Avaliação e adequação do método do furo cego para extensão da profundidade de caracterização de tensões em armaduras de tração de dutos flexíveis

Abstract

O método do furo cego (MFC) se apresenta como técnica protagonista para medição de tensões em arames da armadura de tração (AT) de dutos flexíveis (DF) devido as suas vantagens de aplicação, tais como, portabilidade, grande volume de informação obtida, baixo custo e tempo de execução. Entretanto, as dimensões reduzidas dos arames da AT de DF restringem os limites de profundidade de medição do MFC até 0.8 mm a partir da superfície do componente, conforme norma ASTM E-837 (2020). Conhecer o estado de tensão destes arames em maiores profundidades é uma informação de extrema relevância do ponto de vista de integridade estrutural, principalmente no que se refere a propagação de trincas de corrosão sob tensão (SCC). O objetivo principal do trabalho é estender a profundidade de medição do MFC em arames da AT de DF através da correção do método de cálculo das tensões a partir do uso de coeficientes de calibração específicos para a geometria dos arames. Neste trabalho, é apresentado um estudo numérico parametrizado que avalia a variação da geometria e das condições de carregamento de um componente nos coeficientes de calibração do MFC. Com base neste estudo, são determinados coeficientes de calibração específicos para arames da AT de DF. Além disto, uma proposta para correção do cálculo de tensões a partir de um novo coeficiente de calibração é apresentada. Para validação experimental, foi desenvolvida uma metodologia que permitiu a obtenção de amostras de arames da AT de DF, livre de tensões residuais. Estas amostras foram submetidas a condições de carregamentos conhecidos de tração, flexão e torção dentro do regime linear elástico, o que possibilitou a comparação entre resultados teóricos e experimentais. Amostras com um padrão de tensões residuais conhecido também foram geradas com a finalidade de estabelecer um comparativo entre as técnicas de medição do MFC convencional, MFC estendido e de difratômetria de raios X. Por fim, a metodologia para extensão de profundidade de medição pelo MFC foi aplicada em arames da AT de um DF em escala real. Os resultados obtidos demostraram a viabilidade para extensão da profundidade de medição do MFC até profundidades de 2,4 mm, superando os limites estabelecidos da norma.

Incremental center hole drilling method (ICHD) emerges as a reliable and practical method to characterize residual stresses (RS) in tensile armor wires of flexible pipelines due to its application advantages, such as portability, low cost and time of execution. However, geometric restrictions imposed by the standard ASTM E837 limit RS measurements in these wires to shallow depths, around 0.8 mm. Knowledge of the stress state of these wires at greater depths is extremely relevant information from the point of view of structural integrity, especially with regard to the propagation of stress corrosion cracking (SCC). In this work, the main objective is to extend the measurement depth of the ICHD through the use of calibration coefficients specific to the geometry of the AT wires and the correction of the stress calculation method. In the work, a parameterized numerical study is presented that evaluates the variation of geometry and loading conditions of a component in the calibration coefficients of the ICHD. Based on this study, specific calibration coefficients for tensile armor wires were determined. In addition, a proposal to correct the stress calculation from a new calibration coefficient was presented. For experimental validation, a methodology was developed that allowed obtaining samples of wires from the tensile armor, residual stresses free. These samples were subjected to tensile, bending and torsional loading conditions within the linear elastic regime, which made it possible to compare theoretical and experimental results. Samples with a known residual stress profile were also generated in order to establish a comparison between conventional ICDH, extended ICDH and X-ray diffractometry measurement techniques. Finally, the methodology for measuring depth extension by the ICDH was applied to the tensile armor wires of a flexible pipeline in real scale. The results obtained demonstrated the feasibility of extending the ICDH measurement depth to depths of 2.4 mm, exceeding the established limits of the standard.