Dissertação
Avaliação dos processos GMAW com transferência por curto-circuito convencional e controlado (STT) aplicados na soldagem circunferencial mecanizada
Evaluation of GMAW processes with conventional and controlled (STT) short-circuit transfer applied to mechanized girth welding
Registro en:
Autor
Nascimento, Lucas Alves do
Institución
Resumen
The large Brazilian territory and the increasing demand for oil and gas consumption created
a national challenge for the fast and reliable expansion of pipelines. The need for
construction and maintenance and of new pipelines require welding processes with high
productivity, reliable, that produce quality welds, to the detriment of the coated electrode
process, currently the most used in the pipe union. Therefore, this work presents the study of
girth welding of carbon steel pipes (API 5L, 2012) with 8\" nominal diameter and 8.0 mm
thickness. The welds were carried out in downhill progression by using orbital displacement
device (mechanized welding), ER70S-6 wire with 1.2 mm diameter and Ar+25%CO2, as
shielding gas. The material was deposited on butt V joint with 15º bevel, 1 mm of root face
and 3 mm root opening, without backing. For the proposed joint, GMAW processes with
short-circuit metal transfer were assessed in both conventional and derivative modes by
using commercial power source namely STT (Surface Tension Transfer). In this context,
welding parameters were investigated for root pass and filling pass. The analysis were
obtained from visual inspection and mechanical tests (uniaxial tensile test, root and face
bending, nick-break, charpy V-notch impact test, macrography test and hardness profile) with
objective to qualify both processes. In addition to the qualification of welding processes, it
was also necessary to make improvements in the experimental rig, the test-pipe assembly
and the existing electronic system. Among such improvements, it was carried optimization
the trigger synchronism between the power source, the data acquisition system and the
orbital machine; the elimination of equipment shutdown during welding; the optimization of
automatic adjustment control of the contact tip to workpiece distance (DBCP) and the
elimination of visual narrowing of the heat zone caused by fixtures. Pre-tests were carried to
qualitatively evaluate the temperature decay on both sides of the welded joints motivated by
the excessive frequency of defects (lack of side fusion) previously observed. The results
showed that the temperature decay rate on one side of the pipeline does not affect the
welding. Finally, only the derivative process (STT) was capable to obtain a robust set of
parameters for the proposed joint, in accordance to the acceptability criteria of standard API
1104 (2010). On the other hand, the conventional process GMAW was capable only to obtain
a set of parameters for the root pass. Mestre em Engenharia Mecânica A grande extensão territorial brasileira e as constantes previsões de crescimento na
demanda pelo consumo de petróleo e gás criaram um grande desafio nacional para a
expansão rápida e confiável de gasodutos. A necessidade de construção e recuperação de
novos dutos exigem processos de soldagem de alta produtividade, confiáveis e que
produzam cordões de solda de qualidade, em detrimento do processo eletrodo revestido,
atualmente o mais utilizado na união de dutos. Portanto, este trabalho apresenta o estudo
da soldagem relacionada à união de dutos por soldagem circunferencial em meia cana de
dutos em aço carbono (API 5L, 2012) de 8 de diâmetro nominal e 8,0 mm de espessura. As
soldagens foram realizadas em progressão descendente por meio de dispositivo de
deslocamento orbital (soldagem mecanizada), utilizando-se arame ER70S-6 com 1,2 mm de
diâmetro e protegido pela mistura de Ar+25%CO2. O material foi depositado em junta de
topo com chanfro em V e bisel de 15º, 1 mm de altura de nariz, 3 mm de abertura de raiz e
sem cobre-junta. Para a junta proposta foram avaliados os processos GMAW com
transferência metálica por curto-circuito em modo convencional (natural) e o processo
derivativo GMAW utilizando fonte comercial STT (Surface Tension Transfer). Neste
contexto, foram investigados parâmetros de soldagem na junta soldada proposta em dois
passes (um de raiz e outro de enchimento/acabamento). As análises dos cordões de soldas
foram obtidas por meio da inspeção visual e ensaios mecânicos voltados para a sua
qualificação (tração uniaxial, dobramento de face e raiz, nick-break, ensaio de impacto
charpy, macrografia e perfil de dureza). Além da qualificação dos processos de soldagem,
foram realizadas melhorias na bancada experimental, na montagem do duto de teste e no
sistema eletrônico existente. Dentre estas melhorias, são citadas a otimização do
sincronismo de disparo entre a fonte de soldagem, o sistema de aquisição e a máquina de
soldagem orbital; a eliminação de desligamento do equipamento durante as execuções da
soldagem; otimização do controle de ajuste automático da distância bico contato peça
(DBCP) e a eliminação do estreitamento visual da região de aquecimento causado pelos
elementos de fixação das juntas ( cachorros ). Foram realizados pré-testes para
levantamento de parâmetros e para avaliar qualitativamente o decaimento de temperatura
em ambos os lados das juntas soldadas motivada pela grande frequência de falta de fusão
lateral observada em trabalhos anteriores. Os resultados mostram que a taxa de decaimento
da temperatura em um dos lados do duto não afeta a soldagem em geral. Por fim, é possível
concluir que apenas quando se utilizou o processo de soldagem derivativo investigado STT
(GMAW curto-circuito controlado) foi possível obter um conjunto de parâmetros robusto para
a junta proposta, em função dos critérios de aceitabilidade da Norma API 1104 (2010). Já
para o processo convencional GMAW, foi possível obter um conjunto de parâmetros
adequado somente para o passe de raiz.