré-aquecimento. 2020. 158f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Materiai) – Universidade Federal do Ceará, centro de Tecnologia, Programa de Pós- Graduação em Engenharia e Ciência de Materiais, Fortaleza, 2020.
Abstract in Brazilian Portuguese: Existe um desenvolvimento contínuo de materiais com melhores propriedades mecânicas. Seguindo essa mesma linha, a indústria vem desenvolvendo e aplicando materiais com melhores propriedades mecânicas na construção de vasos de pressão. Atualmente, o aço SA 517 Gr. B tem sido utilizado na construção destes equipamentos para armazenamento do gás liquefeito de petróleo. O fluxo de fabricação de um vaso de pressão com o aço SA 517 Gr B na linha de produção, comumente possui 10 etapas. Entre elas, estão o pré-aquecimento do vaso, soldagem da junta com o processo arco submerso em três passes e tratamento térmico pós soldagem para alívio de tensões. O eletrodo e o fluxo utilizados são o arame tubular F11A8- ECF6-F6 e o fluxo OK Flux 10.61 B, recomendados para a soldagens que necessitam de alta resistência. Este trabalho foi conduzindo com o propósito de reduzir o número de passes para dois; diminuir o tempo de soldagem e o volume de material depositado e não realizar o pré-aquecimento. Para isso, foram realizadas soldagens para definição de um novo perfil de chanfro em duplo “V”, com ângulo de abertura de 90o. Simulações com o programa JMatPro® foram realizadas para determinar curvas de resfriamento; diagrama de fases e propriedades do aço SA 517 Gr B quando soldado. Os dados obtidos destas simulações no programa JMatPro® foram utilizados como referência nos estudos experimental e de simulação numérica de soldagem, empregando o programa ANSYS®. A parte do estudo experimental consistiu em soldagens exploratórias por simples deposição sobre chapas para determinar faixas de corrente, tensão, velocidades de soldagens e seus efeitos na geometria do cordão de solda. Soldagens também exploratórias foram realizadas para o enchimento de chanfro e medições das características dimensionais da junta soldada. Com o auxílio do software STATISTICA®, aplicado às dimensões medidas dos cordões de solda, foi determinada uma condição experimental otimizada para a soldagem da junta (I = 505 A, U = 32,3 V e Vs = 40 cm/min). A simulação numérica da soldagem da junta foi realizada através de um programa desenvolvido em ANSYS®. Este programa é alimentado com informações vindas das simulações com o JMatPro® e com os parâmetros de soldagem corrente, tensão e velocidade de soldagem, levantados nos estudos experimentais. Esta simulação gerou uma combinação otimizada de parâmetros: corrente 500 A, tensão 31 V e velocidade de soldagem 31,6 cm/min para o estudo. Por fim, soldagens com os parâmetros otimizados vindos do estudo experimental e da simulação com o ANSYS® foram executadas. Amostras das duas condições soldadas foram retiradas para realizar a caracterização microestrutural por meio de microscopia ótica (MO) e eletrônica de varredura (MEV). A junta soldada com as condições obtidas experimentalmente com o auxílio do STATISTICA®, apresentou uma microestrutura bainitíca no metal de base, ferrita e perlita na ZAC GF, bainita na ZAC GG e ferrita acicular na zona fundida, o que já era esperado e desejado conforme o diagrama CCT do aço 517 Gr. B. A junta soldada com as condições obtidas do ANSYS®, apresentou uma microestrutura bainitíca no metal de base, ferrita e perlita na ZAC GF, bainita na ZAC GG e ferrita acicular na zona fundida. Em ambas as condições não houve falta de penetração ou outra descontinuidade. Os perfis de microdurezas das juntas soldadas nas três condições tiveram comportamento próximos. Para as condições de soldagem otimizadas do estudo experimental e de simulação, ocorreu uma pequena redução na dureza nas regiões de ZAC e de MS, em comparação com a junta soldada com as condições atuais de fabricação dos vasos de pressão. Diante destes resultados, verifica-se possibilidades reais de realização das soldagens destes vasos de pressão, sem a utilização de pré-aquecimento. No entanto, ensaios mecânicos de tração, dobramento e Charpy, exigidos em norma, devem ser realizados nas juntas soldadas para a confirmação dos procedimentos desenvolvidos
Abstract: There is a continuous development of materials with better mechanical properties. Following this same line, the industry has been developing and applying materials with better mechanical properties in the construction of pressure vessels. Currently, SA 517 Gr. B steel has been used in the construction of this equipment for the storage of liquefied petroleum gas. The production flow of a pressure vessel with SA 517 Gr B steel, on the production line commonly has 10 steps. Among them are the preheating of the vessel, welding of the joint with the submerged arc process in three passes and post-welding heat treatment for stress relief. The electrode and flux used are the tubular wire F11A8-ECF6-F6 and the flux OK Flux 10.61 B, recommended for welds that require high resistance. This work was carried out with the purpose of reducing the number of passes to two, reducing the welding time and the volume of deposited material, and not preheating. For this, welding was carried out to define a new chamfer profile in double "V", with an opening angle of 90o. Simulations with the JMatPro® program were performed to determine cooling curves; phase diagram and properties of SA 517 Gr B steel when welded. The data obtained from these simulations in the JMatPro® program were used as a reference in the experimental and numerical welding simulation studies, using the ANSYS® program. The part of the experimental study consisted of exploratory welding by simple deposition on plates to determine current, voltage ranges, welding speeds and their effects on the weld bead geometry. Exploratory welds were also carried out to fill the chamfer and measure the dimensional characteristics of the welded joint. With the aid of the STATISTICA® software, applied to the measured dimensions of the weld beads, an optimized experimental condition for welding the joint was determined (I = 505 A, U = 32.3 V and Vs = 40 cm / min). The numerical simulation of the joint welding was carried out using a program developed in ANSYS®. This program is fed with information from simulations with JMatPro® and with the current welding parameters, voltage and welding speed, raised in the experimental studies. This simulation generated an optimized combination of parameters: current 500 A, voltage 31 V and welding speed 31.6 cm / min for the study. Finally, welding with the optimized parameters from the experimental study and the simulation with ANSYS® was performed. Samples of the two welded conditions were taken to perform microstructural characterization using optical microscopy (OM). The welded joint with the conditions obtained experimentally with the help of STATISTICA®, presented a bainitic microstructure in the base metal, ferrite and perlite in the ZAC GF, bainite in the ZAC GG and acicular ferrite in the molten zone, which was already expected and desired according to the diagram CCT of steel 517 Gr. B. The welded joint with the conditions obtained from ANSYS®, presented a bainitic microstructure in the base metal, ferrite and perlite in the ZAC GF, bainite in the ZAC GG and acicular ferrite in the molten zone. In both conditions there was no lack of penetration or other discontinuity. The microhardness profiles of the welded joints in the three conditions showed similar behavior. For the optimized welding conditions of the experimental and simulation study, there was a small reduction in hardness in the regions of ZAC and MS, in comparison with the welded joint with the current manufacturing conditions of pressure vessels. In view of these results, there are real possibilities of carrying out the welding of these pressure vessels, without the use of preheating. However, mechanical tests of traction, folding and Charpy, required in norm, must be carried out on welded joints to confirm the procedures developed.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/60127
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