Universidade Federal do Rio de Janeiro
AVALIAÇÃO DE SOLDA DE REPARO EM
CHAPAS DE AÇO ESTRUTURAL NAVAL
Plínio Texeira Barbosa
AVALIAÇÃO DE SOLDA DE REPARO EM
CHAPAS DE AÇO ESTRUTURAL NAVAL
Plínio Texeira Barbosa
Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Naval e Oceânica da Escola Politécnica, Universidade Federal Do Rio De Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro.
Orientadores:
Prof. Segen Farid Estefen, Ph.D. Profa. Tetyana Gurova, D.Sc.
Rio de Janeiro Dezembro/2017
AVALIAÇÃO DE SOLDA DE REPARO EM CHAPAS DE
AÇO ESTRUTURAL NAVAL
Plínio Texeira Barbosa
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE ENGENHARIA NAVAL E OCEÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS
REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE
ENGENHEIRO NAVAL E OCEÂNICO.
Examinado por:
_______________________________________________ Prof. Segen Farid Estefen, Ph.D.
_______________________________________________ Profa. Tetyana Gurova, D.Sc.
_______________________________________________ Prof. Júlio Cesar Ramalho Cyrino, D.Sc.
_______________________________________________
Profa. Bianca de Carvalho Pinheiro, D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL DEZEMBRO DE 2017
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Barbosa, Plínio T.
Avaliação de Solda de Reparo em Chapas de Aço Estrutural Naval / Plínio Texeira Barbosa – Rio de Janeiro: UFRJ / Escola Politécnica, 2017.
XII, 45 p.: il.; 29,7 cm.
Orientadores: Segen Farid Estefen, Tetyana Gurova.
Projeto de Graduação – UFRJ / Escola Politécnica/ Engenharia Naval e Oceânica, 2017.
Referências Bibliográficas: p. 44-45.
1. Solda de reparo. 2. Método de reparo. 3. Concentração de tensões residuais induzidas. I. Estefen, Segen Farid. et al. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, UFRJ, Curso de Engenharia Naval e Oceânica. III. Título.
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Agradecimentos
Agradeço a Deus antes de tudo, pois sem Ele nunca teria chegado até aqui.
Agradeço a minha mãe, Maria de Fátima Texeira Barbosa, que com suas orações, seus conselhos e amor incondicional é o farol da minha vida.
Agradeço a meu pai, Antonio Claudio de Oliveira Barbosa, que com seu amor, ensinamentos e suporte incondicional, é sempre minha âncora não importando a tempestade.
Agradeço a minhas irmãs, Poliana Texeira Barbosa e Nara Texeira Barbosa, pelo apoio, ouvidos e ombros emprestados e também pelos momentos de descontração que aliviaram o lastro desta jornada.
Agradeço a minha companheira, Thaís de Mello Duarte, pois me encorajou e foi um propulsor em minha vida.
Agradeço a meu orientador, professor Segen Farid Estefen, Ph.D., por aumentar meus conhecimentos na área de solda e estruturas com diversos estudos que culminaram na realização deste trabalho.
Agradeço a minha orientadora, professora Tetyana Gurova, D.Sc., que com seu exemplo de profissionalismo e conhecimento passados foi ímpar para minha formação curricular.
Agradeço ao engenheiro Dr. Manuel Ribeiro a oportunidade única de ter trabalhado com ele e absorvido um pouco de seu conhecimento.
Agradeço ao meu gestor, Gerente da Qualidade Francisco Gonçalves de Velasco, por todo conhecimento técnico e administrativo ensinando-me a lidar com aço e também com pessoas, o que foi fundamental para minha formação acadêmica.
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Agradeço ao professor, engenheiro Fernando Amorim, em memória, e ao mestre Jonas, que no Polo Náutico da UFRJ propiciaram meu primeiro contato prático com a engenharia e onde desenvolvi minha paixão pela construção naval.
Agradeço a todos os meus familiares pelas orações, pelo apoio e torcida para que chegasse até este momento de conquista.
Agradeço às Secretárias do curso de Engenharia Naval e Oceânica, Heloisa Moreira, Simone Morandini (Simãe, às vezes Sivó!!!) e Sônia (Soninha), que foram as navegadoras desta jornada conduzindo através das mais diversas intempéries. E intempéries não faltaram, nesse curso, para que estas navegadoras guerreiras provassem seu valor, carinho e apoio a todos os alunos.
Agradeço a todos os amigos que passaram pela minha vida, ajudaram na minha formação e que estão me acompanhando na conclusão desta etapa.
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Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica / UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Naval e Oceânico.
Avaliação de Solda de Reparo em Chapas de Aço Estrutural Naval
Plínio Texeira Barbosa
Dezembro/2017
Orientadores: Segen Farid Estefen Tetyana Gurova
Curso: Engenharia Naval e Oceânica
O reparo de imperfeições de solda unicamente por solda é de grande praticidade durante o processo de construção/reparo. Hoje existem materiais com características melhores e processos de fabricação automatizados, seja do material de base ou de adição que faz a união/reconstituição do material de base utilizado durante a soldagem. Além disso, novas tecnologias para realização de testes, medições do resultado final e interação destes processos estão disponíveis.
Neste estudo serão discutidos alguns métodos de solda de reparo quanto ao nível das tensões residuais induzidas pelo processo de soldagem, durante a correção de defeitos de solda que podem ocorrer na construção/reparo de um navio. Estas avaliações serão comparadas com o método sugerido pela IACS – International Association of Classification Societies, norma de referência utilizada para a solda de reparo. Assunto pouco abordado e sem muita informação, a substituição de parte do metal de base na região da falha com a inserção de um novo é o método de reparo mais comum, principalmente com os limites admitidos para o reparo exclusivamente por solda, segundo as regras de construção/reparo navais vigentes.
Com este estudo deseja-se encontrar, através das novas tecnologias hoje disponíveis, novos métodos de solda de reparo que sejam mais práticos e rápidos, fornecendo agilidade e segurança para o reparo de chapas de aço unicamente por solda durante a construção/reparo, sem afetar sua integridade estrutural e a segurança da obra ao longo de sua vida útil.
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Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Engineer
Evaluation of Weld Repair in Ship Structural Steel Plates
Plínio Texeira Barbosa
December/2017
Advisors: Segen Farid Estefen Tetyana Gurova
Course: Naval Architecture & Marine Engineering
The repair of weld defects solely by welding is of great convenience during the construction/repair process of ships and offshore structures. Nowadays, there are materials with better characteristics and automated manufacturing processes, either base or addition material that makes the union/reconstitution of the base material used during the welding process during construction/repair. In addition, new technologies for conducting tests and in-situ measurements of the final result and interaction of these processes are available.
In this study will be discussed some methods of weld repair as to the level of the residual stresses induced by the welding process during the correction of weld defects that can occur in the construction/repair of a ship. These evaluations will be compared with the method suggested by the International Association of Classification Societies (IACS), the reference standard for weld repair. Subject with limited information, the replacement of part of the base metal in the region of the failure with the insertion of a new one is the most common repair method in shipyards, especially with the limits allowed for the repair only by welding in accordance with the current recommendations for ship and offshore construction/repair.
Based on this study, new welding methods for repair which demands shorter periods of time to perform is proposed. For this aim, new technologies are employed providing agility and safety in the repair of steel plates solely by welding during the construction, without affecting the structural integrity and the safety throughout the ship life cycle.
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Sumário
1. Introdução ... 1 2. Motivação e Objetivo ... 2 3. Tipos de Defeitos... 4 4. Revisão Bibliográfica ... 6 5. Metodologia... 8 6. Método de Medição ... 13 7. Material Utilizado ... 16 8. Processo de Soldagem ... 17 9. Métodos de Reparo... 199.1. Solda de Reparo em furo não vazado de Ø30mm de diâmetro ... 21
9.2. Solda de Reparo em furo vazado de Ø30mm de diâmetro ... 22
9.3. Reparo segundo recomendação da norma IACS R47 ... 23
9.4. Solda de Reparo em furo vazado de Ø75mm de diâmetro ... 25
10. Medição da Concentração de Tensões Superficiais ... 31
10.1. Valores das Tensões Residuais dos Corpos de Teste ... 33
10.1.1. Reparo por solda do corpo teste nº1 - furo cego com Ø30mm de diâmetro rebaixado à meia espessura ... 34
10.1.2. Reparo por solda do corpo de teste nº2 - furo vazado com Ø30mm de diâmetro ... 35
10.1.3. Reparo do corpo de teste nº3 segundo recomendação da Norma IACS R47 [6] ... 37
10.1.4. Reparo por solda do corpo de teste nº4 - furo vazado de Ø75mm de diâmetro ... 40
10.1.5. Reparo segundo Norma IACS R47 x Reparo somente por solda do furo vazado com Ø75mm de diâmetro (14 dias após a soldagem) ... 41
11. Análise de Resultados ... 42
12. Conclusões ... 43
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Lista de Figuras
Figura 1 - Corpo de Teste n.º1 com furo de Ø30mm, não vazado, rebaixado à meia
espessura; ... 10
Figura 2 - Corpo de Teste n.º2 com furo de Ø30mm, vazado; ... 10
Figura 3 - Corpo de Teste n.º3 com furo de Ø75mm, vazado; ... 11
Figura 4 - Croqui da peça tipo espigote usinada para reparo conforme norma IACS R47 [6]; ... 11
Figura 5 - Peça usinada tipo espigote; ... 12
Figura 6 - Corpo de Teste n.º4 com furo de Ø75mm, vazado; ... 12
Figura 7 - Esquema de medição de tensões com o equipamento portátil RAYSTRESS; ... 14
Figura 8 - RAYSTRESS: Equipamento portátil de raios-X para medição de tensões mecânicas; ... 14
Figura 9 – STRESSVISION Equipamento magnético para avaliação do estado das tensões mecânicas ... 15
Figura 10 - Especificação do Metal de adição utilizado;... 16
Figura 11 - Material de adição utilizado;... 16
Figura 12 - Reparo concluído do corpo de teste n.º1; ... 21
Figura 13 - Peça usinada inserida no furo. Vista de frente à esquerda. Vista posterior a direita; ... 23
Figura 14 - Corpo de teste n.º3 soldado. Vista de frente à esquerda. Vista posterior a direita; ... 24
Figura 15 - Parte frontal do corpo de teste n.º3 soldado e esmerilhado; ... 24
Figura 16 - Corpo de teste n.º 4 montado com backing de cerâmica para reconstituição com solda; ... 25
Figura 17 - Execução e resfriamento do Primeiro Passe de Solda – Passe de Raiz; ... 26
Figura 18 - Reconstituição da base de solda; ... 27
Figura 19 - Preenchimento da abertura com solda; ... 27
Figura 20 - Acabamento, reconstituição completa da abertura; ... 28
Figura 21 - Acabamento da reconstituição sendo esmerilhado a zero para medição do Campo de Tensões Residuais Induzidas pelo processo; ... 29
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Figura 22 - Raiz do Corpo de Prova; ... 29 Figura 23 - Raiz Esmerilhada a zero para medição do Campo de Tensões Residuais Induzidas pelo processo; ... 30 Figura 24 - Localização dos pontos de medição. Corpos de prova com furo de Ø30mm, vazado e cego... 31 Figura 25 - Localização dos pontos de medição das tensões residuais na chapa com reparo realizado conforme IACS R47 [6] (à esquerda) e na chapa com reparo do furo de Ø75mm realizado apenas com solda (à direita); ... 32 Figura 26 - Reparo somente por solda. Corpo de teste nº2 com furo vazado de diâmetro Ø30mm – Mapa da máxima concentração de tensão de cisalhamento medida no dia da soldagem; ... 36 Figura 27 - Reparo somente por solda. Corpo de teste nº2 com furo vazado de diâmetro Ø30mm – Mapa da máxima concentração de tensão de cisalhamento medida 14 dias após a soldagem; ... 36 Figura 28 – Reparo conforme IACS R47 [6] – Mapa da máxima concentração de tensão de cisalhamento no dia da soldagem ... 38 Figura 29 - Reparo conforme IACS R47 [6] – Mapa da máxima concentração de tensão de cisalhamento 14 dias após a soldagem; ... 39
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Lista de Gráficos
Gráfico 1 - Tensões de von Mises [10] para chapa com reparo por solda do furo cego de diâmetro Ø30mm. Cor vermelha - no dia da soldagem; cor azul - duas semanas após soldagem; ... 34 Gráfico 2 - Tensões de von Mises [10] para chapa com reparo por solda do furo vazado de diâmetro Ø30mm. Cor vermelha - no dia da soldagem; cor azul - duas semanas após soldagem; ... 35 Gráfico 3 - Tensões de von Mises [10] para chapa com reparo realizado conforme IACS R47 [6]. Cor vermelha - no dia da soldagem; cor azul - duas semanas após soldagem; 37 Gráfico 4 - Tensões de von Mises [10] para chapa com reparo por solda do furo vazado de diâmetro Ø75mm. Cor vermelha - no dia da soldagem; cor azul - duas semanas após soldagem; ... 40 Gráfico 5 - Tensões de Von Mises [10]. Duas semanas após soldagem. Reparo
conforme norma IACS R47 [6] (cor vermelha) x Reparo por solda do furo de diâmetro Ø75mm (cor azul). ... 41
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1. Introdução
No princípio a Construção Naval era um processo empírico. Com o surgimento da engenharia e de métodos científicos o processo de projetar um navio foi muito aperfeiçoado, mas mesmo atualmente, valendo-se de mais recursos de simulação, seja através de modelos matemáticos e/ou em escala buscando estimar o melhor resultado em projeto para se construir o navio real, estudos contínuos em diversas áreas são necessários.
Hoje, diversas técnicas de montagem e processos de soldagem automatizados para a construção de um navio e o reparo de peças e chapas vêm sendo estudadas e descobertas. Com a evolução também dos processos de fabricação criando materiais de base e materiais de adição com melhores características, encontra-se a necessidade de mais estudos no campo da soldagem, pois é o principal método utilizado na construção e reparo de navios hoje em dia. Alguns estudos, desta área ainda carente, como descrito em [1-4], foram de grande valia para realização deste trabalho.
Devido a todo este contexto, o foco deste estudo é nesta área de grande importância para construção e fabricação:
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2. Motivação e Objetivo
Como em qualquer projeto, existem normas tanto para projetar, quanto construir, transportar material, montar, apertar parafusos e principalmente fazer reparos, que é o objetivo do estudo proposto, pois qualquer obra está sujeita a algum tipo de defeito que deve ser corrigido durante o processo de construção/reparo.
Resumidamente, estas normas surgiram observando-se o que funcionava e o que não ao longo dos anos, observando os navios construídos desde o primeiro registro até o último mais os conhecimentos passados geração pós-geração. Ao longo deste período e destas análises, surgiram órgãos que as reuniram e as catalogaram criando o chamado “Livro de Regras” – Livro que contém os parâmetros para cada classe de navio ao se fazer um projeto, construir, testar, reparar e outros. Estes órgãos são chamados de “Sociedades Classificadoras” e sua função é certificar que o navio saia do estaleiro de acordo com todos os requisitos mínimos de integridade e segurança para sua tripulação, para o meio ambiente e para a carga.
Na construção naval há alguns destes órgãos internacionalmente reconhecidos e os quais, apesar de haver uma pequena diferença de um para o outro devido as suas análises individuais, respondem a um órgão superior e independente seguindo limites/critérios comuns definidos por este, cujos parâmetros são definidos em comum acordo entre todas as Sociedades Classificadoras que compõem este órgão. Este órgão é a associação entre estas principais sociedades classificadoras internacionalmente reconhecidas que formam a:
- IACS (International Association of Classification Societies).
Essa associação visa evitar problemas como muita flexibilidade ou muita rigidez de uma Sociedade individualmente, buscando segurança, precisão e, acima de tudo, parâmetros. Esses parâmetros precisam ser revistos de tempos em tempos devido ao surgimento de novas tecnologias.
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Assim, o objetivo deste trabalho é comparar o estado final das tensões residuais induzidas acumuladas para alguns tipos de reparo em chapas de aço estrutural naval feito exclusivamente por solda com o método de reparo sugerido pela IACS [5] hoje, que na maioria dos casos costuma ser executado com a abertura da chapa na região da falha e soldando uma peça inserida preenchendo esta abertura.
Como dito, com a evolução dos materiais e dos processos de soldagem, busca-se estudar um novo método, valendo-se destas novas tecnologias, que seja mais prático e rápido, garantindo ao mesmo tempo velocidade, segurança e integridade estrutural para a embarcação durante o reparo de solda de uma eventual falha que possa ocorrer no processo de construção ou reparo.
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3. Tipos de Defeitos
Durante o processo de construção/reparo, eventuais defeitos podem vir a ocorrer nas chapas de aço estrutural naval, material de base para construção de inúmeros tipos de embarcações e peças. Segue abaixo alguns exemplos:
- Pitting: Pequenos pontos de corrosão na chapa através da oxidação do aço
devido à ação do tempo ou humidade local;
- Arrancamento de Material: Quando parte do material de base é arrancado
criando uma vala ou furo cego durante a retirada de olhais soldados para auxiliar o transporte de partes do navio ou de peças soldadas para auxiliar o ajuste e montagem durante a edificação do mesmo;
- Falhas de corte: Quando, durante o processo de oxicorte, por qualquer
eventualidade, o bico falha por alguns instantes e retorna, nesse interim cria-se um “dente” no corte, que pode ser um furo redondo, vazado ou não, ou uma meia lua, se estiver na borda da chapa;
- Furos fora do padrão de abertura: Os furos que são feitos no navio para
passagem de mão-de-obra, de cabos, furos de dreno ou passagem de ar em elementos enrijecedores, etc, seguem uma norma tanto para serem abertos quanto fechados.
- Sangrias: Uma chapa que sofreu um empeno durante o processo de construção
e ao invés de retirá-lo com tempera, calor e água, corrige-se a deformação fazendo um corte no meio do empeno retirando-se o excesso de material, retornando a chapa para posição correta e unindo-se os dois lados do corte por processo de soldagem.
Os defeitos acima citadas são comuns e as tolerâncias aplicadas muito estreitas. Estas regras visam garantir a integridade do projeto e este trabalho propõe um estudo científico para atualizar, suportado pelas novas descobertas e tecnologias, um método de
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solda de reparo que facilite a construção e evite falhas mais significativas/comprometedoras/graves.
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4. Revisão Bibliográfica
De alguns anos para cá, estudos na área, ainda carente, de concentração de tensões residuais vêm sendo realizados. Todos relacionados ao nível das tensões residuais finais ocasionadas pelo processo de soldagem durante a construção/reparo, preocupando-se para que estes valores não venham a ultrapassar o limite de escoamento do material levando esse a uma possível falha. Esses estudos têm analisado o nível das tensões residuais induzidas pela solda à medida que novos materiais e processos de soldagem vêm surgindo.
Entretanto, esses estudos se preocupam com os valores das tensões residuais induzidas pela soldagem durante o processo de construção/reparo naval, mas não questionam qual o método de reparo de solda deve ser realizado, para cada tipo de reparo a ser feito, de acordo com os limites permitidos pelo livro de regras da sociedade que estiver classificando o navio ou pela IACS [5]. Nesses estudos, que podem ser considerados ainda recentes, não foram encontrados trabalhos que questionem os limites exigidos por regra para construção/reparo naval, de acordo com a IACS [5], há mais de trinta e quatro anos sem revisão.
Devido este contexto, o presente estudo se concentra na avaliação da solda de reparo analisando o nível de tensões residuais induzidas pelo processo, levando em consideração o método de reparo de solda em chapas de aço estrutural naval e suas peças questionando os limites impostos pelas regras de construção/reparo navais vigentes.
Assim, foram utilizados os livros de regras da IACS – IACS Rec. 47 [6] e IACS Rec. 12 [7] – como parâmetros para este estudo, pois esses contemplam os livros de regras de todas as principais Sociedades Classificadoras do mundo e, atendendo a IACS [5], atende-se às exigências de todos estes órgãos classificadores que a compõem.
A Recomendação 47 [6] da IACS [5] surgiu em 1996 e a parte desta recomendação referente a defeitos em superfície, oriunda da Recomendação 12 [7] que
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surgiu em 1983, fala sobre reparos com eletrodo revestido, método de soldagem 100% manual. A última revisão da Recomendação 47 [6] foi em 2013, sendo que nenhuma das suas sete revisões feitas abordou o assunto do trabalho. Isto vem tornar este estudo ainda mais relevante, pois o próprio documento da IACS R47 [6] ressalta que o reparo com uso de espigotes, tipo de peça inserida, em áreas que poderão estar sujeitas a altas concentrações de tensões ou à fadiga durante a exploração do navio, deve ser aprovado pela Classificadora. Por isso, o objetivo deste estudo visa às tensões residuais de soldagem induzidas pelas operações de solda de reparo e o método de reparo considerando o, recentemente descoberto, efeito de redistribuição dos valores das tensões residuais induzidas por soldagem com o tempo visto em [1, 8-9].
Com base nos limites impostos segundo a norma utilizada como referência, foi considerado, por exemplo, uma peça de aço com 10mm de espessura, 400mm de largura e 400mm de comprimento. Neste caso, a área máxima para uma corrosão maior que 0,5mm, com até 2mm de profundidade, é de no máximo 32cm² (apenas 2% da área da peça), aproximadamente, uma circunferência de Ø64mm de diâmetro. Se a corrosão for dos dois lados e na mesma região, a profundidade do pitting reduz seu limite à metade para cada lado da peça. Outro exemplo seria, caso esta mesma peça, sofresse um arrancamento de material superior a 2mm de profundidade com qualquer área. O limite permitido deste defeito, para um método de reparo diretamente por solda, é de 20% da espessura, nesse caso, 2mm. Assim, para os dois casos, o reparo atualmente sugerido pela regra, é a abertura de uma circunferência com Ø75mm de diâmetro e a inserção de uma peça tipo espigote, que será mostrada mais a frente.
Este estudo avaliará esses limites com o intuito de buscar praticidade e segurança ao se executar um reparo exclusivamente por solda em uma chapa de aço estrutural naval, pois como visto estas normas já existem há bastante tempo e não existem avaliações desses limites com as evoluções consideráveis dos novos processos de fabricação de materiais e dos novos processos e técnicas de soldagem.
Para tal avaliação desses limites, usaremos o processo de soldagem mais encontrado hoje na produção e reparo de embarcações e construções offshore que é o FCAW – Flux Cored Arc Welding, um processo semiautomático muito automatizado em relação ao SMAW – Shielded Metal Arc Welding – o eletrodo revestido.
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5. Metodologia
Foram confeccionados quatro corpos de teste na forma de chapas quadradas, de tamanho 10x400x400mm, como descrito nos exemplos da seção - revisão bibliográfica, feitos em aço estrutural naval contendo os seguintes defeitos em seu centro:
1) Furo circular de Ø30mm, não vazado, rebaixado à meia espessura; 2) Furo circular de Ø30mm, vazado;
3) Furo circular de Ø75mm, vazado; 4) Furo circular de Ø75mm, vazado.
O primeiro corpo de teste, Figura 1, com um defeito circular de Ø30mm de diâmetro e 5mm de profundidade, pode representar um arrancamento ou uma corrosão agressiva após sua retirada através de tratamento com esmeril e o segundo corpo de teste, Figura 2, com um furo de Ø30mm de diâmetro, pode representar um furo aberto erroneamente. Apesar de parecerem pequenos, são um pouco maiores que uma moeda de um real com Ø27mm de diâmetro, esses dois defeitos não podem ser removidos diretamente por reparo de solda, método prático, rápido e muito mais acessível, segundo a norma de referência utilizada para construção e reparo naval IACS R47 [6]. Eles extrapolam os limites impostos por esta e exigem a abertura da chapa com um furo de Ø75mm de diâmetro na região do defeito e a inserção de uma peça de aço com mesma característica.
Desta maneira, o corpo de teste número 3, Figura 3, com furo de Ø75mm de diâmetro, será reparado conforme definido na norma de referência IACS Rec.47 [6], soldando-se uma peça usinada, Figura 4 e Figura 5, inserida nesta abertura, preenchendo o furo e reconstituindo o defeito fazendo a união da peça usinada com o metal de base através do processo de soldagem semiautomático, proposto na revisão bibliográfica, FCAW - MAG, que também será utilizado para o reparo dos corpos de teste número 1, Figura 1, e número 2, Figura 2, estes reparados exclusivamente por solda.
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Com isto, serão avaliados possíveis novos limites para solda de reparo, relativo ao nível das tensões residuais induzidas pelo processo de soldagem, criando um novo método de reparo com limites mais brandos comparando-os com as tensões residuais induzidas pela soldagem através do método proposto pela regra de referência.
O corpo de teste número 4, Figura 6, com um furo de Ø75mm de diâmetro, também será reparado completamente por solda utilizando o mesmo processo que todos os corpos de teste anteriores, ampliando o horizonte desta pesquisa e servindo como base mais próxima de comparação, pois possui o mesmo diâmetro do reparo por peça inserida. Observa-se também, que para o furo com diâmetro de Ø75mm, este é 11mm acima do diâmetro máximo permitido para um reparo unicamente por solda, Ø64mm de diâmetro em uma peça com as dimensões 10x400x400mm, utilizadas como exemplo para demonstrar o qual estreitos são os limites impostos pela regra para os reparos diretamente por solda de acordo com a regra na revisão bibliográfica e, também, que a reconstituição máxima seria 2mm de profundidade, neste caso será reconstituída toda a espessura com solda.
O estudo tem como parâmetro de comparação para definir o melhor resultado dentre os reparos por solda executados, o corpo de teste que apresentar o melhor estado final de distribuição das concentrações de tensão residuais.
Segue agora as Figuras 1 – 6 apresentando os corpos de teste a serem reparados bem como um desenho da peça que será inserida e uma foto desta usinada.
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Figura 1 - Corpo de Teste n.º1 com furo de Ø30mm, não vazado, rebaixado à meia espessura;
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Figura 3 - Corpo de Teste n.º3 com furo de Ø75mm, vazado;
Figura 4 - Croqui da peça tipo espigote usinada para reparo conforme norma IACS R47 [6];
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Figura 5 - Peça usinada tipo espigote;
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6. Método de Medição
As tensões residuais foram medidas através do método de difração de raios-X utilizando equipamento portátil RAYSTRESS, Figura 8, que emprega o método de exposição dupla [8-9] e apresentadas segundo critério de escoamento de von Mises [10].
Em ciência dos materiais e engenharia, o critério de escoamento de von Mises [10], pode ser formulado em termos da tensão equivalente de von Mises, σv, um valor escalar de tensão que pode ser determinado a partir do tensor de tensão de Cauchy. Neste caso, um material é considerado em escoamento quando sua tensão equivalente de von Mises atinge um valor crítico denominado tensão de escoamento, σe. A tensão equivalente de von Mises é usada para avaliar o estado de tensão em relação ao escoamento do material, quando submetido a qualquer condição de carregamento com base em resultados obtidos de testes de tração simples.
O princípio de tensometria por raios-X se baseia na teoria de difração de raios-X para materiais cristalinos e na teoria da elasticidade do corpo sólido. Os valores das tensões são medidos a partir da deformação da estrutura cristalina causada pela ação destas tensões. As deformações são medidas por sua vez através do deslocamento do pico de difração.
O esquema de medição das tensões utilizando RAYSTRESS [8-9] está apresentado na Figura 7.
Duas janelas no cassete permitem captar partes das linhas difratadas no intervalo angular de 2 de 148o
a 164o. A amostra tem angulo de inclinação de 12° que corresponde à medição no aço utilizando como radiação de Cr-Kα e plano de difração
{211} com 211=78o.
A precisão da medição do valor absoluto da tensão pelo equipamento utilizado é de ±10MPa.
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Figura 7 - Esquema de medição de tensões com o equipamento portátil RAYSTRESS;
Figura 8 - RAYSTRESS: Equipamento portátil de raios-X para medição de tensões mecânicas;
1 – Unidades de controle com fonte de alta tensão; 2 – Fonte de alta tensão e tubo de raios-X;
3 – Suporte magnético;
4 – Colimador com cassete para filmes de raios-X.
Para a realização do mapeamento do estado das tensões foi utilizado um equipamento magnético portátil, STRESSVISION, Figura 9, que emprega o efeito inverso de magnetostrição, com sensor do tipo MAS (Sensor Magneto-Anisotrópico). O efeito inverso de magnetostrição consiste na variação de magnetização do material ferromagnético sujeito às tensões mecânicas devido às mudanças na estrutura dos domínios magnéticos.
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Este aparelho mostra, como resultado final, sem valores absolutos dos níveis de tensão residual, uma imagem qualitativa, feita logo após a soldagem, de quais regiões da peça analisada apresenta um campo com um maior nível de concentração das tensões residuais induzidas. E posteriormente, uma nova análise, com quatorze dias após a soldagem, tempo necessário para a redistribuição do campo de tensões com o tempo, será realizada para avaliar qualitativamente esta redistribuição do campo de tensões ao longo do tempo.
Figura 9 – STRESSVISION Equipamento magnético para avaliação do estado das tensões mecânicas
1 – Sensor de tipo MAS (Sensor Magneto-Anisotrópico); 2 – Unidade de controle;
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7. Material Utilizado
Para confecção dos corpos de testes e da peça inserida, que via de regra tem de ser do mesmo material do metal de base a ser reparado, foi utilizado o aço estrutural naval ASTM A131 DH 36. O limite de escoamento deste material é de 360MPa.
Para o processo de soldagem foi utilizado como metal de adição o arame tubular marca ESAB modelo “OK TUBROD 71 ULTRA” de Ø1.2mm de diâmetro, Figura 10 e Figura 11, e gás ativo CO2 como proteção da poça de fusão. Todos homologados pela
regra nos padrões internacionais de fabricação e já compatíveis entre si segundo a norma utilizada.
Figura 10 - Especificação do Metal de adição utilizado;
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8. Processo de Soldagem
Um dos processos de soldagem mais utilizados é o feito através de arco elétrico. Constitui-se de um arco elétrico aberto na ponta do metal de adição aquecendo este e a região próxima do metal de base, chapa ou peça, que está sendo soldado fazendo a fusão entre os dois materiais, seja numa junta unindo dois metais de base, duas peças distintas, ou reconstituindo um metal de base pela deposição de metal de adição sobre este.
Antes da chegada de processos de soldagem automáticos e semiautomáticos, o processo mais comum era o SMAW – Shielded-Metal Arc Welding ou Eletrodo Revestido – que constitui um eletrodo de metal envolto por um revestimento que faz a proteção da poça de fusão durante a soldagem. Ainda utilizado e com novas tecnologias para evitar inclusões de hidrogênio e o surgimento de outros defeitos durante a soldagem, como cita a norma, outros processos automatizados que oferecem melhor controle do processo de soldagem com mais desempenho e velocidade estão sendo utilizados cada vez mais frequentemente tanto na construção quanto nos reparos feitos por solda.
Assim, o processo escolhido, amplamente empregado por estas e outras características, foi o FCAW/MAG – Flux-Cored Arc Welding/Metal Active Gas.
Este processo de soldagem constitui-se de um metal de adição tubular, também chamado de arame tubular, que tem seu interior preenchido por um fluxo granular contendo elementos de liga e de proteção essenciais para a solda na poça de fusão entre o metal de adição e o de base e na formação de um rejeito chamado escória que após a soldagem fica depositado em sua superfície, assim como no processo por eletrodo revestido protegendo o metal soldado durante o seu resfriamento. Só que neste caso, o arame tubular não precisa de estufas de secagem, ressecagem, armazenamento, estufas de transporte durante a obra e etc.
Este processo é semiautomático porque diferentemente do eletrodo, a deposição do metal de adição é automática, a alimentação do processo é contínua. Inclusive,
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pequenas oscilações da distância entre o metal de base e o de adição são corrigidas automaticamente pela máquina de solda variando a corrente e velocidade de alimentação do metal de adição cabendo ao soldador apenas guiar o passe do cordão de solda controlando a velocidade de avanço deste.
Outra vantagem, por ser chamado de MAG – Metal Active Gas – ou Gás de Metal Ativo é devido o fato de usar além da proteção granular, a proteção gasosa na poça de fusão. Essa proteção, feita por CO2, reage com óxidos e outras impurezas
possíveis presentes no metal de base fazendo com que sejam eliminadas na escória depositada no topo do cordão de solda durante o resfriamento.
Estas são as principais vantagens do processo FCAW, muito utilizado hoje e por isso escolhido para o método de reparo do estudo.
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9. Métodos de Reparo
Para iniciar o reparo, primeiro regulou-se a máquina de solda para garantir que haja uma boa penetração do material de adição no material de base e boa formação do cordão de solda.
Após execução do primeiro passe de solda e limpeza da camada de escória de proteção do cordão de solda durante o resfriamento deste formado pelo fluxo granular dentro do metal de adição e também por quaisquer impurezas provenientes do metal de base, por exemplo: óxidos. Inspeciona-se visualmente o passe de raiz realizado quanto à penetração do passe no material de base e sua distribuição homogênea caracterizando uma boa regulagem da máquina. Por exemplo, se a corrente estiver alta demais o backing pode estourar não aguentando o aporte de calor ou o metal de base pode sofrer uma penetração muito grande apresentando mordeduras ou, quando não é necessária a utilização de backings, a inclusão de escórias que não conseguiram evoluir para a superfície do cordão de solda devido à alta penetração – estes são tipos de falhas durante a execução de soldagem ocorrida principalmente devido a erros de regulagem do equipamento. O contrário também pode ocorrer. Uma corrente muito baixa não funde o metal de base e de adição fazendo uma boa poça de fusão apresentando inúmeros defeitos. Outro exemplo seria uma voltagem muito alta, o material se espalha muito, e por ser um processo semiautomático a corrente sobe muito também e o passe por ter uma velocidade muito grande não penetra no material de base podendo o passe de solda vir a sofrer uma trinca a quente, por estar literalmente separado do metal de base, ou vindo a falhar quando submetido, mesmo que, a um pequeno esforço.
Ressalta-se, assim, a importância de uma boa regulagem da máquina durante a execução do processo bem como uma boa inspeção do passe de raiz, e também dos subsequentes para evitar propagação de falhas, mas releva a importância do passe de raiz que é o passe no qual se dá todo início do processo de reconstituição da falha.
Segundo procedimentos de soldagem testados e utilizados como parâmetros para a soldagem entre estes materiais foi utilizado como regulagem 140Ampères de corrente
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e 28Volts de tensão, com suas pequenas margens de flutuação cabíveis devido o processo ser semiautomático.
A velocidade de alimentação do arame ficou ajustada para 5,5m/min e a velocidade do soldador em torno de 47cm/min.
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9.1. Solda de Reparo em furo não vazado de Ø30mm de
diâmetro
Com apenas um passe de solda foi preenchida a falha. Mais um pequeno passe de reforço e acabamento também foi aplicado, Figura 12.
Ao final do reparo, o reforço de solda foi esmerilhado a zero, ou seja, ao mesmo nível do metal de base, para realização posterior das medições de tensões residuais.
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9.2. Solda de Reparo em furo vazado de Ø30mm de
diâmetro
Neste corpo de teste foi necessária a utilização de um backing de cerâmica com intuito de suportar o primeiro passe durante a execução da solda. Também chamado de passe de raiz.
Após este primeiro passe e a limpeza deste após resfriamento da solda para retirada da escória formada e inspeção visual do mesmo foram executados mais um passe de enchimento e outro de reforço e acabamento.
O reparo terminou como o anterior sendo o reforço de solda retirado tanto no acabamento quanto na raiz para realização das medições posteriores.
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9.3. Reparo segundo recomendação da norma IACS
R47
De acordo com a norma IACS R47 [6], utilizada como referência deste estudo, o reparo feito nos corpos de testes dos itens 9.1 e 9.2 descritos anteriormente, por extrapolarem os limites admitidos por esta, devem ser corrigidos da seguinte maneira:
- Primeiro a região da falha no metal de base deve ser removida criando-se uma abertura maior, circular e de Ø75mm de diâmetro. Esta abertura será preenchida pela peça usinada mostrada no item 5, Figura 4 e Figura 5, de acordo com a Figura 13 mostrada abaixo.
Figura 13 - Peça usinada inserida no furo. Vista de frente à esquerda. Vista posterior a direita;
A peça inserida é soldada ao material de base, corpo de teste n.º3, por solda de topo com penetração total na parte frontal e o verso da peça, que passa o diâmetro da falha, será soldado ao corpo de teste posteriormente através de solda de filete como mostrado na Figura 14.
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Figura 14 - Corpo de teste n.º3 soldado. Vista de frente à esquerda. Vista posterior a direita;
Após a solda de filete no verso do corpo de teste ter sido executada, o reforço da solda de topo na frente do corpo de teste foi esmerilhado até o nível da superfície da chapa para medição das concentrações de tensão residuais deixadas pelo processo de reparo, Figura 15.
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9.4. Solda de Reparo em furo vazado de Ø75mm de
diâmetro
Para iniciar o procedimento, no corpo de teste foi montada uma base de cerâmica. Essa base servirá para suportar os primeiros passes de base da reconstituição bem como suportar também esta base reconstituída durante o processo de amantegamento – processo de reconstituição de parte ou partes de uma emenda para soldagem ou, como no caso, a reconstituição do material como realizado no corpo de teste n.º2, só que exigindo mais passes desta vez.
Segue abaixo imagens com a montagem do corpo de teste e o primeiro passe da reconstituição da falha, Figura 16 e Figura 17 respectivamente.
Figura 16 - Corpo de teste n.º 4 montado com backing de cerâmica para reconstituição com solda;
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Figura 17 - Execução e resfriamento do Primeiro Passe de Solda – Passe de Raiz;
Durante a execução de todos os reparos, como dito, foi feita a limpeza e inspeção entre todos os passes de solda até o fim do reparo.
Neste reparo, diferentemente do reparo n.º2, um passe não é o suficiente para reconstituir a base da solda de reparo do corpo de teste. Assim, com passes concêntricos, um após o outro a partir do passe de raiz completou-se a base de solda para o preenchimento da falha.
Subsequentemente, da mesma forma, foram feitos passes de enchimento e acabamento até a completa reconstituição da falha.
Segue agora as figuras, Figura 18, Figura 19, Figura 20, Figura 21, Figura 22 e Figura 23, demonstrando esse processo.
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Figura 18 - Reconstituição da base de solda;
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Figura 20 - Acabamento, reconstituição completa da abertura;
Após o resfriamento do Corpo de Prova, foi executada a limpeza dos resíduos do processo e o reforço de solda esmerilhado a zero, ou seja, até o nível da chapa e este corpo de teste enviado para análise de Concentração de Tensões.
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Figura 21 - Acabamento da reconstituição sendo esmerilhado a zero para medição do Campo de Tensões Residuais Induzidas pelo processo;
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Figura 23 - Raiz Esmerilhada a zero para medição do Campo de Tensões Residuais Induzidas pelo processo;
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10. Medição da Concentração de Tensões Superficiais
Em cada um dos pontos, mostrados na Figura 24 e Figura 25, as medições foram realizadas em três direções, duas ortogonais e uma diagonal as duas primeiras inclinada 45° entre elas. Os resultados das medições estão apresentados em termos das tensões de von Mises [10]. Para observar o resultado de redistribuição das tensões residuais de soldagem com tempo, as medições foram feitas no primeiro dia, ou seja, no dia da soldagem da chapa e duas semanas depois da soldagem, tempo normalmente necessário para o campo das tensões residuais se estabilizarem após soldagem [2 - 4].
O esquema de localização dos pontos da medição para os corpos de teste nº1 e nº2 com reparo do furo de Ø30mm, rebaixado e vazado respectivamente, estão apresentados na Figura 24.
O ponto de medição número 5, mostrado na Figura 24, está localizado no centro da peça exatamente no centro do defeito sendo reparado.
Figura 24 - Localização dos pontos de medição. Corpos de prova com furo de Ø30mm, vazado e cego.
Para o corpo de prova nº3, com reparo por inserção de novo material de base (IACS R47), o esquema de localização dos pontos de medição está apresentado na Figura 25, à esquerda. O ponto P5 está localizado no centro da peça (área A); pontos P4
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e P6 ficam no metal depositado (área B); pontos P3 e P7 ficam no metal de base da chapa reparada e sobre a parte inferior da peça inserida que excede o furo de Ø75mm sendo reparado (área C); pontos P2 e P8 estão no metal de base sobre a solda de filete realizada entre a parte inferior da peça inserida e o verso da chapa sendo reparada; pontos P1 e P9 pertencem ao material base. Todos estes pontos P1 a P9 estão inseridos na frente da chapa. Distancia entre pontos P1 e P2 e pontos P8 e P9 é de 50mm, entre outros pontos vizinhos é de 30mm.
Figura 25 - Localização dos pontos de medição das tensões residuais na chapa com reparo realizado conforme IACS R47 [6] (à esquerda) e na chapa com reparo do furo de
Ø75mm realizado apenas com solda (à direita);
Para o corpo de teste nº4 com furo de Ø75mm reparado somente por solda, a localização dos pontos é similar, porém pontos P4, P5 e P6 pertencem ao metal depositado (área A), o resto dos pontos fica no metal base (área B), Figura 25 (foto à direita).
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10.1. Valores das Tensões Residuais dos Corpos de Teste
Os Gráficos 1-4 adiante, de cada corpo de teste realizado respectivamente, contêm os valores medidos para cada ponto conforme descrito no item 10 sendo a curva em vermelho mostrando os valores das tensões residuais medidas no dia da soldagem e a curva em azul com os valores medidos 14 dias após a soldagem [2-4].
O Gráfico 5 faz um comparativo entre o método de correção sugerido atualmente pela norma de referência utilizada para o estudo com o melhor resultado obtido através dos experimentos.
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10.1.1. Reparo por solda do corpo teste nº1 - furo
cego com Ø30mm de diâmetro rebaixado à
meia espessura
Gráfico 1 - Tensões de von Mises [10] para chapa com reparo por solda do furo cego de diâmetro Ø30mm. Cor vermelha - no dia da soldagem; cor azul - duas semanas após
soldagem;
No caso do reparo somente por solda do furo cego de Ø30mm observa-se a diminuição com tempo da tensão residual no metal depositado, de 404MPa para 322MPa, acompanhado de crescimento das tensões no metal de base próximo a solda, Gráfico 1. Porém, a distribuição final apresenta uma área com valores altos, em torno de 300MPa, de tamanho similar à área das tensões altas do reparo por solda do furo de Ø30mm vazado a frente.
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10.1.2. Reparo por solda do corpo de teste nº2 - furo
vazado com Ø30mm de diâmetro
Gráfico 2 - Tensões de von Mises [10] para chapa com reparo por solda do furo vazado de diâmetro Ø30mm. Cor vermelha - no dia da soldagem; cor azul - duas semanas após
soldagem;
No caso do reparo somente por solda do corpo de teste nº2, furo vazado de Ø30mm, a redistribuição das tensões ao longo do tempo geraram tensões altas no metal base numa área em torno do metal depositado, Gráfico 2, estima-se um anel centrado de diâmetros Ø30mm e Ø80mm. Porém nem no estado inicial, nem no estado final as tensões chegam perto do valor de 350MPa, como no caso do reparo conforme IACS R47 [6]. Incluindo a área do metal base, tem-se uma região de tensões residuais com valores altos, em torno de 300MPa, de tamanho aproximadamente 50 cm2.
Utilizando o equipamento magnético STRESSVISION, pode-se obter uma imagem qualitativa da distribuição dos campos de concentração de tensões. Essas imagens são mostradas na Figura 26, campo de distribuição de tensões no dia da soldagem, e na Figura 27, campo de distribuição de tensões duas semanas após a soldagem.
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Figura 26 - Reparo somente por solda. Corpo de teste nº2 com furo vazado de diâmetro Ø30mm – Mapa da máxima concentração de tensão de cisalhamento medida no dia da
soldagem;
Figura 27 - Reparo somente por solda. Corpo de teste nº2 com furo vazado de diâmetro Ø30mm – Mapa da máxima concentração de tensão de cisalhamento medida 14 dias
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10.1.3. Reparo do corpo de teste nº3 segundo
recomendação da Norma IACS R47 [6]
Gráfico 3 - Tensões de von Mises [10] para chapa com reparo realizado conforme IACS R47 [6]. Cor vermelha - no dia da soldagem; cor azul - duas semanas após soldagem;
Lembrando que para chapa com reparo realizado conforme IACS R47 [6] os pontos P4 e P6 encontram-se no material depositado da solda circular de topo; pontos P2 e P8 no material base na parte frontal da chapa sobre a solda de filete situada no verso da mesma. Nos pontos P4 e P6 observa-se diminuição das tensões com tempo. Nos pontos P2 e P8 o comportamento das tensões é oposto, com diminuição do valor no P8 e crescimento no ponto P2. Não foi observada nenhuma variação com tempo dos valores das tensões de von Mises no centro da peça soldada (ponto P5). A redistribuição das tensões com tempo gerou um quadro mais uniforme, ou seja, sem picos, e relativamente simétrico com relação ao centro do reparo, do estado das tensões residuais. Quatro pontos, P2, P3, P7 e P8, do material base encontram-se com valores das tensões acima de 300MPa, dois deles com valores próximos ao 350MPa, ou seja, próximo ao limite de escoamento do material. Desta maneira pode-se estimar que todo material que fica entre a solda de topo e solda de filete no verso, ou seja, fica num anel com diâmetro interno Ø65mm e diâmetro externo Ø175mm apresenta valores altos das tensões. Conclui-se então que o reparo conforme a recomendação IACS R47 [6] gera
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uma área de aproximadamente 207 cm2 com altos valores, acima de 300MPa, das tensões residuais.
Utilizando o equipamento magnético STRESSVISION, pode-se obter uma imagem qualitativa da distribuição dos campos de concentração de tensões. Essas imagens são mostradas na Figura 28, campo de distribuição de tensões no dia da soldagem, e na Figura 29, campo de distribuição de tensões duas semanas após a soldagem.
Figura 28 – Reparo conforme IACS R47 [6] – Mapa da máxima concentração de tensão de cisalhamento no dia da soldagem
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Figura 29 - Reparo conforme IACS R47 [6] – Mapa da máxima concentração de tensão de cisalhamento 14 dias após a soldagem;
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10.1.4. Reparo por solda do corpo de teste nº4 - furo
vazado de Ø75mm de diâmetro
Gráfico 4 - Tensões de von Mises [10] para chapa com reparo por solda do furo vazado de diâmetro Ø75mm. Cor vermelha - no dia da soldagem; cor azul - duas semanas após
soldagem;
No reparo por solda do furo vazado de Ø75mm observa-se uma pequena elevação com o tempo da concentração de tensão no centro do metal depositado, mas acompanhado de um grande decréscimo das tensões residuais na solda próxima à borda do metal de base onde se iniciou a reconstituição da falha, Gráfico 4, e com um aumento das tensões nos outros pontos apresentando um excelente caráter final da distribuição de tensões residuais na região como um todo em que praticamente todos os pontos de medição apresentaram um estado final da distribuição de tensões residuais quase homogêneos e também com baixo valor escalar final, ou seja, afastados do limite de escoamento do material chegando à ordem de no máximo 280Mpa.
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10.1.5. Reparo segundo Norma IACS R47 x Reparo
somente por solda do furo vazado com
Ø75mm de diâmetro (14 dias após a soldagem)
Gráfico 5 - Tensões de Von Mises [10]. Duas semanas após soldagem. Reparo conforme norma IACS R47 [6] (cor vermelha) x Reparo por solda do furo de diâmetro
Ø75mm (cor azul).
Para o reparo conforme sugerido pela norma IACS R47 [6] obtém-se uma variação das tensões residuais da ordem de 270MPa (de 75MPa até 345MPa) e para o reparo por solda do furo com Ø75mm os valores das tensões residuais apresentam variação máxima de 116MPa (de 164MPa até 280MPa), Gráfico 5, e como também se pode observar nesta figura o corpo de teste reparado exclusivamente por solda não possui áreas onde o valor das tensões residuais ultrapasse o nível de 300MPa (o valor máximo é de 280MPa), apresenta distribuição bastante uniforme com variação abaixo de 50MPa de um ponto para o outro em 7 dos 9 pontos medidos.
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11. Análise de Resultados
De acordo com o critério de avaliação para a análise dos resultados proposto pela metodologia, item 5, do presente trabalho - o estado final do campo de tensões residuais induzidas pelo processo de soldagem na solda de reparo dos corpos de teste segundo o critério de falha das tensões de von Mises [10] medidos na parte da frente das chapas após o reparo e sua redistribuição durante as primeiras duas semanas após soldagem, sem nenhum tipo de técnica de alívio de tensão além do tempo, obtém-se o seguinte ranking para os diferentes métodos de reparo estudados neste trabalho considerando o melhor resultado o método no qual o corpo de teste apresenta em média o menor valor absoluto do nível de tensões residuais medidas:
1-o lugar: Corpo de teste nº4. Reparo do furo vazado de Ø75mm de diâmetro
realizado somente por solda;
2-o lugar: Corpo de teste nº1 e corpo de teste nº2. Reparo do furo vazado ou cego
de Ø30mm de diâmetro realizado somente por solda;
3-o lugar: Corpo de teste nº3. Reparo realizado conforme recomendações do
documento IACS R47 utilizando uma peça inserida para reconstituição da falha e união dos materiais por solda.
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12. Conclusões
Concluiu-se que utilizando o método de soldagem semiautomático FCAW/MAG com o critério proposto é melhor fazer o reparo das chapas de aço estrutural naval diretamente por solda que fazê-lo utilizando peça inserida.
Ao se utilizar uma peça inserida nas dimensões propostas pela regra, como o próprio documento já prevê, altos índices de concentração de tensões podem vir a ocorrer e a sugestão do próprio documento neste caso é aumentar a substituição de material.
Como observado na revisão bibliográfica, são mais de trinta e quatro anos sem atualizações da norma nos métodos de solda de reparo.
Como estudado no presente trabalho, para os novos materiais existentes, novos processos mais automatizados e segundo os critérios utilizados, encontramos um novo método de solda de reparo mais prático, mais rápido e mais seguro que o atual, pois este método apresenta uma melhor distribuição do campo de tensões residuais induzidas, ou seja, tensões mais afastadas do limite de escoamento do material, acarretando em maior segurança para a obra além de praticidade, velocidade e economia durante a execução do reparo.
Com mais alguns testes, evidenciada a necessidade de atualização das regras de construção naval vigente de acordo com estudos existentes sobre o nível de concentração de tensões residuais à medida que surgiram novas tecnologias, materiais, processos de fabricação de materiais e processos/métodos de soldagem, como mostrado no presente estudo, único encontrado que questiona os limites praticados e impostos pelas regras de construção/reparo naval atualmente, o método de reparo exclusivamente por solda pode vir a ser o novo método recomendado pela regra para o reparo de possíveis defeitos que podem vir a ocorrer durante a construção/reparo de navios e estruturas offshore.
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13. Bibliografia
[1] Gurova T., Estefen S.F., Leontiev A., Barbosa P.T., De Oliveira F.A.L., "Time-Dependent Redistribution Behavior of Residual Stress after Repair Welding", Weld World 2017; doi: 10.1007/s40194-017-0428-y;
[2] Gurova, T.; Estefen, S.; Leontiev, A.; Barbosa, P. T.. Reparo por Solda das Chapas Navais: Qual é a Melhor Técnica?. In: COTEQ 2107 - 15-a Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos, 2017, Rio de Janeiro. COTEQ 2017 - 15-a Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos. São Paulo: ABENDI, 2017. v. XX. p. 01 – 11;
[3] Estefen, S.; Gurova, T.; Barbosa, P. T.; Leontiev, A.. Solda de Reparo na Construção naval: Avaliação do Estado das Tensões Residuais. In: COTEQ 2013: 12ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos, 2013, Porto de Galinhas. COTEQ 2013: 12ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos. São Paulo: ABENDI, 2013. p. 50 – 64;
[4] Estefen, Segen F.; Gurova, T.; Leontiev, A.; Barbosa, P. T.; Oliveira, F.A.L. Welding Residual Stresses Migration Effect. In: 22nd International Congress of Mechanical Engineering (COBEM 2013), 2013, Ribeirão Preto-SP. 22nd International Congress of Mechanical Engineering (COBEM 2013). ABCM, 2013. p. 001 – 010;
[5] http://www.iacs.org.uk;
[6] http://www.iacs.org.uk/publications/recommendations/?page=3;
[7] http://www.iacs.org.uk/publications/recommendations/;
[8] Gurova T., Estefen S.F., Werneck D.S., Leontiev A., "Welding Stress Relaxation Effect in Butt-Jointed Steel Plates", Mar Struct 29 211-25 2012.
45
[9] Gurova T., Estefen S.F., Leontiev A., De Oliveira F.A.L., "Welding Residual Stresses: A Daily History", Sci Technol Weld Joi 20 616-21 2015
