ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DE AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA PARA A INDÚSTRIA OFFSHORE UTILIZANDO ENSAIOS DE FADIGA NÃO TRADICIONAIS COM AUXÍLIO DA TERMOGRAFIA

Abstract

The search for new energy sources to meet growing global demand has made it necessary to prospect oil in deep waters, where semi-submersible platforms are supported locally by anchoring systems made up of several components. As they undergo to dynamic loads due to the weather, wind and waves, the study of fatigue behavior of materials used in these components is very important. Although welding is a manufacturing process widely used in several segments to enable the implementation of complex projects with reasonable costs, this does not happen in the anchoring systems, where there is strong resistance to the application of welding as an industrial solution, due to the lack of technical knowledge of the fatigue behavior of welded joints, on anchoring components. Thus higher production and maintenance costs are added to the anchoring operation by unnecessary scrapping of components. To overcome the problem of obtaining data with reasonable deadlines, alternative techniques have been implemented to evaluate the fatigue behavior of materials, specially welded joints. In this scenario, the present thesis aims to study the fatigue behavior of highstrength materials using non-traditional techniques with the aid of thermography, in order to allow adequate data to be obtained in reduced times. These techniques are based on the effect of thermo-elasto-plastic coupling and use non-contact surface temperature measurement equipment based on infrared radiation emission measurement. Conventional tensile tests, static and cyclic fatigue tests monitored by thermography were carried out, on a base metal and a high-strength weld metal, to study the performance of materials with differences in microstructural homogeneity that may interfere with fatigue properties. The weld metal was selected to meet the properties required for anchoring grade R4 components. The results showed that the thermographic technique used allows obtaining the fatigue limit and estimating S-N curves with values equivalent to those generated by conventional techniques with a significant reduction in time and material. Additionally, the mechanical and fatigue behavior of the weld metal studied was similar to same grade base metals used in anchoring components, characterizing that the welded joint can be indicated as a possibility for application in the anchoring segment.

A procura por novas fontes de energia para atender a crescente demanda mundial tornou necessária a prospecção de petróleo em águas profundas, onde plataformas semi-submersíveis são sustentadas localmente por sistemas de ancoragem compostos por diversos componentes. Como sofrem solicitações dinâmicas devido à ação do tempo, vento e marés, o estudo do comportamento em fadiga dos materiais aplicados nestes componentes é de vital importância. Embora a soldagem seja um processo de fabricação extensamente utilizado em diversos segmentos para viabilizar a implementação de projetos complexos com custos adequados, este fato não se verifica na área de ancoragem, onde existe uma forte resistência para a aplicação da soldagem como solução industrial devido à falta de conhecimento técnico do comportamento em fadiga de juntas soldadas, em componentes de ancoragem. Assim, maiores custos de produção e manutenção são adicionados à operação de ancoragem pelo sucateamento desnecessário de componentes. Para superar o problema da obtenção de dados com prazos adequados, técnicas alternativas têm sido implementadas na avaliação do comportamento em fadiga de materiais e, particularmente, de juntas soldadas. Neste cenário, a presente tese tem por objetivo estudar o comportamento em fadiga de materiais de alta resistência utilizando técnicas não tradicionais com auxílio da termografia, de forma a permitir a obtenção de dados adequados com tempos reduzidos. Essas técnicas são baseadas no efeito do acoplamento termo-elastoplástico e utilizam equipamentos de medição da temperatura superficial sem contato por emissão de radiação infravermelha. Foram realizados ensaios de tração convencional, ensaios estáticos e cíclicos de fadiga monitorados por termografia, utilizando um metal base e um metal de solda de alta resistência, para estudar o desempenho de materiais com diferenças de homogeneidade microestrutural que podem interferir nas propriedades. O metal de solda foi selecionado para atendimento das propriedades requeridas para componentes de ancoragem grau R4. Os resultados mostraram que a técnica termográfica utilizada permite obter o limite de fadiga e estimar curvas S-N com valores equivalentes aos gerados por técnicas convencionais com redução significativa de tempo e material empregado. Adicionalmente, o comportamento mecânico e de fadiga do metal de solda estudado foi similar ao de metais de base utilizados em componentes de ancoragem, caracterizando que a junta soldada pode ser indicada como uma possibilidade de aplicação no segmento de ancoragem.