Welding Residual Stress Evaluation of Small Size Pipes Used in Petroleum Refinering

Este trabalho teve como objetivo avaliar o comportamento das tensÃes residuais em tubulaÃÃes de aÃo ASTM A106 Gr. B com pequeno diÃmetro, soldada pelos processos TIG manual e automÃtico. Buscou-se tambÃm avaliar o efeito do aporte tÃrmico sobre o perfil de tensÃes, bem como correlacionar os resultados com a microestrutura e dureza. A mediÃÃo das tensÃes foi realizada atravÃs de difraÃÃo de raio-X, utilizando um minidifratÃmetro empregado para mediÃÃo em campo. AnÃlises metalogrÃficas foram realizadas na seÃÃo transversal da junta, atravÃs de microscopia Ãtica e microscopia eletrÃnica de varredura. Foram levantados os perfis de microdureza nas superfÃcies externa e interna. Os resultados mostraram que a mediÃÃo de tensÃes residuais por difraÃÃo de raio-X, usando o minidifratÃmetro para aplicaÃÃes em campo, à eficaz na determinaÃÃo do perfil de tensÃes, contudo, à necessÃria a realizaÃÃo de ajustes dos difratogramas por funÃÃes analÃticas, para determinar a correta localizaÃÃo do pico de difraÃÃo de raio-X, reduzindo o erro das medidas. As mediÃÃes das tensÃes residuais axiais realizadas na superfÃcie externa dos tubos mostraram que o perfil à formado por tensÃes compressivas na regiÃo da solda (zona fundida e zona afetada pelo calor) e por tensÃes trativas nas regiÃes mais afastadas. Foram observados elevados nÃveis de tensÃes residuais axiais compressivas na superfÃcie externa de tubos de parede fina, na regiÃo da solda, os quais podem representar uma situaÃÃo crÃtica, visto que o comportamento linear das tensÃes ao longo da espessura devido ao efeito torniquete à consensual e, portanto, isso indica a presenÃa de elevados nÃveis de tensÃes residuais de traÃÃo no metal de solda e na zona afetada pelo calor. O ciclo tÃrmico do passe de acabamento ocasionou um intenso refino de grÃo e uma significativa reduÃÃo de dureza, especialmente no metal de solda e na superfÃcie interna dos tubos, a exceÃÃo das amostras de 2â de diÃmetro soldadas com elevado aporte tÃrmico. Nenhuma das amostras soldadas apresentou valores de dureza acima do mÃximo estabelecido por norma, que à de 248 HV, mostrando que o fato da junta apresentar dureza baixa, nÃo necessariamente representa que esta nÃo esteja sujeita a um elevado nÃvel de tensÃes residuais.The aim of this work was to evaluate the behavior of welding residual stress in small size pipes of ASTM A106 Gr. B steel, welded by manual and automatic GTAW processes. It was also evaluated the effect of the welding heat input on residual stress profile, as well as to correlate the results with microstructure and hardness. The residual stress measurement was accomplished through X-ray diffraction, using a minidiffractometer for measurement in field. Metallographics analysis were accomplished in the traverse section of the welded joint, using optic microscopy and scanning electron microscopy. The microhardness profiles in the outer and inner surfaces of pipe were determined. The results showed that the measures of residual stress by X-ray diffraction with minidiffractometer for applications in field was shown quite effective in the residual stress profile determination, however, it is necessary the accomplishment of diffractograms fittings by analytic functions, to determine the correct peak localization, reducing the measures error. The measurements of the axial residual stress accomplished in the outer surface pipes showed that the profile is formed by compressive stresses in the welds region (fusion zone and heat affected zone - HAZ) and for tension stresses in the areas more distant of weld bead. High levels of compressive axial residual stress were observed in the outer surface of small size pipes, located in the welds region, which can represent a critical situation, because the linear behavior of the through-thickness residual stress due to âtourniquetâ effect is consensual and, therefore, indicates the presence of high levels of tension residual stress in the inner surface, especially in the root weld metal and HAZ. The welding heat input of the finish pass caused an intense grain refining and a significant reduction of hardness of the weld metal in the inner surface, exception of 2" diameter sample welded with high heat input. None of the welded samples presented values of hardness above the maximum established for standard, which is 248 HV, showing that the fact of the welded joint to present low hardness, it does not necessarily represent that this is not subject to a high level of residual stress