Soldagem em operação de tubos API de alta resistência e baixa espessura com ênfase na perfuração e trincas a frio

Abstract

A soldagem em operação é uma técnica frequentemente empregada no reparo ou modificação de tubulações devido às suas vantagens econômicas, pois evita as perdas oriundas da interrupção do serviço e garante a continuidade no fornecimento do fluido. Na aplicação da técnica, as principais dificuldades envolvidas são a ocorrência de trincas a frio e o risco de perfuração da parede pelo arco voltaico. A tecnologia existente e a experiência adquirida estão relacionadas principalmente com o reparo de tubos de parede espessa (6,3 mm ou mais) e de aços de baixa resistência. O objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de reparo em dutos com pequena espessura, entre 3,2 e 4,8 mm, fabricados em aços de alta resistência (API 5L X70) de uma forma segura, isto é, evitando ao mesmo tempo a perfuração e as trincas a frio induzidas pelo hidrogênio. Dois métodos foram pesquisados: reparo por simples deposição de solda (RDS) e soldagem com o uso de dupla calha. Foram qualificados procedimentos de soldagem para reparos em operação com a técnica da dupla calha. Também, foi construída uma bancada para testes de soldagem com ajuste variável na vazão e pressão do fluido. As soldagens foram realizadas na direção longitudinal sobre tubos contendo água como fluido interno com pressões de 2 e 5 bar e vazões de 20, 40 e 80 l/min. Para a soldagem foram usados dois processos semiautomáticos: MIG/MAG (GMAW) e arame tubular autoprotegido (FCAW-S). Para avaliar a ocorrência de trincas foram executados dois conjuntos de experimentos: o primeiro, em que foi variada a folga entre a calha e o tubo de aço com alto carbono equivalente; o segundo, em que foi imposta alta restrição à junta soldada, e também resfriamento rápido, obtido com fluxo de água no interior do tubo. Não foram detectadas trincas nos dois experimentos. Admite-se que não houve fissuração devido ao uso de processos e consumíveis com baixo teor de hidrogênio. Por outro lado, na avaliação da perfuração foram pesquisados parâmetros de soldagem limite para ocorrência, para cada processo, em função das condições estabelecidas de vazão e de pressão. Os resultados mostraram que tanto para o processo GMAW em corrente pulsada e técnica empurrando a poça, como para FCAW-S transferência goticular e tocha reta, os níveis de energia de soldagem para ocorrência da perfuração foram superiores aos obtidos na literatura para SMAW; portanto, esses processos são apropriados para soldagem de reparo em operação. Os ensaios realizados para a qualificação dos procedimentos de soldagem em operação, com os processos GMAW-P técnica empurrando e FCAW-S goticular e tocha reta, foram aprovados de acordo com os requisitos prescritos no apêndice B da norma API 1104.

In-service welding is a technique often used when repairing and modifying pipelines due to its economic advantages, since it avoids losses from service disruption and ensures continuity in the fluid supply. When using the technique, the main difficulties incurred are the occurrence of cold cracks and the risk of burn-through of the pipe wall by the arc. The existing technology and experience are primarily related to the repair of thick-walled pipelines (6.3 mm or more) and low strength steels. The aim of this study was the development of a technique for safety repairing pipelines with low thickness, between 3.2 to 4.8 mm, manufactured from high strength steels like API 5L X70 (without burn-through and cold cracks induced by hydrogen). Two methods were investigated, namely: the repair by direct deposition of weld-metal onto an active pipe and welding with the use of a full encirclement sleeve. Welding procedures were qualified with an in-service pipeline with the technique of full encirclement sleeve. A welding test bench with adjustable valves of flow and pressure (with water as flow) was constructed. The welds were made in the pipes longitudinal direction. The internal fluid pressures were (2 and 5 bar) and considered flow (20, 40 and 80 l/min.). For welding were used two semiautomatic processes: GMAW (MIG/MAG) and FCAW-S (self-shielded). For assessing the occurrence of cracks two sets of (set) adjusted experiments were performed: the first experiment, called "F", had the gap between the sleeve and pipe and steel with high carbon equivalent. The second experiment, called "R", a severe restriction was imposed onto the welded joint, as well as a fast cooling due to the flow of water inside the pipe. After analysis, no cracks were detected in both sets of experiments (considering the procedures employed and the use of low hydrogen consumables). On the other hand, for evaluating of the burn-through the welding limit parameters for each process were studied, according to the conditions set forth flow rate and pressure. The results for both techniques, the GMAW - pulsed forehand and FCAW-S spray transfer and perpendicular torch, showed that the heat input levels of welding for the occurrence of burn-through were higher than those obtained in the literature for SMAW. Therefore, they are more suitable for welding in in-service. The tests for qualifying of welding procedures in-service, processes GMAW-P and FCAW-S, were approved in accordance with the requirements prescribed in Appendix B of API Standard 1104.