Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO
PARA PRODUÇÃO DE UMA CONEXÃO SOLDADA E MÉTODO PARA REPARAÇÃO DE UMA CONEXÃO SOLDADA". A invenção refere-se a um método para produção de uma cone- xão soldada entre um primeiro e segundo componentes que têm em cada caso uma face interna, uma externa e uma de extremidade conectando es- sas, o primeiro componente sendo formado de um corpo básico ferrítico que carrega uma galvanização interna e cuja face de extremidade é fornecida com uma camada de isolamento consistindo em uma liga à base de níquel, e o segundo componente sendo formado de um material austenítico. A invenção refere-se, além disso, a um método para reparação de uma conexão soldada desse tipo. Os componentes em questão são, em particular, peças de conexão de tubos ou de tubo, cujo interior entra em con- tato com um meio corrosivo. Em particular, o circuito primário de uma esta- ção de energia nuclear está para ser mencionado aqui, em que a água que está sob pressão e tem altas temperaturas circula como um refrigerante pri- mário. Para impedir o fenômeno da corrosão no vaso de pressão de reator que consiste em um material ferrítico por razões de resistência, isso é forne- cido no interior com uma galvanização consistindo em um material austeníti- co. Como contraste uma tubulação conectada à peça de conexão de um va- so de pressão de reator pode consistir inteiramente em material austenítico mais resistente à corrosão. Dois componentes do tipo inicialmente mencio- nado ou uma seção de tubo ferrítico com galvanização interna austenítica e uma seção de tubo completamente austenítico são conectados um ao outro em um procedimento costumeiro por meio de uma costura de solda consis- tindo em uma liga com base de níquel. A desvantagem disso é que ligas com base de níquel têm resistência à corrosão menor (corrosão de rachadu- ra por estresse intercristalino) do que os materiais austeníticos, de modo que, no evento de contato prolongado com um meio corrosivo, por exemplo, com água, enquanto o reator nuclear está em operação, existe o risco que a costura de solda corroa do interior.
Continuando daí, o objetivo da invenção é propor um método para produzir uma conexão soldada mais resistente à corrosão e um método para reparação de uma conexão soldada avariada por corrosão.
Particularidades mais detalhadas e vantagens da invenção po- dem ser vistas a partir da seguinte descrição com referência aos desenhos em anexo em que: A figura 1 mostra um vaso de pressão de reator com uma peça de conexão e com um tubo conectado a isso, A figura 2 mostra uma conexão soldada convencional entre a peça de conexão e o tubo, As figuras 3.1 - figura 3.6 mostram ilustrações diagramáticas em corte que tornam clara a seqüência de um primeiro método variante para produção de uma conexão soldada, As figuras 4.1 - figura 4.5 mostram ilustrações diagramáticas em corte que ilustram as etapas do método individual de uma segunda variante do método, As figuras 5.1 - figura 5.6 mostram ilustrações diagramáticas em corte que reproduzem o fluxo do método de uma terceira variante do méto- do, As figuras 6.1 - figura 6.4 mostram ilustrações diagramáticas em corte que reproduzem o fluxo de um método para reparar uma conexão sol- dada convencional. A figura 2 mostra uma conexão soldada convencional entre um primeiro componente 1 e um segundo componente 2, o primeiro componente 1 sendo, em particular, um corte de tubo, por exemplo, a peça de conexão 3 de um vaso de pressão de reator 4, e o componente 2 sendo um tubo 5 ane- xado ponta a ponta a ela (figura 1). Os componentes 1, 2 têm em cada caso uma face externa 6, 7, uma interna 8, 9 e uma face de extremidade 10 ou 12 conectando o exterior e o interior um ao outro. O primeiro componente 1 é composto de um corpo básico 13 e de uma galvanização 14 anexada ao úl- timo no interior. O corpo básico 13 consiste em um material ferrítico, por e- xemplo, de 22 NiMoCr 37 (número do material 1.6751) ou AS 508 C1 2 (có- digo ASME). A galvanização 14 consiste em um material austenítico, por exemplo, número de material 1.4551 ou AISI 347. A face de extremidade 15 do corpo básico 13 carrega uma camada de isolamento 16 que consiste em uma liga com base de níquel, por exemplo, Iconel 182, com conteúdo de níquel maior do que 67%, os constituintes da liga contidos sendo, entre ou- tras coisas, camada de isolamento 16% de cromo, 6,5% de magnésio e 6% de ferro (as percentagens aqui e em outro lugar são percentagens em peso). A camada de isolamento 16 cobre toda a face de extremidade 15 do corpo básico 13. Seu lado estreito 17 que faceia para dentro é conectado à galva- nização 14 de uma maneira materialmente integral. O segundo componente consiste em um material austenítico, por exemplo, de X 10 CrNiMoTi 1810 (1.4571) ou AISI 316 L. Os dois componentes 1, 2 são orientados em ali- nhamento um com o outro com uma folga axial, e entre eles envolvem uma ranhura de solda 18 ou uma costura de solda 19. A costura de solda 19 é gerada com uma liga com base de níquel como um aditivo de soldagem, por exemplo, I 82. Ela se estende até o lado interno 8, 9 dos primeiro e do se- gundo componentes 1, 2 e é exposta às influências corrosivas do meio em contato com ela, em particular de um refrigerante primário que está sob alta pressão e tem altas temperaturas de mais de 280°C. As ligas com base de níquel têm uma resistência à corrosão comparativamente baixa, de modo que a corrosão pode ocorrer do lado interno na região da costura de solda 19. O objetivo da invenção, então, como já mencionado inicialmente, é re- mediar isso.
Uma primeira variante do método é mostrada diagramaticamente nas figuras 3.1 a 3.6. Em uma primeira parte do método (figura 3.1 a figura 3.3), o componente 1 é primeiro fornecido com uma camada de isolamento 16 que consiste em Iconel 182. Para esse propósito, primeiro, o corpo básico 13 é tirado na face de extremidade para uma extensão de modo que sua face de extremidade 15 é colocada de volta com respeito à galvanização 14 ou aquela galvanização 14 se projeta com um comprimento de projeção 20 além da face de extremidade 15 na direção axial 22. Nesse caso, a parte da galvanização 14 é também retirada, de modo que o comprimento de proje- ção 20 tem uma espessura que é ligeiramente menor do que a espessura 31 da galvanização original. Na próxima etapa (figura 3.2), a camada de isola- mento 16 é aplicada à face de extremidade 15 na forma de boleados de sol- da com múltiplas camadas (não ilustrado), iniciando o comprimento de pro- jeção 20. A camada de isolamento, por conseguinte, obtida tem uma face de extremidade não uniforme 23 e no lado de topo projeta-se com o excesso de material 21 além do lado externo 6 do componente 1. Na próxima etapa do método, a camada de isolamento 16 é usinada por corte e sua face de ex- tremidade 23 é desse modo alisada e tirada do lado externo para uma ex- tensão de modo que ela esteja em alinhamento com o lado externo 6 do componente 1 (figura 3.3). O componente 2 é então aplicado na sua face de extremidade para um componente 1 preparado dessa maneira, de modo a deixar uma ranhura de solda 18 livre, e uma base 25 que consiste em mate- rial austenítico, por exemplo, número de material 1.4551 ou ER 347Si, é sol- dada entre a face de extremidade 12 do componente 2 e a face de extremi- dade 24 da galvanização 14. O ponto de conexão formado entre os dois componentes 1 e 2 pela base 25 consiste no mesmo material que a galvani- zação Meo componente 2 ou em um material comparável a esse, de modo que, em termos de corrosão, tem um comportamento similar à galvanização 16 e o componente 2. Já que a soldagem de um material austenítico para Iconel tende para fissuras, a base 25 pode se estender tanto quanto a linha de separação 26 entre a galvanização Mea camada de isolamento 16.
Na próxima etapa do método, uma camada intermediária 28 que consiste em uma liga de níquel com 96% de níquel, 3% de titânio e elemen- tos costumeiros em anexo, tais como ferro, silício e manganês, conforme o resíduo é soldado no lado externo da base 25 (figura 3.5).
Na última operação (figura 3.6), então, uma costura de solda 19 é aplicada ao lado externo da camada intermediária 28, Iconel 82 sendo u- sada como um aditivo de soldagem. Nessa, como em todas as outras opera- ções de soldagem mencionadas aqui, a soldagem é realizada mediante gás protetor. Esse método é amplamente automatizado. Nesse caso, o fio de soldagem consistindo no aditivo de soldagem, isto é, por exemplo, de Iconel 82, não é distribuído ao ponto de soldagem manualmente, mas automatica- mente via um dispositivo correspondente. Nesse caso, é crítico que a distri- buição ocorra em uma velocidade constantemente uniforme, de tal maneira que existe sempre suficiente aditivo em fusão presente na região do arco de soldagem e na poça de fusão ocorrendo. Se a liga à base de níquel da cos- tura de solda 19 é soldada diretamente na base austenítica, isso pode levar à formação de fissuras. Já que a soldagem ocorre de dentro para fora, uma renovação de uma região de base fissurada é possível somente com alta despesa, na maioria das vezes somente separando a conexão entre os dois componentes 1, 2 outra vez e começando a soldagem de uma base 25 uma vez mais depois do trabalho preparatório complicado. Foi mostrado que, com uma camada intermediária 28 do tipo mencionado estando presente, a for- mação de fissura na base 25 não ocorre. Devido à camada intermediária, a tendência para formação de fissura é suprimida por causa das razões de mistura mais favoráveis com os vários materiais.
Uma segunda variante do método é mostrada nas figuras 4.1 a 4.5. Ela difere daquela descrita acima em uma preparação diferente do com- ponente 1. Ao contrário da variante descrita acima, a face de extremidade 15 do corpo básico 13 não é retirada primeiro, mas, em vez disso, a galvaniza- ção 14, embora a parte do corpo básico seja também retirada. A galvaniza- ção 14 é, por conseguinte, colocada de volta um tanto com respeito à face de extremidade 15, de modo que um recesso 29 está presente no lado inter- no 8 do componente 1. O fundo 30, formado pelo corpo básico 13, do reces- so 29 tem uma folga 32 com respeito ao plano 33 estendida pelo lado interno 8 (a superfície de um cilindro no caso de um tubo) que, por causa da parcial retirada do corpo básico 13 durante a remoção da galvanização 14, é um tanto maior que a espessura 31 da galvanização 14. Na próxima etapa (figu- ra 4.2), uma camada austenítica 34 substituindo a galvanização 14 retirada é soldada no recesso 29 de tal maneira que essa camada projeta-se com o excesso de material 35 além do plano 33 estendido pelo lado interno 8. A face de extremidade 15 do corpo básico 13 é subseqüentemente retirada para uma extensão de modo que um comprimento de projeção 36 da cama- da austenítica 34 se projeta além dela na direção axial 22. Nesse caso, parte da região 41 contígua ao corpo básico 13 é também retirada.
Na próxima etapa do processamento (figura 4.4), uma camada de isolamento 16 é soldada na face de extremidade 15 do corpo básico 13, de uma maneira similar à etapa do método de acordo com a figura 3.2 do método descrito adicionalmente acima, começando isso no comprimento de projeção 36. A camada de isolamento 16 cobre a face de extremidade 15 completamente e é conectada de uma maneira materialmente integral ao comprimento de projeção 36 da camada austenítica 34. A dita camada de isolamento projeta-se com um excesso de material 21 além do lado externo 6 ou além do plano 39 estendido pelo último. Na próxima etapa de proces- samento (figura 4.5), o excesso de material 21 da camada de isolamento e o excesso de material 35 da camada austenítica 34 são retirados. A face de extremidade 23 da camada de isolamento 16 da face de extremidade 37 da camada austenítica 34 são usinadas por corte e são conformadas corres- pondentemente à última ranhura de solda. O componente 2 é então soldado, da maneira descrita adicionalmente acima e tornado claro nas figuras 3.4 a 3.6, ao componente 1 (figura 4.5) preparado na maneira perfilada.
Uma variante adicional do método (figura 5.1 a 5.6) difere das variantes descritas adicionalmente acima principalmente na preparação do componente 1. Aqui, na primeira etapa, uma camada de isolamento 16 é soldada sobre a face de extremidade 15 do corpo básico 13 e é subseqüen- temente retirada e alisada através de usinagem por corte para uma extensão de modo que a camada de isolamento está em alinhamento com o lado ex- terno 6 do corpo básico e aproximadamente com a linha de separação 38 entre o corpo básico 13 e a galvanização 14 (figura 5.1). Antes da camada de isolamento 16 ser soldada, a face de extremidade 24a da galvanização 14 é chanfrada, de modo que ela forma com a face de extremidade 15 do corpo básico 13 um ângulo α < 180° apontando para longe da camada de isolamento 16.
Na próxima etapa do método, uma camada intermediária 40 é soldada no lado estreito 17 da camada de isolamento 16. Essa camada in- termediária consiste em um material que é soldável tanto para a liga à base de níquel da camada de isolamento 16 quanto para um material austenítico.
Devido a essa medida, então, é possível preencher a região 42 circunscrita pelo lado estreito 17 e a face de extremidade 24a, de modo a formar uma camada austenítica 43, em que o dito material é soldado na camada inter- mediária 40 e é nesse caso conectado à face de extremidade 24a de uma maneira materialmente integral. Depois da usinagem por corte da camada austenítica 43 para alisamento e conformação, o componente 1 é preparado para conexão para o componente 2 (figura 5.3). O que é adequado como material para a camada intermediária 40 é em primeiro lugar um material que pode também ser usado para a camada intermediária 28 (entre a base 25 e a costura de solda 19) descrita adicionalmente acima, para ser exato uma liga com pelo menos 90% de níquel, em particular uma que contém 96% de níquel, 3% de titânio e, conforme o resíduo, elementos em anexo, tais como ferro, silício e manganês. Tal liga é conhecida sob a designação de ASTM ERNI 1. A soldagem do componente 2 no componente 1 prepara- da de acordo com a figura 5.3 ocorre essencialmente da maneira já descrita adicionalmente acima. Na primeira etapa, uma base 25 é soldada na ranhura de solda 18, essa base sendo conectada de uma maneira materialmente integral à camada austenítica 43 no lado do componente 1. Nesse caso, tan- to material austenítico é introduzido na ranhura de solda 18 quanto é neces- sário assegurar que, até onde possível, toda a face de extremidade 37a da camada austenítica 43 é coberta pela base 25 e é, por conseguinte, utilizada para conexão materialmente integral. A base nesse caso se estende no má- ximo até a linha de separação 48 entre a camada intermediária 40 e a ca- mada austenítica 43. Na próxima etapa (figura 5.5), a camada intermediária 28, já mencionada, é soldada no lado externo 27 da base 25. A camada in- termediária 28 é conectada no lado do componente 1 à camada intermediá- ria 40 e tem cerca da mesma espessura que a última. Na última etapa do método (figura 5.6), finalmente, a costura de solda 19 é gerada com Iconel 82.
Como já mencionado, uma conexão soldada convencional com I 182 entre dois componentes 1, 2 tende, particularmente depois de uso pro- longado, a corrosão mediante contato com o meio correspondente. No caso de corrosão avançada, tal conexão soldada tem tido até agora que ser pro- duzida completamente de novo. Com a ajuda do método de reparo descrito acima, a conexão soldada pode ser renovada em perfil comparativamente baixo. No caso de sistemas de tubulação, por exemplo, o circuito primário de uma estação de energia nuclear, o acesso à manipulação deve, é claro, es- tar presente nas adjacências da conexão soldada, de modo a não ter que separar toda a conexão soldada. As ferramentas para manipulação e os ro- bôs para soldagem podem então ser introduzidos através desse acesso no interior da tubulação. Uma avaria 44 causada por corrosão em uma costura de solda 19 que consiste em uma liga à base de níquel pode, como visto na direção circunferencial, ser limitada localmente ou estendida até sobre toda a circunferência interna da costura de solda 19. Primeiro, uma região que contém a avaria 44 é copiosamente retirada, com o resultado que um reces- so 45 é formado (figura lado externo 6.2). O recesso 45 se estende na dire- ção axial 22 nas regiões 46 da galvanização 14 e do componente 2 que são lateralmente contíguos à costura de solda 19. Uma camada intermediária 40a, que consiste nos mesmos materiais que a camada intermediária 40 mencionada adicionalmente acima, é então aplicada ao fundo 49 do recesso 45 (figura 6.3). A camada intermediária 40a cobre o fundo 49 do recesso 45 completamente. Finalmente, uma camada de fechamento 46 que consiste em material austenítico, por exemplo, AISI 347, é soldada na camada inter- mediária 40a de modo a cobrir toda a área. O material (não ilustrado) proje- tando além dos lados internos 8, 9 depois da operação de soldagem é sub- seqüentemente retirado de modo que o lado interno 47 da camada de fe- chamento 46 está em alinhamento com os lados internos 8 e 9 dos compo- nentes 1 e 2, respectivamente.