Avanços tecnológicos do processo TIG: técnicas inovadoras de alimentação de arame e procedimentos automatizados como contribuição para a união de tubos internamente cladeados

Abstract

A descoberta de grandes reservas de petróleo, situadas no pré-sal, elevou o posicionamento de Brasil no cenário internacional deste setor. A exploração destas reservas torna-se muito atrativa pelo lado financeiro, porém os poços encontram-se em grandes profundidades de até 7 km abaixo do nível do mar. Devido às cargas maiores e ambientes mais agressivos, surge a necessidade do uso de materiais com alta resistência mecânica. Neste contexto, a aplicação de tubos cladeados fabricados de aços C-Mn, revestidos internamente com ligas de alta resistência à corrosão, como o Inconel 625, tem sido levantada como solução. No método de soldagem tradicional destes tubos, a junta é totalmente preenchida com Inconel 625, que dependendo do substrato gera uma condição conhecida como undermatching, pois o metal de solda, com grande teor de níquel, não atinge os requisitos exigidos de resistência mecânica. A alternativa torna-se uma união bilateral externa e interna, permitindo o emprego de consumíveis de aço carbono, no preenchimento da junta, que atendam as propriedades de resistência do substrato. Com este método, o Inconel é depositado pela parte interna da tubulação apenas com o objetivo de garantir a resistência à corrosão da junta. Em vista disto, o presente trabalho tem como objetivo geral o estudo e a aplicação de técnicas do processo TIG para realização da soldagem circunferencial interna com Inconel 625. Também faz parte do trabalho a comparação entre a aplicação das técnicas de alimentação dinâmica e contínua de arame, visando os efeitos sobre a poça de fusão e o desenvolvimento de procedimentos de soldagem robustos. Para tal, os ensaios de soldagem foram divididos em duas etapas. Primeiramente em chapas de aço carbono com e sem revestimento. Estas foram dispostas nas principais posições de soldagem, encontradas em um processo orbital (plana, vertical e sobre cabeça). Durante a soldagem foram realizadas filmagens de monitoramento por vídeo em alta velocidade e termografia. Na segunda etapa, os melhores resultados obtidos na primeira parte, foram reproduzidos em tubos de aço carbono revestidos internamente com Inconel 625. Após, foi realizada uma inspeção visual dos cordões por videoscopia, além do corte da seção transversal das juntas para macrografias. Dos resultados, se indica que a alimentação dinâmica melhora as características de transferência metálica, eliminando a propensão à contaminação do eletrodo para posições fora da plana e, em decorrência de diferenciado comportamento térmico do sistema poça-arame, provê cordões de solda com geometria mais homogênea, possibilitando a execução da soldagem circunferencial dos tubos em 360º com maior robustez e repetitividade (no processo e na geometria da solda) do que no modo de alimentação contínua.

Abstract : The discovery of large oil reservoirs, under a geological salt layer called pre-salt, raised Brazil in oil overseas oil market. The exploration of these reservoirs becomes very attractive from the financial perspective, but the wells are found about 7 km deep, which create great challenges in oil extraction and transportation. Due to greater loads and hostile environments high performance materials are necessary. In this context, the application of clad pipes made of high mechanical strength steels, internally cladded with high corrosion resistant alloys, as Inconel 625, has been used as solution. In the traditional joining weld method of clad pipes, the joint is totally filled with Inconel 625 and depending on steel substrate can result in undermatching condition, since strength requirements are not achieved. In this way, the alternative is a bilateral pipe welding method, allowing the use of steel welding consumables in joint fulfillment passes, which meet the substrate strength properties. With this technique, the Inconel is circumferentially deposited in the pipe internal wall, just with aim of ensure the corrosion resistance. Therefore, the aim of this work is the study and application of TIG welding techniques to accomplish an internal circumferential welding with Inconel 625. The work also compares the use of different wire feed methods as dynamic and continuous wire feed, aiming to verify the effects over the weld pool and the development of a robustness welding process. Thus, the welding tests were divided in two steps. Firstly the welds were carried out in carbon steel plates with and without cladding. These ones were positioned at manly welding positions, which are encountered in an orbital process (flat, vertical and overhead). During the welding were carried out tracking filming by high speed camera and thermography. In the second step, the bests results reached in first one were reproduced in internally cladded steel pipes. Then, it was realized a weld beads visual inspection by videoscopy, in addition to macrography of the welds transversal section. As results, it is emphasized that dynamic wire feed improves the metallic transfer characteristics, avoiding electrode contamination susceptibility in difficult welding positions and, due to differentiated heat behavior in the weld pool and wire, provide weld beads with good surface appearance and homogeneity, enabling the pipes circumferential welding in 360º with higher robustness and repeatability (in process and weld bead geometry) than continuous wire feed.