Avaliação do método de correntes parasitas para inspeção de defeitos no aço API 5L X65 através de um sensor planar

Abstract

O petróleo e o gás natural são insumos de extrema importância na sociedade em seu uso como combustíveis e geradores de energia, além de serem agregados na fabricação em uma série de produtos. Assim têm se estimulado a utilização de aços de alta resistência e baixa liga (ARBL) como uma maneira eficaz para a utilização de sistemas duto viários operando a altas pressões e vazões com reduzidos peso e custo. O aço API 5L X65 é utilizado na produção de dutos que serão submetidos a pressões médias e altas e nos quais a preocupação com o peso e economia é importante. Com o aumento da extração e produção desses insumos torna-se vital a constante ampliação dos níveis de segurança e confiabilidade estrutural em sistemas duto viário para o seu transporte. As estruturas utilizadas se encontram em meios agressivos tais como atmosferas corrosivas, ambiente de alta pressão e temperaturas extremas, e em condições desfavoráveis de operação. Os ensaios não destrutivos (END) se destacam entre as opções disponíveis de inspeção devido a sua capacidade de detectar, localizar e dimensionar defeitos, sem causar nenhum dano às propriedades do componente. Nesse trabalho são apresentados os parâmetros e características para o uso da técnica de correntes parasitas na inspeção de descontinuidades no aço API 5L X65 através do uso de um sensor composto por bobinas planares desenhadas em placas de circuito impresso (PCB). A otimização dos parâmetros a serem aplicados na construção do sensor, foi realizada através do software de modelagem por elementos finitos (MEF) COMSOL Multiphysics® 5.2a no ambiente "2D axisymmetric" na qual o sensor composto pelas bobinas de 5 voltas se mostrou mais sensível. Posteriormente foi realizada a modelagem no ambiente “3D” do mesmo software simulando a detecção de defeitos superficiais em uma placa do aço em estudo. O processo de construção do sensor foi realizado de forma empírica no qual o uso de placas PCB se mostrou uma alternativa eficiente, de considerável usabilidade e baixo custo. Obtiveram-se relações satisfatórias entre os resultados numéricos e experimentais. Ainda, foi realizado um ensaio de fadiga visando avaliar a capacidade de detecção do sensor à propagação de uma trinca. O s resultados obtidos no ensaio de fadiga também foram satisfatório.

Oil and gas are extremely important inputs into society in their use as fuels and energy generators, as well as being aggregated in manufacturing into a series of products. Thus the use of high strength and low alloy steels (HSLA) has been stimulated as an effective way to use duct systems operating at high pressures and flows with reduced weight and cost. API 5L X65 steel is used in the production of ducts that will be subjected to medium and high pressures and in which concern about weight and economy is important. With the increase in the extraction and production of these inputs, it is vital to constantly increase levels of safety and structural reliability in road duct systems for their transportation. The structures used are in aggressive media such as corrosive atmospheres, high pressure environment and extreme temperatures, and under unfavorable operating conditions. Non-destructive testing (NDT) excels among the available inspection options due to its ability to detect, locate and size defects without causing any damage to component properties. In this work the parameters and characteristics for the use of the parasitic current technique in the inspection of discontinuities in API 5L X65 steel are presented through the use of a sensor composed of planar coils drawn on printed circuit boards (PCBs). The optimization of the parameters to be applied in the construction of the sensor was performed using COMSOL Multiphysics® 5.2a finite element modeling software (MEF) in the "2D axisymmetric" environment in which the sensor composed of the 5-turn coils proved to be more sensitive. Afterwards, 3D modeling of the same software was performed simulating the detection of surface defects in a steel plate under study. The sensor construction process was carried out in an empirical way in which the use of PCB boards proved to be an efficient alternative, of considerable usability and low cost. Satisfactory relationships between numerical and experimental results were obtained. In addition, a fatigue test was carried out to evaluate the detection capacity of the sensor for the propagation of a crack. The results obtained in the fatigue test were also satisfactory.