Avaliação do desempenho de juntas soldadas do aço inoxidável 304H em altas temperaturas na presença de SO2, SO3 e O2

Performance evaluation of welded joints of 304H stainless steel at high temperatures in the presence of SO2, SO3 and O2

dc.contributorVilarinho, Louriel Oliveira
dc.contributorhttp://lattes.cnpq.br/8553716610264673
dc.contributorFranco, Sinésio Domingues
dc.contributorhttp://lattes.cnpq.br/6962236459954318
dc.contributorReis, Ruham Pablo
dc.contributorhttp://lattes.cnpq.br/6871774879330255
dc.contributorBose Filho, Waldek Wladimir
dc.contributorhttp://lattes.cnpq.br/7343747084770689
dc.creatorResende, Flávio Augusto Coelho
dc.date2021-05-20T11:36:01Z
dc.date2021-05-20T11:36:01Z
dc.date2021-02-17
dc.date.accessioned2023-09-28T21:10:17Z
dc.date.available2023-09-28T21:10:17Z
dc.identifierRESENDE, Flávio Augusto Coelho. Avaliação do desempenho de juntas soldadas do aço inoxidável 304H em altas temperaturas na presença de SO2, SO3 e O2. 2021. 138 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. Disponível em: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.861
dc.identifierhttps://repositorio.ufu.br/handle/123456789/31776
dc.identifierhttp://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.861
dc.identifier.urihttps://repositorioslatinoamericanos.uchile.cl/handle/2250/9065288
dc.descriptionTrabalho realizado com financiamento da Mosaic Fertilizantes, EMPRAPII e UFU.
dc.descriptionThis work investigates the cracks formed in welded joints with covered electrode E308L used for joining 304H stainless steel sheets when subjected to long periods at high temperatures (600 ° C), in an environment containing SO2, SO3 and O2. This application is common in sulfuric acid producing units and cracks that occur in welded joints cause loss of production due to unit stops for correction. Beside that can occur environmental damage and risk of accidents due to the leakage of toxic gases. Initially, a crack was analyzed in a weld that remained in operation in the environment mentioned above in a superheater of a sulfuric acid producing unit for approximately 19 years ( 15,000 hours). The result indicated that it is a stress corrosion process involving sulfide and oxidation. To develop a solution capable to reducing the appearance of such cracks, ways of testing the welded joints were selected by varying the welding consumable and using different thermal spray coatings. For the manufacture of these specimens, AISI 304H was used. As addition material, electrodes of E308L and E316L were chosen. Additionally, aluminum and a nickel superalloy were selected, in this case, Colmonoy 6, to be applied by thermal spraying on the welded joints. Spraying processes were selected in a way that could later be used in the field to protect welded joints, resulting in compact layers that can reduce the diffusion of sulfur. The specimens were designed to work by the Double-beam principle (ASTM G39 (2016), allowing the allocation of samples in sufficient quantity to carry out field tests, even though a small space was available. The welding parameters used, as well as the geometry of the chamfers in the plates, were qualified and guaranteed through tensile and bending tests, and the results met the respective standards. The field test was carried out at a temperature of almost 600 ° C for 122 days, totaling almost 3,000 h of exposure to the corrosive atmosphere. After the removal of the specimens and its analysis using optical microscopy and scanning electron, it can be concluded that the joints produced with the E308L electrode developed cracks, while those produced with the E316L electrode did not develop these cracks. Showing the best performance of these joints when produced with this material. Weld beads microstructural analyzes in the region of the introduced notches showed that the crack, when formed, evolves preferentially through the fragile microconstituents that are formed during the operation of the superheater. It was observed that the E316L showed a slightly slower formation of the intermetallic constituents, especially the sigma phase. In addition, this material is more mechanically resistant at high temperatures. Some evidence of the presence of a corrosive process was found that added to the formation of sulfides found in specimens after 19 years operation ( 166 kh) gives evidence of the influence of a corrosive process on the crack formation. The use of aluminum coatings and the thermally sprayed nickel superalloy has not proved to be efficient because it cannot guarantee the necessary adhesion to the base metal. That is, it did not guarantee the insulation of the joint in the corrosive atmosphere.
dc.descriptionUFU - Universidade Federal de Uberlândia
dc.descriptionDissertação (Mestrado)
dc.descriptionO presente trabalho investiga as trincas formadas em juntas soldadas com eletrodo revestido E308L utilizado para união de chapas de aço inoxidável 304H quando submetidas a longos períodos em altas temperaturas (600 °C), em um ambiente contendo SO2, SO3 e O2. Tal aplicação é comum em unidades produtoras de ácido sulfúrico e as trincas que ocorrem nas uniões soldadas provocam vazamentos de gás e, consequentemente, perda de produção devido às paradas para correção. Além disso podem ocorrer danos ambientais e riscos de acidentes devido ao vazamento de gases tóxicos. Inicialmente foi analisada uma trinca que ficou em operação no ambiente citado acima em um superaquecedor de uma unidade produtora de ácido sulfúrico por aproximadamente 19 anos ( 15.000 horas). O resultado indicou que se trata de um processo de corrosão sob tensão envolvendo sulfetação e oxidação. A fim de desenvolver uma solução capaz de minimizar o surgimento de tais trincas foram selecionadas formas de testar as uniões soldadas variando-se o consumível de soldagem e a utilizando-se diferentes revestimentos por aspersão térmica. Para a fabricação desses corpos de prova foi utilizado o AISI 304H. Como material de adição, foram selecionados eletrodos de E308L e E316L. Adicionalmente, foram selecionados alumínio e uma superliga de níquel, no caso, o Colmonoy 6, para serem aplicados por aspersão térmica sobre as juntas soldadas. Procurou-se selecionar processos de aspersão que pudessem depois ser usados em campo na proteção das juntas soldadas, resultando em camadas compactas e que possam reduzir a difusão do enxofre. Os corpos de prova foram projetados para trabalhar pelo princípio do Double-beam (ASTM G39 (2016), permitindo assim, a alocação de corpos de prova em quantidade suficiente para a realização dos ensaios de campo, muito embora se dispusesse de um pequeno espaço. Os parâmetros de soldagem empregados, bem como a geometria dos chanfros nas chapas foram qualificados e garantidos através de ensaios de tração e de dobramento, cujos resultados atenderam às respectivas normas. O ensaio de campo foi realizado a uma temperatura de quase 600 °C por 122 dias, perfazendo quase 3.000 h de exposição à atmosfera corrosiva. Após a retirada dos corpos de prova e sua análise usando microscopia ótica e eletrônica de varredura, pode-se concluir que as juntas produzidas com o eletrodo E308L desenvolveram trincas, enquanto as produzidas com o eletrodo E316L não desenvolveram essas trincas. Mostrando o melhor desempenho destas juntas quando produzidas com esse material. Análises microestruturais dos cordões de solda na região dos entalhes introduzidos mostraram que a trinca, quando formada, evolui preferencialmente através dos microconstituintes frágeis que se formam durante a operação do superaquecedor. Observou-se que o E316L apresentou uma formação levemente mais lentas dos constituintes intermetálicos, especialmente fase sigma. Além disto este material é mecanicamente mais resistente em temperaturas elevadas. Foram encontrados alguns sinais de um processo corrosivo que somado aos sulfetos formados nos corpos de prova após 19 anos ( 166 kh) em operação dá indícios que um processo corrosivo pode estar influenciando na formação da trinca. O uso dos revestimentos em alumínio e da superliga de níquel aspergidos termicamente não se mostraram eficientes, uma vez que eles não conseguiram garantir a necessária adesividade ao metal base. Ou seja, não garantiram o isolamento da junta na atmosfera corrosiva.
dc.formatapplication/pdf
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Uberlândia
dc.publisherBrasil
dc.publisherPrograma de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectCorrosão sob tensão
dc.subjectAlta temperatura
dc.subjectAço inoxidável
dc.subjectFase sigma
dc.subjectPlantas produtoras de ácido sulfúrico
dc.subjectStress corrosion cracking
dc.subjectHigh temperature
dc.subjectStainless steel
dc.subjectSigma phase
dc.subjectSulfuric acid plants
dc.subjectCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA DE TRANSFORMACAO::SOLDAGEM
dc.subjectCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA::CORROSAO
dc.subjectCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA::TRANSFORMACAO DE FASES
dc.subjectAço inoxidável
dc.subjectJuntas (Engenharia)
dc.subjectAço - Corrosão
dc.subjectMetais - Efeito da alta temperatura
dc.titleAvaliação do desempenho de juntas soldadas do aço inoxidável 304H em altas temperaturas na presença de SO2, SO3 e O2
dc.titlePerformance evaluation of welded joints of 304H stainless steel at high temperatures in the presence of SO2, SO3 and O2
dc.typeDissertação


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