Uso benéfico de condições de processo hiperbáricas na soldagem de alta

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 12434 (2022) Citar este artigo

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A soldagem hiperbárica é usada para diferentes aços em muitas aplicações subaquáticas como um processo de soldagem de reparo. Uma diferença entre processos de soldagem úmida e seca pode ser feita. Devido ao aumento da pressão ambiente, estes processos possuem características especiais inerentes ao processo que influenciam o comportamento de resfriamento e penetração. O uso positivo destes efeitos fora das aplicações subaquáticas raramente é abordado na ciência e na aplicação. O trabalho apresentado estabelece estas vantagens com base num aço estrutural de maior resistência e caracteriza os efeitos na microestrutura de um aço S700MC unido e nas propriedades mecânicas da junta. Será mostrado que um ambiente hiperbárico pode ser usado para orientar a solda mais em direção à profundidade da chapa. Além disso, será demonstrado que esta alteração leva a um resfriamento modificado, o que por si só influencia as propriedades mecânicas da costura de solda.

A soldagem sob condições ambientais hiperbáricas tem sido usada há muitos anos na produção e reparo subaquático. Devido ao local de execução, debaixo de água, por vezes são necessários equipamentos de apoio muito complexos para a execução do cordão de soldadura1. É feita uma distinção entre diferentes tipos de processos de soldagem subaquática, por exemplo, soldagem em ambientes secos e úmidos2. O equipamento para soldagem em atmosfera seca pode ser muito complexo, semelhante a um mini habitat para soldagem manual1,3. Além disso, a atividade de pesquisa em torno da soldagem subaquática tem aumentado na última década2, Fig. 1. O número de artigos publicados aumentou e atingiu aproximadamente 80 artigos esperados para serem publicados por ano em 2020.

Pesquisa de soldagem subaquática (dados até o primeiro trimestre de 2020)2.

Um tópico de pesquisa é a influência do processo da atmosfera contendo água e o aumento da pressão ambiente4. Além disso, foi demonstrado que um aumento da pressão ambiente resulta em uma redução significativa no comprimento do arco na mesma tensão de soldagem3,5,6,7,8,9. Além da influência na corrente e na tensão, também pôde ser demonstrada uma influência do aumento da pressão na formação de respingos10.

Na área de materiais, foi demonstrada uma clara influência do teor de hidrogênio na morfologia da microestrutura, na rugosidade superficial e no comportamento de fissuras dos aços de alta resistência, os quais são mais investigados11,12,13,14,15. Akselsen et al. mostraram que valores de tenacidade adequados para diferentes níveis de pressão podem ser alcançados usando diferentes tipos de metal de adição para o aço de alta resistência da tubulação X70 . Além disso, mostraram que a profundidade de penetração da solda aumenta devido ao aumento da pressão16, e estimam algumas implicações práticas, como o preenchimento de lacunas nas raízes e a redução da contagem de camadas. Eles propuseram uma primeira teoria para o aumento da penetração e focaram nos efeitos do fluxo no fundido. Afirmou que o fluxo é direcionado para baixo para formar uma penetração mais profunda devido à pressão elevada.

Além disso, a gama de materiais incluídos nas diversas investigações também está se tornando cada vez mais ampla. Por exemplo, a soldagem de ligas de cobre ou alumínio17 e aços inoxidáveis ​​duplex18,19 sob condições de processo hiperbáricas tem sido investigada. Para ligas de alumínio, pode-se assumir um uso benéfico da soldagem hiperbárica nas faixas de pressão mais baixas, até 10 bar, para a redução de poros, um problema chave em relação à soldagem de alumínio .

Para alguns materiais, há necessidade de mais investigações, como a soldagem de ligas de molibdênio sob condições de processo hiperbáricas20 e para a soldagem de dutos multimateriais revestidos21.

No entanto, um benefício positivo na produção de soldagem devido ao aumento da pressão ambiente tem sido pouco abordado em pesquisas, mas é de interesse, uma vez que um aumento significativo na densidade de energia no arco pode ser realizado pelo efeito de encurtamento do arco e uma possível tensão correspondente. aumentar. Além disso, o aumento da pressão ambiente faz com que o arco se contraia e, assim, aumenta a densidade de energia local.