PERSPECTIVAS E DESAFIOS PARA APLICAÇÃO DA SOLDAGEM SUBAQUÁTICA MOLHADA NA PETROBRAS. Trabalho a ser apresentado durante a Rio Welding 2014

PERSPECTIVAS E DESAFIOS PARA APLICAÇÃO DA SOLDAGEM SUBAQUÁTICA MOLHADA NA PETROBRAS

Autores: Ricardo Reppold Marinho ¹ , Marcelo Torres Piza Paes ¹ , Ezequiel Caires Pereira Pessoa ² , Alexandre Queiroz Bracarense ³ , Valter Rocha dos Santos ⁴ , Fernando

Cosme Rizzo Assunção ⁴ , Maurício de Jesus Monteiro ⁵ , José Roberto Domingues ⁶ ,

1 PETROBRAS/CENPES, Rio de Janeiro, RJ, Brasil

2 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Betim, MG, Brasil,

3 Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, MG, Brasil,

4 PUC-Rio, Rio de Janeiro, RJ, Brasil,

5 Instituto Nacional de Tecnologia, Rio de Janeiro, RJ, Brasil,

6 ESAB Ind. e Com Ltda., Belo Horizonte, MG, Brasil Trabalho a ser apresentado durante a Rio Welding 2014

As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade dos autores.

RESUMO

Historicamente, os procedimentos de soldagem molhada são certificados (qualificados) como classe B de acordo com a norma internacional de soldagem subaquática AWS D3.6M. Por esse motivo, a soldagem molhada pelo processo de eletrodos revestidos é utilizada apenas em reparos não estruturais ou em situações emergenciais. Um dos impedimentos para a obtenção de soldas classe A está relacionado com as características do tipo de eletrodo revestido utilizado. Os eletrodos do tipo rutílico são largamente utilizados em soldagem molhada devido à boa estabilidade do arco e a facilidade de operação e manuseio. Entretanto, apresentam defeitos como porosidade e microtrincas que afetam o alongamento e a ductilidade do metal de solda resultando em reprovação nos ensaios de tração e dobramento. Já os eletrodos do tipo oxidante são menos utilizados devido à baixa estabilidade do arco e dificuldades de operação e manuseio.

Estes eletrodos também não alcançam os requisitos exigidos para classe A devido a

baixos valores de limite de resistência e defeitos como trincas na raiz. Outro obstáculo

que dificulta a obtenção de classe A e não está diretamente relacionado com o tipo de

eletrodo é a elevada dureza na zona afetada pelo calor (ZAC). Este artigo discute cada

um desses desafios acima mencionados e descreve os resultados obtidos com o desenvolvimento de um novo eletrodo tipo oxi-rutílico que tem conseguido em testes de laboratório e campo alguns importantes resultados no sentido de alcançar a classe A.

Visando a uma maior aceitação futura da soldagem molhada como solda de reparo permanente, exclusivamente para unidades flutuantes de produção, são oferecidas sugestões às partes envolvidas quanto à filosofia de qualificação de procedimentos de soldagem e quanto a modificações em alguns critérios de aceitação.

INTRODUÇÃO

Considerando as restrições de ordem econômica para a docagem das estruturas de produção flutuantes na costa brasileira (navios e plataformas semi-submersíveis), há necessidade da disponibilidade de técnicas e de consumíveis para manutenção e reparos

“in situ” evitando assim paradas de produção. A soldagem subaquática molhada pelo processo “eletrodos revestidos” é um dos métodos de reparo estrutural ‘in situ” já aplicado em diversas situações tanto pela PETROBRAS como por companhias estrangeiras e cujas principais vantagens são a simplicidade, a versatilidade e o baixo custo. No Brasil, intervenções como as de reparo de trincas na monobóia de Marimbá e na estrutura da plataforma P-27 são exemplos de aplicação onde a soldagem molhada foi a opção considerada mais recomendada sob critérios técnicos e econômicos ^[1] . No exterior, numerosas intervenções para reparos estruturais por soldagem subaquática molhada em plataformas foram relatadas, sendo notáveis aqueles realizados em plataformas fixas do Golfo do México, danificadas por furacões. Conforme recente publicação ^[2] , de 34 plataformas reparadas por esta técnica, 29 permanecem em operação.

São vislumbradas como situações futuras de aplicação da soldagem molhada dentre outras: reparos e instalações de componentes nas plataformas fixas em operação, reparos de trincas e regiões corroídas em plataformas semi-submersíveis e reparos de trincas de fadiga em componentes estruturais de plataformas semi-submersíveis e em bolinas de FPSOs.

É verificada internacionalmente a tendência de emprego de estruturas flutuantes (navios e plataformas semi-submersíveis) na produção de petróleo offshore. Contudo, consideráveis prejuízos podem ocorrer se for necessária a interrupção da produção para docar a unidade flutuante visando sua manutenção e reparo. Por exemplo, a parada de produção por um mês de uma plataforma, com produção média de 50.000 barris/dia, pode implicar em lucros cessantes da ordem de R$ 300.000.000,00. Portanto, é importante aperfeiçoar métodos de reparo estrutural operacionalmente simples e versáteis como a soldagem subaquática molhada para reparos “in loco” pelo processo de soldagem de eletrodos revestidos. Esta técnica oferece melhores resultados quando aplicada em águas rasas (profundidades de até 20m), correspondendo às profundidades máximas dos componentes estruturais das unidades flutuantes quando em operação.

Porém, é necessário que a confiabilidade destes reparos seja reconhecida tanto pelas operadoras quanto pelas sociedades classificadoras envolvidas para avaliações de integridade estrutural, sob a ótica da qualidade para uso específico, sejam aceitas.

Ainda, a aplicação da soldagem molhada em instalações flutuantes de produção

aumenta em viabilidade técnica considerando que os aços utilizados nas construções

navais apresentam boa soldabilidade, resultando em menor risco de fissuração a frio

durante a soldagem.

Em soldagem subaquática usualmente referencia-se o código AWS D3.6M:2010

“Underwater Welding Code” ^[3] , onde as soldas estruturais são classificadas em duas categorias. Para as soldas classe A estão presentes requisitos de tenacidade, resistência, ductilidade, dureza e dobramento em níveis semelhantes aos exigidos pelos principais códigos de engenharia em soldagem atmosférica que raramente são alcançadas em soldagem molhada. Para as soldas classe B, conceituadas como soldas com qualidade estrutural limitada, tanto os testes aplicados na qualificação de procedimentos quanto os critérios de aceitação são menos rigorosos que os referentes ao tipo A. Para a aceitação de procedimentos de soldagem que resultam em soldas classe B, onde o nível de qualidade especificado é aquele adequado à aplicação em questão, estudos adicionais são usualmente necessários para garantir a integridade estrutural da instalação.

Significativos avanços na tecnologia da soldagem molhada por eletrodos revestidos foram obtidos recentemente por meio de projetos de pesquisa realizados no Brasil por PETROBRAS, PUC-Rio, UFMG e ESAB ^[4] . Estes projetos tiveram como objetivo:

- desenvolver um eletrodo oxi-rutílico para soldagem molhada cuja operabilidade fosse superior à dos eletrodos do tipo oxidante e cuja soldabilidade metalúrgica (no que se refere à suscetibilidade a trincas por hidrogênio) fosse superior à dos eletrodos de base rutílica;

- levantar propriedades do eletrodo desenvolvido por meio de testes soldagem molhada em simulador hiperbárico em pressões equivalentes a 0,5m, 10m e 20m de profundidade;

- qualificar procedimentos de soldagem molhada com mergulhadores-soldadores válidos para aplicação até 15m de profundidade, empregando o eletrodo oxi-rutílico nas posições plana, vertical descendente e sobre cabeça.

Parte dos resultados destas pesquisas foram divulgados em periódicos e congressos ^[5-9] e apresentados no capítulo “principais resultados” a seguir, destacando- se o desenvolvimento de um eletrodo revestido oxi-rutílico, com teor de hidrogênio difusível menor que 20ml/100g de metal depositado, com o qual foram produzidas soldas com baixa porosidade, ausência de microtrincas no metal de solda (MS) e na zona afetada pelo calor (ZAC). Os valores de ductilidade, assim como os de tenacidade Charpy são superiores ao mínimo exigido pelo código AWS D3.6M classe A, código de soldagem subaquática comumente adotado por operadoras e classificadoras .

PRINCIPAIS RESULTADOS

O eletrodo oxi-rutílico desenvolvido, aqui denominado “WW70”, apresentou

resultados promissores no sentido de substituir os eletrodos comerciais do tipo oxidante

e do tipo rutílico existentes no mercado nacional e internacional para reparos nas

profundidades testadas (até 20m), vide tabelas 1 e 2. A tabela 1 apresenta alguns

resultados comparativos obtidos por soldagem mecanizada por gravidade em

laboratório. O teor de hidrogênio difusível do eletrodo WW70 e, portanto, o risco de

fissuração pelo hidrogênio é tão baixo quanto o do eletrodo oxidante comercial testado,

aqui denominado “A1”. Sua tenacidade e sua ductilidade equivalem ou superam àquelas

dos principais eletrodos comerciais do tipo rutílico aqui denominados “W1” e “S1”,

disponíveis no mercado internacional. A resistência mecânica do metal de solda do

eletrodo supera 460 Mpa, permitindo enquadrá-lo na classe AWS E70XX. Os resultados

de propriedades mecânicas mostrados na tabela 2, exceto quanto ao ensaio de

dobramento e dureza na ZAC (não apresentados aqui), atendem aos requisitos do

D3.6M:2010 classe A para soldagem de aços navais com limite de escoamento superior a 350 Mpa. Foram alcançados, com grande frequência, valores de alongamento superiores a 18%. O hidrogênio difusível e a porosidade do eletrodo WW 70 mostraram-se pouco sensíveis ao aumento de profundidade até 20m.

Tabela 1 - Comparação de algumas propriedades do metal de solda depositado pelo eletrodo WW70 com os eletrodos comerciais rutílicos (W1 e S1) e com o eletrodo oxidante comercial (A1) em testes de laboratório.

Eletrodo

Hdif (ml/100g) Prof.: 0,5m

Tenacidade Charpy 0ºC (J) Prof.: 20m

Porosidade (Área%) Prof.: 20m

L. R.

(Mpa) Prof.:

0,5m* e 10m**

Alongamento (%) Prof.: 0,5m* e

10m**

W1 97,2 35,3 2,36 515* 11,0*

S1 85,4 41,9 2,17 522* 6,6*

A1 20,4 37,3 0,41 456* 24,0*

WW70 21,3 41,3 0,06 490** 18,2**

Hdif=hidrogênio difusível

L.R.=Limite de resistência à tração

Tabela 2 – Propriedades do metal de solda em juntas soldadas em laboratório com o eletrodo oxi-rutílico desenvolvido (WW70) em posição plana, nas profundidades equivalentes de 0,5m, 10m e 20m.

Profundidade equivalente (m)

L.E.

(MPa)

L.R.

(MPa) Al (%)

Tenacidade Charpy 0ºC (J)

Porosidade (%)

Hdif ml/100g

0,5 429 500 15,6 46,3 0,00 21,3

10,0 424 490 18,2 47,0 0,07 28,9

20,0 371 495 16,6 41,3 0,06 32,8

L.E.=Limite de escoamento

L.R.=Limite de resistência à tração Al=Alongamento

Hdif=hidrogênio difusível medido em corpos de prova soldados sob pressão equivalente

a 0,5m 10m e 20m de profundidade

O avanço mais significativo alcançado neste desenvolvimento é o conjunto consistente de resultados de alongamento (acima de 14%) abrindo novas possibilidades para a obtenção de soldas molhadas com qualidade estrutural plena (classe A do AWS D3.6M: 2010). A tenacidade situa-se em patamar pouco superior comparado aos demais resultados. A baixa porosidade e ausência de microtrincas no metal de solda são as características principais responsáveis por esse avanço (vide figuras 1 e 2). Os resultados obtidos, em geral, atendem à maioria dos requisitos do AWS D3.6M: 2010 classe A, são pouco influenciados pela profundidade e são superiores à maioria dos resultados obtidos na literatura internacional sobre soldagem molhada (figura 2). Nesta figura, alguns resultados relativos a propriedades dos eletrodos oxi-rutílicos produzidos em diferentes fases do projeto são comparados com resultados de eletrodos oxidantes, ácidos e rutílicos obtidos na literatura especializada. Por outro lado, foram obtidos os seguintes resultados negativos quanto ao atendimento dos requisitos do AWS D3.6M:

2010 classe A:

- inconsistência na obtenção de resultados aprovados no ensaio de dobramento;

- dureza máxima na zona afetada pelo calor do metal de base dos passes de acabamento superior ao especificado;

- foi constatada uma maior tendência à formação de trincas de raiz na soldagem com o eletrodo oxi-rutílico comparativamente aos do tipo rutílico testados;

- aprisionamento de escória quando da soldagem na posição vertical descendente;

e maior dificuldade de remoção de escória comparativamente aos eletrodos do tipo rutílico testados.

Para reduzir o risco de formação de trincas de raiz foi desenvolvido um eletrodo de base rutílica, denominado WW70RP destinado unicamente à soldagem do passe de raiz. Testes de laboratório (mecanizados) e de campo (com soldador-mergulhador) utilizando este procedimento híbrido (raiz com o eletrodo WW70RP e enchimento com WW70) apresentaram resultados positivos quanto à redução da incidência de trincas de raiz.

Testes de campo a 5m de profundidade foram realizados com metal de base de

especificação ASTM A 131/A 131M – 08 AH36. Foi utilizado um procedimento

híbrido com eletrodo rutílico no passe de raiz e acabamento com eletrodo oxi-rutílico

objetivando evitar a formação de trincas de raiz. Os resultados de ensaios mecânicos

obtidos estão apresentados na tabela 3 em conformidade com os requisitos para

enquadramento no AWS D3.6M:2010 classe B nas posições plana e sobre-cabeça para

juntas em ângulo. Entretanto, na posição vertical descendente não foram obtidos

resultados satisfatórios devido à presença de descontinuidades do tipo inclusão de

escória acima do especificado. Em relação ao atendimento aos requisitos da classe A, os

corpos de prova falharam no ensaio de dobramento devido à presença de inclusões de

escória e a dureza máxima da ZAC ultrapassou em alguns pontos 325 HV que é o valor

limite especificado pelo AWS D3.6M:2010. Houve aprovação quanto às demais

propriedades mecânicas (tabela 3).

0,5 m

10 m

20 m

Fig. 1 – Macrografias

representativas das juntas soldadas em laboratório com o eletrodo WW70 nas profundidades

equivalentes de 0,5m, 10m e 20m.

Fig. 2 - Resultados de tenacidade, alongamento e porosidade obtidos com os eletrodos oxi- rutílicos desenvolvidos no projeto de pesquisa comparados com resultados publicados por diversos autores na literatura técnica especializada. ^[10-15] .

0 5 10 15 20 25 30

0 5 10 15 20 25 30

mínimo AWS D3.6 LSS - Class A

mínimo AWS D3.6 HSS - Class A

Alongam ento (%)

Profundidade (m)

0 5 10 15 20 25 30

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

Porosi dade (area %)

Profundidade (m)

0 5 10 15 20 25 30

10 20 30 40 50 60 70

Energia Charpy 0

C (J)

Profundidade (m)

0 5 10 15 20 25 30

10 20 30 40 50 60 70

Energia Charpy 0 o C (J)

Profundidade (m)

rut oxi acid oxi-rut

Tabela 3 – Resultados de testes de campo* com procedimento híbrido (raiz com o eletrodo WW70RP e enchimento com WW70)

Prof.

(m)

Tração do metal de

solda T.RT.

(Mpa) T.R.C.

(Mpa) Charpy 0ºC

(J) MS Charpy 0ºC (J) ZAC

Dureza do Metal de

Solda Hv10 L.E.

(Mpa) L.R.

(Mpa)

Along.

(%)

5 449 507 18,6 504

533

>506

>450 46-37-37/40 40-32-32/35 204

* Soldagem em posição plana, profundidade: 5m T.R.T = Tensão de ruptura em tração transversal T.R.C. = Tensão de ruptura em cisalhamento MS = metal de solda

ZAC = zona afetada pelo calor

CONSIDERAÇÕES - QUALIDADE ESTRUTURAL PLENA ( CLASSE A)

Para atingir a qualificação Classe A em soldas molhadas, segundo o código AWS D3.6M:2010, são grandes os desafios a serem vencidos, em função da ação direta da água sobre a poça de fusão e sobre a zona afetada pelo calor. Os seguintes requisitos podem ser considerados os mais críticos na qualificação de procedimentos de soldagem molhada na classe A:

- ausência de trincas no metal de solda e na zona afetada pelo calor;

- alongamento mínimo no ensaio de tração do metal de solda

- dureza máxima de 325HV10 no metal de solda e na zona afetada pelo calor;

- aprovação total nos quatro corpos de prova no ensaio de dobramento Ausência de trincas no metal de solda e na zona afetada pelo calor

As trincas em soldas molhadas podem ser de duas naturezas: trincas de hidrogênio (podem ocorrer tanto ZAC do metal de base quanto no metal de solda) e trincas de raiz no metal de solda. As trincas de hidrogênio dependem fundamentalmente da composição química e do teor de hidrogênio difusível (Hdif), uma vez que é extremamente difícil controlar a velocidade de resfriamento. Trincas de raiz no metal de solda ocorrem comumente em juntas em ângulo e no ponto de contato com o mata-junta e a parede do chanfro. Sua formação é decorrente da concentração de tensões residuais na raiz da solda e facilitada pela presença de inclusões não metálicas, escória e segregações nesta região. Este problema pode ser reduzido pelo emprego de eletrodos selecionados ou desenvolvidos especialmente para a soldagem do passe de raiz.

De acordo com o AWS D3.6M:2010 as juntas soldadas devem ser examinadas

macrograficamente em seção transversal com ampliação de 5 X. Nestas condições as

trincas por hidrogênio, mais frequentes em eletrodos rutílicos, podem não ser reveladas

por serem normalmente de comprimento muito pequeno, inferior a 0,5mm. Por outro

lado as trincas de raiz podem facilmente exceder o comprimento máximo admissível

para soldas classe A que é de 1,0mm. As figuras 3, 4 e 5 exemplificam os tipos de

trincas mencionados.

Figura 3 - Distribuição de trincas de hidrogênio na ZAC e no MS em seção longitudinal de corpo de prova de teste de soldabilidade CTS (“Controlled Thermal Severity”). Metal de base: 0,21% C e 1,05% de Mn. Profundidade de soldagem equivalente: 20m. Eletrodo comercial rutílico. Hidrogênio difusível: 90ml/100g ^[4].

Figura 4 - Trincas de hidrogênio no metal de soda com eletrodo rutílico em visão tridimensional. Imagem obtida por microtomografia de raios X ^[4] .

Figura 5 - Trinca de raiz - junta em ângulo. Eletrodo do tipo oxi-rutílico. Metal de

base: ASTM AH 36. Espessura da chapa: 16 mm. Profundidade de soldagem: 10m ^[4] .

Alongamento mínimo no ensaio de tração do metal de solda

O código AWS D3.6M:2010 requer alongamento mínimo de 14% para os aços com limite de escoamento (LE) acima de 350 MPa e 18% para os aços com LE inferior a 350 Mpa. Os eletrodos do tipo rutílico, usualmente aplicados em soldagem molhada raramente atendem a este requisito, seja pela presença de trincas no metal de solda ou porosidade acentuada ^[5,9,16] . Por outro lado, eletrodos com comportamento oxidante depositam metal de solda de melhor ductilidade atingindo mais frequentemente alongamentos superiores a 18%. Alguns trabalhos apontam o teor de hidrogênio difusível como o principal fator responsável pelo controle da ductilidade do metal de solda ^[5,9] e sugerem que para satisfazer ao requisito de alongamento do metal de solda é essencial controlar o hidrogênio difusível (abaixo de aproximadamente 20ml/100g) e a porosidade (abaixo de aproximadamente 0,5%).

Dureza máxima de 325 HV10 na zona afetada pelo calor

A dureza na ZAC é principalmente influenciada pela composição química do metal de base e pela taxa de resfriamento. Esta, por sua vez, é sempre muito elevada pela ação direta da água, sendo pouco influenciada pelo aporte térmico na soldagem molhada com eletrodos revestidos. Nas condições de soldagem usuais, a taxa de resfriamento expressa pelo tempo de resfriamento entre 800ºC e 500ºC (Δt8-5) varia entre 1s e 3s, aproximadamente. Numa abordagem conservadora pode-se admitir que em regiões da ZAC não reaquecidas por passes subsequentes a microestrutura seja formada por 100%

de martensita. Esta é a situação encontrada na ZAC do metal de base provocada pelos passes de acabamento. Portanto, numa abordagem conservadora, a dureza máxima prevista na ZAC em aços C-Mn pode ser estimada pela bem conhecida relação entre dureza da martensita em função do teor de carbono do aço. Assim, considerando os teores de carbono e manganês especificados para os principais aços estruturais navais conforme a norma ASTM A 131 é necessário lançar mão de técnicas especiais para reduzir sensivelmente a velocidade de resfriamento ou reaquecer as regiões críticas da ZAC para atender ao requisito para classe A do AWS D3.6M 2010 (dureza máxima inferior a 325 HV).

Aprovação total nos quatro corpos de prova no ensaio de dobramento

O código AWS D3.6M:2010 requer, para classe A, a aprovação nos 4 testes de

dobramento a 180º a partir de corpos de prova extraídos de uma única junta. A prática

tem revelado enorme dificuldade em se conseguir tal aprovação de forma consistente e

sistemática. Resultados recentes ^[4,16] têm demonstrado que a simples presença de um

pequeno defeito aceito pelo código (menor que 1,5 mm) pode levar a falha no teste e,

portanto, impedir a qualificação do procedimento de soldagem. Excepcionalmente,

conforme documentado na figura 6 foi conseguida aprovação nos testes de dobramento

em condição limite onde as decontinuidades atingiram comprimento próximo do limite

(3mm). Considera-se que a aprovação nos testes de dobramento esteja condicionada

pelo desenvolvimento de novos consumíveis resultando em aumento da ductilidade do

metal de solda, redução da dureza da ZAC e ausência de micro-trincas. A grande

influência de pequenas descontinuidades no resultado do teste de dobramento torna este

aspecto da qualificação fortemente dependente da habilidade do soldador/mergulhador e

do desempenho em nível operacional do processo.

Figura 6 - Corpos de prova dobrados de 180º em testes de dobramento lateral mostrando trincas inferiores a 3mm e, portanto, aprovados. A junta de topo foi soldada em laboratório na pressão equivalente a 10m de profundidade com eletrodo oxi-rutílico ^[4] .

APLICABILIDADE EM UNIDADES FLUTUANTES

Dentre as possíveis aplicações da soldagem molhada para reparos permanentes, algumas são de extrema dificuldade como aquelas em profundidades superiores a cerca de 30 m, onde a baixa qualidade atingida tem sido normalmente adequada apenas a reparos temporários. Outras são inaceitáveis, independente da profundidade, por exemplo, aquelas que envolvem riscos do tipo vazamento de óleo ou gás, como é o caso de reparos em dutos. Deve-se distinguir, entretanto, uma classe de aplicação que se restringe a reparos em águas rasas de estruturas flutuantes onde há uma conjugação interessante de fatores facilitadores que concorrem para viabilizar a utilização da soldagem molhada em reparos permanentes:

Soldabilidade dos aços

A norma ASTM A 131/A 131M – 08 “Standard Specification for Structural

Steel for Ships” ^[17] estabelece limites de composição química de modo a possibilitar boa

soldabilidade aos aços utilizados em construção naval. O carbono equivalente é limitado

a 0,40 nos aços de baixa resistência em geral e nos aços de alta resistência nas

espessuras inferiores a 50mm. O teor de carbono especificado, em geral é inferior a

0,2%. Alguns autores ^[10,18] consideram 0,38 o máximo carbono equivalente possível de

ser soldado em condições subaquáticas com baixo risco de ocorrência de fissuração a

frio. Assim, em termos práticos, a composição química dos aços a serem reparados

deverão em muitos casos ser favorável do ponto de vista da soldabilidade metalúrgica.

Baixa profundidade

A profundidade em que os componentes estruturais serão reparados raramente deverá ultrapassar 20 m. Resultados apresentados na tabela 2 indicam que com o desenvolvimento, já alcançado, é possível produzir soldas molhadas com pequena variação de propriedades mecânicas até esta profundidade.

Resistência à fadiga

Ao considerar a aplicabilidade da soldagem molhada em unidades flutuantes de produção onde muitas juntas soldadas são submetidas a cargas variáveis com o tempo, deve ser avaliado o desempenho em serviço das soldas de reparo, notadamente sob fadiga. Infelizmente, são poucos os dados disponíveis na literatura sobre o comportamento à fadiga tanto em serviço como em testes de laboratório. Possivelmente, o estudo mais detalhado sobre o tema foi apresentado no relatório SSC-370 do “Ship Structure Committee” intitulado “Underwater Repair Procedures for Ship Hulls (Fatigue and Ductility of Underwater Wet Welds)” ^[14] . O gráfico da figura 7 construído a partir de resultados de testes de fadiga apresentados no relatório SSC-370, mostra que a vida à fadiga de juntas produzidas por soldagem molhada pode ser equivalente à de soldas ao ar testadas nas mesmas condições, apesar das diferenças de propriedades mecânicas estáticas entre as duas modalidades de solda. Acrescenta-se, ainda, que como as soldas de reparos por soldagem molhada são usualmente de pequenas extensões é possível utilizar técnicas para aumento da resistência à fadiga a serem aplicadas pós-soldagem possibilitando até mesmo superar a resistência à fadiga de juntas soldadas ao ar semelhantes às utilizadas em construção naval. Dentre estas técnicas destacam-se o adoçamento por desbaste e o martelamento das margens da solda.

10

10

10

10 20 30 40 50 60 70 80 100 90

Soldas de topo sem cobre-junta

limite inferior para 95% de confiança (soldas ao ar)

curva de referência de soldas ao ar solda molhada solda ao ar

Am plitude de tensão (ksi)

Nº de ciclos

Figura 7 - Curvas SxN de soldas ao ar e de soldas subaquáticas a partir de dados do

relatório SSC-370 ^[14] .

Inspeção em serviço

Em se tratando de áreas restritas onde as soldas de reparo são realizadas, os planos de inspeção das unidades de produção que possuem juntas reparadas por soldagem molhada podem conter procedimentos diferenciados tanto em relação aos métodos de inspeção não destrutiva a serem aplicados quanto à periodicidade das inspeções, acrescentando confiança no bom desempenho em serviço das juntas de reparo não classificadas como juntas de qualidade estrutural plena (classe A). Assim, adotando uma metodologia de “qualidade para uso específico” procedimentos de soldagem qualificados em classe B podem ser aplicados para reparos permanentes desde que sejam cumpridas avaliações adicionais dentro de um plano de inspeção específico para as juntas em questão.

CRITÉRIOS DE ACEITAÇÃO PARA UNIDADES FLUTUANTES

Duas rotas devem ser percorridas no sentido de viabilizar a aplicação da soldagem molhada em reparos estruturais pede unidades flutuantes de produção de petróleo (navios e plataformas semi-submersíveis). A primeira é o aperfeiçoamento da técnica e dos consumíveis de forma a atender aos requisitos da classe A, sendo o principal a ductilidade do metal de solda, que implica em reprovação no ensaio de dobramento.

Novos projetos de pesquisa devem ser conduzidos segundo sugestões apresentadas por diversos autores. A segunda rota depende de esforços conjuntos por parte de operadoras e classificadoras para considerar no contexto das normas de soldagem molhada a soldagem de reparo em estruturas flutuantes como um caso específico. Com base no conhecimento estabelecido e eventualmente no levantamento de novos dados técnicos algumas alterações nos critérios atuais poderiam ser realizadas sem ameaçar a integridade das estruturas reparadas. Seguem algumas sugestões de alterações a serem melhor avaliadas para discussão com as sociedades classificadoras, com o comitê de normas técnicas da PETROBRAS e endereçamento ao subcomitê diretor de soldagem subaquática da AWS:

a - Criação de uma nova classe de soldas além das tradicionais classes A e B do AWS D3.6M:2010, de aplicação restrita à qualificação de procedimentos de soldagem para reparos em estruturas flutuantes de produção de petróleo construídas com aços de características semelhantes aos aços navais da norma ASTM A 131.

b - A nova classe de solda poderia ser baseada na atual classe B do AWS D3.6M:2010, introduzindo algumas modificações tornando-a mais severa:

b1 - A exigência de ensaio de tração do metal de solda para todos os tipos de juntas e estabelecendo como critério de aceitação um valor de alongamento da ordem de 14%, justificado por ser este o valor especificado para a soldagem molhada de aços de alta resistência em classe A conforme o AWS D3.6M:2010. No critério vigente não há exigência de realização de ensaio de tração do metal de solda para soldas classe B.

b2 – a exigência de realização de ensaios metalográficos em seção longitudinal no metal

de solda, passando pelo eixo da solda, para detectar a presença de microtrincas em seção

polida com magnificação da ordem de 50x. Critérios de aceitação de microtrincas

deverão ser definidos. Adicionalmente sugere-se que em seção transversal a amostra

também seja examinada com magnificação da ordem de 50x. Na versão de 2010 o

código exige apenas a realização de uma macrografia em seção transversal observada com magnificação de 5x.

c - Alternativamente, a nova classe de solda poderia ser baseada na atual classe A do AWS D3.6M:2010, introduzindo algumas modificações tornando-a menos severa:

c1 – Unificação do critério de aceitação em um valor de alongamento da ordem de 14%, justificado por ser este o valor especificado para a soldagem molhada de aços de alta resistência em classe A conforme o AWS D3.6M:2010. Na versão 2010 o código exige alongamento mínimo de 18% para a soldagem dos aços de baixa resistência.

c2- Utilização dos critérios de aceitação da classe B de descontinuidades em testes não destrutivos e destrutivos.

c3 – Utilização da metodologia e do critério de aceitação da classe B para os ensaios de dobramento ( aumentando assim o diâmetro do cutelo) e de dureza (aumentando assim a dureza máxima aceitável de 325 para 375 HV).

CONCLUSÕES

Projetos de pesquisa realizados no Brasil no período 2007 – 2012 resultaram no desenvolvimento de um eletrodo oxi-rutílico (WW70). Os resultados de hidrogênio difusível, porosidade e propriedades mecânicas (com exceção do dobramento) das soldas realizadas com este eletrodo, entre 0,5m e 20m, mostraram que esta formulação apresentou ótimos resultados em comparação com resultados disponíveis na literatura internacional.

Os resultados de propriedades mecânicas, exceto quanto ao ensaio de dobramento e dureza na ZAC, atendem aos requisitos do D3.6M:2010 classe A para soldagem de aços navais com limite de escoamento superior a 350 Mpa. Foram alcançados, com grande frequência, valores de alongamento superiores a 18%.

As principais propriedades mecânicas, o hidrogênio difusível e a porosidade do eletrodo WW70 mostraram-se pouco sensíveis ao aumento de profundidade até 20m;

Foram identificadas deficiências quanto à operacionalidade do eletrodo WW70 que precisam ser corrigidas.

Nos testes de qualificação de procedimentos a 5m de profundidade com metal de base ASTM A 131 AH36 os resultados obtidos estão em conformidade com os requisitos para qualificação no AWS D3.6M:2010 classe B nas posições plana e sobre- cabeça para juntas em ângulo. Entretanto, na posição vertical descendente não se obteve a qualificação em classe B devido à presença de descontinuidades do tipo inclusão de escória acima do especificado.

Em relação à qualificação de procedimentos em classe A, os maiores obstáculos

a serem superados quanto à qualidade do metal de solda são a aprovação no ensaio de

dobramento e a produção de soldas com inclusões de escória menores que 2mm. Outro

importante obstáculo é a obtenção de valores de dureza na ZAC abaixo de 325 HV

(requisito para classe A).

Os testes de laboratório e de soldas realizadas em tanque a 5m por soldador- mergulhador com um procedimento híbrido (raiz com eletrodo rutílico e enchimento com oxi-rutílico apresentaram resultados positivos em geral, mas mesmo assim não alcançaram a qualificação de procedimento devido à presença de inclusões de escória com tamanho e quantidade ligeiramente superiores aos estabelecidos no AWS D3.6M:2010.

Visando o reconhecimento da soldagem molhada como técnica de reparo permanente para unidades flutuantes de produção, sugere-se nova conceituação para a qualificação de procedimentos e alterações em alguns critérios de aceitação.

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