Ezequiel Caires Pereira Pessoa

Supermartensitic stainless steels with 15Cr-6Ni- 2Mo-1Cu and 135 ksi minimum yield strength (15Cr- 135 SMSS) offer high strength and good toughness through a complex hierarchical microstructure of nanoscale precipitates, tempered martensite, and reverted austenite. Upon welding and postweld heat treatment, substantial changes to heat-affected zone microstructure and hardness may occur. Here, we reveal spatially heterogeneous microstructure and microhardness in the HAZ of 15Cr-135 SMSS; correlate these changes to measured phase transformation temperatures; and demonstrate that HAZ hardness changes depend strongly on postweld heat treatment (PWHT) temperatures. Furthermore, we demonstrate that PWHT may lead to undesired reductions in base metal yield strength and formulate a design guide for PWHT that quantifies the trade-offs in desired reductions of HAZ hardness with undesired changes to base metal yield strength. These findings have important practical implications for welding procedure design and qualification.

In order to provide a better understanding of the phenomena that define the weld bead penetration and melting rate of consumables in underwater welding, welds were developed with a rutile electrode in air welding conditions and at the simulated depths of 5 and 10 m with the use of a hyperbaric chamber and a gravity feeding system. In this way, voltage and current signals were acquired. Data processing involved the welding voltage, determination of the sum of the anodic and cathodic drops, calculation of the short-circuit factor, and determination of the melting rate. Cross-sectional samples were also taken from the weld bead to assess bead geometry. As a result, the collected data show that the generation of energy in the arc–electrode connection in direct polarity (direct current electrode negative-DCEN) is affected by the hydrostatic pressure, causing a loss of fusion efficiency, a drop of operating voltage, decreased arc length, and increased number of short-circuit events. The combination of these characteristics kept the weld bead geometry unchanged, compared to dry weld conditions. With the positive electrode (direct current electrode positive-DCEP), radial losses were derived from greater arc lengths resulting from increasing hydrostatic pressure, which led to a decrease in weld penetration.

Resumo: A Soldagem Subaquática Molhada com Eletrodo Revestido (SMER) tem sido vastamente utilizada devido ao seu baixo custo em relação a outros processos aplicados debaixo d'água e por alcançar resultados de boa qualidade. Um dos principais problemas encontrados é a perda de ductilidade na Zona Termicamente Afetada (ZTA) devido ao rápido resfriamento. Uma opção para a redução da dureza e consequente aumento da ductilidade é a aplicação de um Tratamento Térmico Pós-Soldagem (TTPS). Entretanto, sua utilização por vezes se torna impraticável no ambiente subaquático. Uma alternativa é a utilização do próprio calor proveniente de passes subsequentes, promovendo o revenimento de regiões endurecidas (técnica do passe de revenimento). Neste trabalho foi estudado o efeito do esmerilhamento do cordão de solda após cada passe, visando otimizar o calor de passes subsequentes e controlar a dureza da ZTA no processo de soldagem molhada. Todas as soldas foram realizadas em um tanque hiperbárico simulando a profundidade de 10 m. Os resultados demonstraram que quando utilizada a técnica do esmerilhamento, o calor do passe subsequente é melhor utilizado e o revenimento promove o amaciamento de toda a extensão da ZTA, alcançando menores valores de dureza em relação ao processo convencional e dentro dos limites estabelecidos por normas reguladoras.

Porosidade é um defeito comum em soldagem subaquática molhada. Vários estudos têm sido realizados com o objetivo de avaliar os mecanismos que controlam sua formação e assim encontrar soluções para minimizá-la ou eliminá-la. Este trabalho tem como objetivo avaliar o efeito da variação dos teores de carbono do metal de base e da alma do eletrodo sobre a porosidade do metal de solda. Dois diferentes metais de base, com variações apenas no teor de carbono (C2 - 0,1% e C7 - 0,7%), foram utilizados para deposição das soldas feitas à 50 metros de profundidade, utilizando eletrodos comerciais E6013 com diferentes teores de carbono na alma (E2 - 0,002% e E6 -0,6%), em polaridade direta (DCEN). O método macrográfico de análise de imagens foi utilizado para a quantificação da porosidade. Utilizando os metais de base C2 e C7, observou-se que a porosidade aumentou significativamente com o aumento do teor de carbono da alma do eletrodo. Em contrapartida, observou-se uma redução da porosidade com o aumento do teor de carbono do metal de base utilizando-se os eletrodos E2 e E6.

To better understand the behavior of some commercial wet welding electrodes down to 20 m equivalent water depth as well as to develop a new electrode, a research program was initiated in 2007. This depth is considered the maximum expected in the in situ repair of structural parts of floating production units. The weld metal evaluation was done by microstructural characterization, Vickers hardness, Charpy and tensile tests, chemical analysis, and diffusible hydrogen measurement. The influences of pressure on the mechanical properties of the weld metal are presented and discussed on the basis of chemical composition, microstructure and porosity. The electrode under development showed promising results concerning the possibility to broaden the range of qualified welding procedures. This expectation is based on the good results of diffusible hydrogen, porosity, impact toughness and ductility down to 20 m equivalent water depth. The susceptibility of hydrogen cracking in weld metal and in heat affected zone was estimated comparatively. The presence of hydrogen cracks is discussed as an important limiting factor for the qualification of welding procedures in the class A of the AWS D3.6M:1999 specification.