Title

EFEITO DO CARREGAMENTO NO COMPRIMENTO DE SATURAÇÃO DE TRINCAS DE FADIGA PRODUZIDAS POR COMPRESSÃO NO AÇO API 5L X60

EFFECTS OF LOADING ON THE SATURATION CRACK LENGTH OF COMPRESSIVE PRECRACKED SPECIMENS OF API 5L X60 STEEL

Authorship

Santos, Thinnie Hahn dos; Kwietniewski, Carlos Eduardo Fortis; Rigoni, Rômulo F. Guerra

Santos, Thinnie Hahn dos

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Kwietniewski, Carlos Eduardo Fortis

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Rigoni, Rômulo F. Guerra

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DOI

10.5151/1516-392X-30717

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Abstract

O aço API 5L X60 é empregado na fabricação de dutos submarinos para a produção de óleo e gás. Com a ajuda de métodos de inspeção e estudos de mecânica da fratura é possível avaliar a severidade dos defeitos existentes, prever a falha dos componentes e tomar as devidas providências para evitar acidentes que podem levar a danos ambientais, perda de vidas e prejuízos financeiros. Com foco na redução do efeito do histórico de carregamento, avalia-se uma técnica alternativa de pré-trincamento por fadiga para a obtenção das curvas de crescimento de trinca por fadiga. Esta técnica permite a nucleação de trincas em carregamento cíclico compressivo, isentas de tensões residuais compressivas, que mascaram os resultados na determinação do limiar de propagação de trincas. Neste trabalho, foram utilizados corpos de prova do tipo C(T) para a nucleação das pré-trincas de fadiga. Foi avaliada a influência das características do carregamento, como o nível da força aplicada e a razão de carregamento no comprimento de saturação das trincas produzidas, a fim de se obter avanços no estabelecimento dessa metodologia. Com um carregamento mais intenso, o comprimento de saturação de trinca foi maior. Além disso, a diferença de comprimento entre o centro e as superfícies do corpo de prova se torna mais acentuada. O comprimento de saturação de trinca é menor que o raio da zona plástica e maior que a região máxima governada por tensões residuais trativas. Para carregamentos menos severos, a trinca cresce de maneira mais uniforme e alcança comprimentos de saturação de trinca menores. A razão de carregamento não interfere significativamente no comprimento de saturação de trinca.

The API 5L X60 steel is used in the manufacture of submarine pipelines for oil and gas. With the help of inspection methods and fracture mechanics studies, it‟s possible to assess the severity of existing defects, predict component failure and take appropriate action to prevent accidents that could lead to environmental damage, loss of life and financial losses. In order to minimize effects due to load history, this work evaluates an alternative to the traditional pre-cracking of specimens used to determine fatigue crack growth curves. This technique allows the nucleation of cracks in compressive cyclic loading, free of compressive residual stresses, which influence the results in determining the crack growth threshold. In this work, specimens of type C(T) were used for the nucleation of fatigue pre-cracks. In order to obtain improvements in establishing this methodology, the influence of loading parameters were evaluated - such as the level of the applied force and the load ratio - in the saturation crack length. With a more intense load, crack saturation length increases, and the difference in length between the center and the specimen surfaces becomes more pronounced. The saturation crack length is smaller than the radius of the plastic zone, but larger than the zone governed by tensile residual stresses. For less severe load, the crack reaches shorter saturation crack lengths, and grows more evenly. The load ratio does not influence the crack length saturation.

Keywords

Mecânica da fratura, Pré-trincamento, Fadiga em compressão.

Fracture mechanics, Pre-cracking, Compressive fatigue.