Resumo O propósito deste trabalho é comparar as mudanças na microestrutura e na dureza de um tubo de aço API 5L X-52, revestido internamente por soldagem com Inconel 625, após a execução dos tratamentos térmicos de normalização a 1100 °C por 60 min. e resfriamento ao ar, e de solubilização a 1030 °C com aquecimento por indução eletromagnética por 30 s. e resfriamento em água. Foram utilizadas técnicas de microscopia ótica (MO) e eletrônica de varredura (MEV), análise por espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e dureza Vickers. Na condição como soldada, o metal de base (MB) teve na zona termicamente afetada (ZTA) a formação de zona de grãos grosseiros (ZGG) com dureza média de 234 HV. A zona parcialmente diluída (ZPD) se apresentou clara, sem contornos de grãos, com alto teor de ferro e dureza média de 370 HV, indicando ser constituída de martensita. No revestimento, a microestrutura é austenítica dendrítica com formação de carbetos de Nb e indícios da presença da fase Laves, com dureza média de 287 HV em suas camadas. Na condição após normalização, a ZTA foi suprimida e houve refino na microestrutura do MB; a ZPD foi mantida com sua morfologia original, porém com redução de cerca de 15% em sua dureza; no revestimento, a microestrutura tornou-se granular, com indício da dissolução da fase Laves e redução de sua dureza de cerca de 26%. Na condição após solubilização, a ZTA do MB foi eliminada, a ZPD manteve sua morfologia e microestrutura original, mas reduziu sua dureza em cerca de 30%; no revestimento, a microestrutura e precipitados foram mantidos, mas houve uma redução da dureza em cerca de 20%. Por fim, este trabalho conclui que ambos os tratamentos térmicos foram considerados benéficos às propriedades do tubo de aço API 5L X-52 revestido internamente com Inconel 625. Promoveram a homogeneização da microestrutura e a redução de dureza na ZTA do MB, significativa redução da dureza na ZPD e, nas camadas do revestimento, a redução e adequação da dureza às normas técnicas pertinentes, possibilitando assim a sua utilização em ambientes agressivos, principalmente na indústria offshore de petróleo e gás.

Abstract The purpose of this work is to compare changes in the microstructure and hardness of an API 5L X-52 steel pipe, internally cladded by welding with Inconel 625, after the execution of two heat treatments: normalization at 1100 °C for 60 min. and air cooled, and solubilization at 1030 °C with heating by electromagnetic induction for 30 s. and cooling in water. There were used techniques of optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM), analysis by energy dispersive spectroscopy (EDS) and Vickers hardness. In the as-welded condition, the base metal (BM) had in its heat affected zone (HAZ) the formation of the coarse grain zone (CGZ) with average hardness of 234 HV. The partially diluted zone (PDZ) was presented clear, without grain boundaries, with high iron content and average hardness of 370 HV, indicating to be constituted by martensite. In the weld overlay, the microstructure is austenitic with dendritic cell shape with carbides of Nb and indications of precipitation of secondary Laves phases, with average hardness of 287 HV on its layers. In the condition after normalization, HAZ was suppressed and there was observed refinement in the BM microstructure; PDZ was maintened with its original morphology, but hardness was reduced about 15%; in the weld overlay, the microstructure became granular with indication of dissolution of the Laves phase and reduction of its hardness of 26% on average. In the condition after solubilization, HAZ of the BM was eliminated, PDZ maintened its morphology and previous microstructure, but its hardness reduced approximately 30%; in the weld overlay, microstructure and precipitates were maintened, but there was a reduction of hardness by about 20%. Finally, this work concludes that both heat treatments were considered beneficial to the properties of steel pipe API 5L X-52 internally cladded by Inconel 625. They promoted homogeneization of microstructure and hardness reduction of both BM and HAZ, significative reduction of PDZ hardness and, in the cladding layers, a reduction and adequation of hardness to the pertinent standards, allowing its use in aggressive enviromnents, mainly in the offshore and gas industry.

Resumo Este trabalho compara a influência do arrefecimento causado por um fluído em circulação e em contato com a parede interna de uma tubulação, que caracteriza a soldagem em operação. Foram avaliadas duas espessuras de parede do tubo e duas temperaturas do fluido interno. A soldagem foi realizada na ligação de conexões de aço ASTM A105 a um tubo API 5L Gr X60 com espessura de 11 mm e de 6 mm, utilizando os processos TIG (GTAW) e eletrodo revestido (SMAW). A circulação do fluido foi feita com água potável em duas faixas de temperatura, de 6 a 10 °C e 18 a 36 °C. Durante a soldagem, a temperatura interna do tubo e a taxa de resfriamento foram monitoradas. Foram preparadas quatro juntas soldadas, avaliadas por ensaios não destrutivos (inspeção visual, líquido penetrante, partículas magnéticas e ultrassom), ensaios destrutivos (tração, dobramento, impacto, fratura e dureza) e análise macrográfica e micrográfica. Os resultados mostram que, com os procedimentos adotados, não é necessária a adoção de cuidados especiais quanto à possibilidade de perfuração e vazamento de fluido durante a soldagem em operação. Houve evidencias que o efeito do arrefecimento do fluido no interior do tubo foi mais significativo que a espessura da parede do tubo no aumento da taxa de resfriamento. Ainda, a temperatura do fluido em circulação no tubo exerceu papel secundário no aumento da taxa de resfriamento e na redução da temperatura máxima na parede interna do tubo. O arrefecimento causado pelo fluido provocou aumento na dureza da ZF e ZTA, reduziu o alongamento no ensaio de tração, porém ainda em valores adequados. Estes comportamentos foram mais observados no tubo de menor espessura, de 6 mm. Foi possível, pelos resultados dos ensaios não destrutivos e ensaios mecânicos obtidos, qualificar os procedimentos de soldagem, com base nas normas especializadas neste processo.

Abstract This work compares the influence of cooling caused by a circulating fluid and in contact with the inner wall of a pipe, which characterizes the in-service welding. There were evaluated two wall thicknesses of the pipe and two temperatures of the inner fluid. The welding was done to join connections of ASTM A105 steel to an 11 mm and 6 mm thick API 5L Gr X60 steel pipe, using TIG (GTAW) and stick electrode (SMAW) processes. The circulation of the fluid was made with potable water within two temperature ranges, of 6 to 10 °C and 26 to 36 °C. During welding, the inner temperature of the pipe and the cooling rate were monitored. Four welded joints were prepared, evaluated by non-destructive tests (visual inspection, penetrating liquid, magnetic particles and ultrasonic), destructive testing (tensile, bending, impact Charpy V, fracture and hardness), macrographic and micrographic analysis. The results show that, with the adopted procedures, it is not needed the adoption of any special cares regarding the possibility of perforation and leaking of fluid during in service welding. There were evidences that the effect of the fluid freezing inside the pipe was more significant than the pipe wall thickness in order to increase the cooling rate. Still, the temperature of the fluid circulaling the pipe had a secondary effect in the increase of cooling rate and in the reduction of the maximum temperature in the inner wall of the pipe. The freezing caused by the fluid promoted an increase in hardness of both fusion zone and heat affected zone, reduced elongation in the tension test, but still with adequate values. With the results of non destructive and mechanical tests was possible to qualify welding procedures, based on the standards specialized in this process.

Este trabalho avalia, na soldagem em operação, a influência do arrefecimento causado por um líquido fluindo em contato com a parede interna de uma tubulação sendo soldada por TIG (GTAW) e eletrodo revestido (SMAW). A soldagem foi realizada na ligação de conexões de aço ASTM A105 a um tubo API 5L Gr X60 com espessura de 11 mm e de 6 mm. A circulação do fluido foi feita com água potável em duas faixas de temperatura, de 6 a 10ºC e 26 a 36ºC. Foram simuladas quatro juntas soldadas, avaliadas por meio de ensaios não destrutivos (inspeção visual, líquido penetrante, partículas magnéticas e ultrasom). Esta parte do trabalho apresenta os resultados dos ensaios destrutivos (tração, dobramento, impacto, fratura e dureza) e análise macrográfica e micrográfica para o tubo de 11 mm de espessura. As juntas soldadas não apresentaram os problemas típicos da soldagem em operação, como trincas a frio e risco de perfuração. Os procedimentos de soldagem puderam ser qualificados, atendendo os critérios de aceitação das normas pertinentes. Foi possível concluir que o resfriamento acelerado causado pelo fluido em circulação, elevou consideravelmente a taxa de resfriamento na superfície interna do tubo. O efeito do arrefecimento causado pelo fluido no interior do tubo foi mais significativo que a temperatura deste fluido, tendo provocado o aumento na dureza da zona fundida e zona termicamente afetada e reduzido o alongamento no ensaio de tração, porém ainda em valores adequados para o tubo de 11 mm de espessura.

This work evaluates for in-service welding, the influence of cooling caused by a liquid flowing in contact with the inner wall of a pipe being welded by TIG (GTAW) and stick electrode (SMAW). The welding was done to join connections of an ASTM A105 to an 11mm and 6 mm thick API 5L Gr X60 steel pipe. The fluid circulation was made with potable water within two temperature ranges, of 6 to 10ºC and 26 to 36ºC. Four welded joints were simulated, evaluated by non destructive testing (visual, penetrant, magnetic and ultrasonic). This part of the work shows for 11 mm thick pipe the results for destructive testing (tensile, bending, impact Charpy V, fracture and hardness) and by macrographic and micrographic analysis. The welded joints did not presented typical problems of inservice welding, such as cold cracks and the risk of burn through. It was possible to conclude that freezing caused by the circulation fluid significantly increased the cooling rate in the inner wall of the pipe. The freezing effect of the fluid itself inside the pipe was more significative than the temperature of this fluid, having promoted increase in hardness of the fusion zone and heat affected zone and reduced elongation in the tensile testing, but still with adequate values for 11 mm thick pipe.