Estudo da influência da geometria de defeitos pontuais produzidos por eletroerosão em fios de aço carbono submetidos a carregamentos cíclicos

Abstract

Os dutos flexíveis estão hoje dentre os principais equipamentos utilizados na exploração e produção submarina de petróleo e gás no Brasil e no mundo. São constituídos de múltiplas camadas de materiais metálicos e não metálicos e conduzem os fluidos produzidos do poço até as unidades flutuantes de produção e armazenamento. Uma vez em operação, os dutos flexíveis podem ser submetidos à condições diferentes às estabelecidas em seu projeto, como por exemplo o alagamento do espaço anular por água salina, criando uma condição operacional agressiva e diferente da prevista em projeto e podendo causar a falha prematura do duto devido à corrosão-fadiga de suas armaduras metálicas, com um eminente risco de danos financeiros e ambientais. Para garantir a segurança da operação, o projeto do duto flexível deve ser capaz de considerar a ação combinada de fadiga e corrosão. Contudo, o método tradicional de avaliação de vida em fadiga de armaduras metálicas não é normatizado e utiliza fios novos ensaiados em meios agressivos com uma frequência superior à operacional. Sendo assim, o tempo de exposição dos fios ao meio corresponde somente ao tempo do ensaio. Portanto, esse método de avaliação não reflete a condição real de operação, podendo afetar negativamente os resultados. Este trabalho avaliou, por meio de testes de fadiga ao ar, a influência de duas diferentes geometrias de defeitos produzidas por eletroerosão por penetração em fios de aço de alta resistência, a fim de simular a presença de corrosão localizada de forma controlada e homogênea. Foi construída uma curva S-N - gráfico que relaciona a tensão com o número de ciclos (N) - para cada geometria de defeito e as mesmas foram comparadas com a curva S-N de fios novos presentes na literatura. Ficou evidente a diminuição da vida em fadiga dos fios devido à presença dos defeitos. As superfícies de fratura foram analisadas por MEV e microscópio estereoscópio, e observou-se que as trincas originaram-se a partir dos defeitos. Lançando mão das larguras e profundidades dos defeitos medidas por MEV, calculou-se o fator de concentração de tensão para cada defeito. O fator de concentração de tensão médio encontrado para o primeiro grupo foi de 1,79 e de 2 para o segundo grupo.