Uso benéfico de condições de processo hiperbárico na soldagem de alta

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 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. Pode ser feita uma diferença entre os processos de soldagem úmida e seca. Devido ao aumento da pressão ambiente, esses processos possuem características especiais inerentes ao processo que influenciam o comportamento de resfriamento e penetração. O uso positivo desses efeitos fora das aplicações subaquáticas raramente é abordado na ciência e na aplicação. O trabalho apresentado estabelece essas vantagens com base em um 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 para a profundidade da chapa. Além disso, será demonstrado que esta alteração leva a um resfriamento modificado, que por si só influencia as propriedades mecânicas do cordão 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 a serem publicados por ano em 2020.

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

Um tópico em 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 pode ser demonstrada a influência do aumento da pressão na formação de respingos10.

No campo dos materiais, uma clara influência do teor de hidrogênio na morfologia da microestrutura, rugosidade superficial e comportamento de trinca de aços de alta resistência, que são mais investigados, foi mostrada11,12,13,14,15. Akselsen et ai. mostraram que valores de tenacidade adequados para diferentes níveis de pressão podem ser alcançados usando diferentes tipos de metal de adição para aço de alta resistência de tubulação X7016. Além disso, eles mostraram que a profundidade de penetração da solda é aumentada devido ao aumento da pressão16 e estimam algumas implicações práticas, como o preenchimento de lacunas de raiz e uma contagem reduzida de camadas. Eles propuseram uma primeira teoria para o aumento da penetração e focaram nos efeitos do fluxo no fundido. O 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 várias 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 hiperbárico tem sido investigada. Para ligas de alumínio, pode-se supor um uso benéfico da soldagem hiperbárica nas faixas de pressão mais baixas de até 10 bar para a redução dos poros, um problema-chave em relação à soldagem do alumínio17.

Para alguns materiais, há necessidade de mais investigações, como a soldagem de ligas de molibdênio em condições de processo hiperbárico20 e a soldagem de dutos multimateriais cladeados21.

No entanto, um benefício positivo na produção de soldagem devido a um aumento da pressão ambiente tem sido pouco abordado na pesquisa, mas é de interesse, pois 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 causa a constrição do arco e, assim, aumenta a densidade de energia local.