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SMM0330–PRINCÍPIOS DE ANÁLISE DE FALHAS
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REFERÊNCIAS:
• Fatigue of Materials– S.Suresh, Cambridge University Press, 1998.
• Metalografia e Análise de Falhas, Tibério Cescon e Cesar R.F. Azevedo,ABM, São Paulo, 2006;
• ASM Handbook Vol. 11 - Failure Analysis – 2002;
• ASM Handbook Vol. 12 – Fractography– 1987;
• ASM Handbook Vol. 19 – Fatigue and Fracture– 1996;
• Analyses and Prevention of Aircraft Structural Failures, curso- L. Molent, 2011;
• Engineering disasters: learning from failure, N. Chawla, apresentação,2007;
• What Really Sank the Titanic, Jennifer Hooper McCarty & Tim Foecke,Citadel Press Books, 2008;
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REFERÊNCIAS:
• Metallurgy of the RMS Titanic, National Institute of Standards andTechnology-NIST-IR 6118, Tim Foecke.
• Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials– RichardW. Hertzberg, John Willey and Sons, 1996.
• Comportamento Mecânico e Fratura de Componentes e EstruturasMetálicas, Paulo Sergio C. Pereira da Silva, UFPR, 1999;
• Apostila do curso: Fadiga de materiais metálicos, Itamar Ferreira,Unicamp, 2003.
• Mecânica dos Materiais, Claudio Geraldo Schön, Elsevier, 2013.
• Apostila do curso Mecânica de Fratura Elasto-Plástica, Cláudio Ruggieri,EPUSP, 2010;
• Apostila do curso Fadiga de Materiais Estruturais, Cláudio Ruggieri, EPUSP,2010;
• Relatórios de análise de falhas do Prof. José B. Marcomini.
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CASO III – TORRE COM CHAPA CLADEADA
• FORNECIDO TORRE COM CHAPA DE AÇO ASME AS 516 – GR 70 COM CLADDE AISI 304L ;
• CHAPA CLADEADA POR EXPLOSÃO;
• SUBMETIDO AO ENSAIO DE CORROSÃO INTERCRISTALINA-ASTM A 262 –PRÁTICA E – SENSITIZAÇÃO EM 600ºC -1HORA – MÍNIMO DE 15 HORA EMCuSO4 + H2SO4 – 16% - DOBRAMENTO - FRATUROU;
• NORMA AFIRMA QUE NÃO PODE HAVER FRATURA INTERCRISTALINA.
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CASO III – TORRE COM CHAPA CLADEADA
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CASO III – TORRE COM CHAPA CLADEADA
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PRÁTICA E- A AMOSTRA FICA EM UMA SOLUÇÃO DE SULFATO
DE COBRE COM ÁCIDO SULFÚRICO 16% DURANTE 15 HORAS NO MÍNIMO E DEPOIS É
FEITO O DOBRAMENTO.
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CASO III – TORRE COM CHAPA CLADEADA
TORRE DE REFINARIA PETROQUÍMICA
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CASO III – TORRE COM CHAPA CLADEADA
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CHAPA CLADEADA
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CASO III – TORRE COM CHAPA CLADEADA
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CASO III – TORRE COM CHAPA CLADEADA
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CASO III – TORRE COM CHAPA CLADEADA
CLADEAMENTO POR EXPLOSÃO
Metal Base JatoPonto de Colisão
Padrão
Ondulado
Metal
“cladeado”
Jato
Folga
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MICROESTRUTURAS DO METAL BASE E CLADD
POR EXPLOSÃO.
CASO III – TORRE COM CHAPA CLADEADA
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CONSEQUÊNCIAS:
NECESSIDADE DE ALÍVIO DE TENSÕES EM
600ºC
SENSITIZAÇÃO
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CASO III – TORRE COM CHAPA CLADEADA
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O MICROMECANISMO DE FRATURA DEVERIA SERINTERGRANULAR.
FOI REALIZADA ANÁLISE DE MEV POIS AOMICROSCÓPIO ÓPTICO SERIA IMPOSSÍVEL SABERSE ERA INTERGRANULAR
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CASO III – TORRE COM CHAPA CLADEADA
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CASO III – TORRE COM CHAPA CLADEADA
ESTE DEVERIA SER O MICROMECANISMO DA CORROSÃO INTERCRISTALINA
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AÇÕES:
• REUNIÃO COM A REPLAN EXPLICANDO O FENÔMENO;• QUESTÃO: POR QUÊ A DUTILIDADE CAIU APÓS O CLADDING
E ALÍVIO DE TENSÕES?
• PARA EVITAR NOVOS PROBLEMAS: COMPRAR CHAPASCLADEADAS POR COLAMINAÇÃO.
CASO III – TORRE COM CHAPA CLADEADA
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CASO III – TORRE COM CHAPA CLADEADA
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CASO III – TORRE COM CHAPA CLADEADA
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EQUIPAMENTOS PETROBRAS
Normas:
IET ASME/ASTM NACE AXENS EN
REATOR
CASO IV – STEP COOLING
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Normas mais utilizadas nos reatores de cromo-molibdênio:
I-ET-5000.00-2316-570-PPC-001 I-ET-5000.00-2316-500-PPC-002 ASTM A 387 (ASME SA 387) ASTM A 516 (ASME SA 516) ASTM A 105 (ASME SA 105) ASTM A 240 (ASME SA 240) ASTM A 20 (chapas de aço carbono) ASTM A 370 ( ensaios mecânicos) ASTM E 21 (ensaio de tração a quente) ASME –Sec.II-Parte D – Tabela U e Y. ASTM E 23 (ensaio de impacto) ASTM A 262 (corrosão intergranular de aço inox) ASTM A 264 (ensaios de chapas cladeadas) ASTM G 146 (HID) N- 1704 (vasos com serviço H2) N- 1706 (vasos com serviçoH2S) NACE TM 0284 (HIC) NACE TM 0177 (SSC) ASTM A 388 (US-Forjados) ASTM A 578 (US-Chapas) ASTM A 1268-(alinhamento de estrutura - Forjados) EN473 (qualificação de pessoal de NDT)
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SPWHT para chapas de Cr-Mo:
Heat Treatment: according to AF- 402.1 of ASME VIII Div. 2
The heat treatment of the test coupons must be performed at 4 cycles of
105 minutes in the Holding temperature of 690°C (-0/+10ºC); it will be not
acceptable 1 cycle with total time for Heat treatment in test coupons. The
plates shall be quenched or normalized and tempered above 690°C (-
0/+10ºC).
O ensaio de dureza é realizado após o primeiro ciclo do SPWHT e deve ser
realizado em 5 pontos a 2 mm da superfície e a ¼ ou 1/2 da superfície,
conforme prevê a IET. Os outros ensaios devem ser realizado após os 4
ciclos de SPWHT.
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SUBMETER COUPONS DO MATERIAL AO SPWHT;
ALGUNS COUPONS JÁ COM SPWHT SUBMETER AOSTEP COOLING.
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Cinco sets de três corpos de prova cada um, que já sofreram SPWHT e Step Cooling e cinco sets com cps cada um só com SPWHT;
Ensaio de impacto em cinco temperaturas diferentes, sendo que uma delas deve ser -18ºC para o ASTM A 387 –Gr.11(1,25Cr-0,5Mo);
Levanto a curva de energia absorvida por temperatura de impacto;
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Cálculo do deslocamento da curva de
temperatura de transição frágil-dútil do material
com e sem step-cooling.
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PREVISÃO DA SENSIBILIDADE DO MATERIAL À
FRAGILIZADADE AO REVENIDO PELA COMPOSIÇÃO
QUÍMICA:
FATOR J – WATANABE
FATOR X - BRUSCATTO
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TÉCNICAS DE ANÁLISE
ANÁLISE DE FALHAS
• ANÁLISE QUÍMICA;
• VISUAL-AUMENTO MÉDIO DE 10 X;
• ESTEREOSCÓPIO;
• MICROSCOPIA ÓPTICA;
• MICROSCOPIA ELETRÔNICA – MEV-FEG-FIB - MET;
• DIFRAÇÃO DE RAIOS-X;
• FRACTOGRAFIA QUANTITATIVA: MICROSCOPIA
CONFOCAL E MEV COM SUPERPOSIÇÃO DE IMAGENS.
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MEV (MICROSÓPO ELETRÔNICO DE VARREDURA)
HISTÓRICO:
• Início - M. Knoll (1935), descrevendo a concepção do MEV;
• 1938 - Von Ardenne construiu o 1º “MEV”, adaptando bobinas de
varredura ao MET: amostras não podiam ser espessas, aumento
máximo de 8k;
• 1942 nos laboratórios da RCA, 1ºMEV – amostras espessas mas a
resolução era de 1,0µm (ótico: 0,5µm);
• Modificações: substituição das lentes eletrostáticas por lentes
eletromagnéticas, melhorias nos detectores (ex: cintilador e
fotomultiplicadora);
• 1965: primeiro MEV comercial pela Cambridge Scientific Instrument.
MEV
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ANÁLISE DE FALHAS-MEV
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MEV
MEV – FEGFIELD
EMISSION GUN
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EFEITO DE TUNELAMENTO QUÂNTICO
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EFEITO DE TUNELAMENTO QUÂNTICO
A DENSIDADE DA PROBABILIDADE É O QUADRADO DO MÓDULO DA FUNÇÃO DE ONDA.
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EFEITO DE TUNELAMENTO QUÂNTICO
MOSFET (METAL OXIDE SEMICONDUCTOR FIELD EFFECT TRANSISTOR)
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TÉCNICA DE ANÁLISE POR MEV
Elétrons secundários: detector Everhard – Thornley, polarizado
positivamente (capturar os elétrons secundários, energia <50 eV) pois,
também são detectados elétrons retroespalhados (“backscattered
electrons”: energia próxima a do feixe incidente-20/30keV -
elasticamente espalhados);
ANÁLISE DE FALHAS-MEV
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ANÁLISE DE FALHAS-MEV
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ELÉTRONS
SECUNDÁRIOS PODEM
SER GERADOS EM
QUALQUER LUGAR MAS,
DEVIDO A SUA BAIXA
ENERGIA, A
PROBABILIDADE DE SAIR
É DAQUELES FORMADOS
A 10 nm DA SUPERFÍCIE.
SIMULAÇÃO DE MONTE
CARLO.
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SEI –ORIGEM NO FEIXE
INCIDENTE;
SEII – ORIGEM NOS
RETROESPALHADOS
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ANÁLISE DE FALHAS- RÉPLICA METALOGRÁFICA
BUEHLER
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ANÁLISE DE FALHAS- RÉPLICA METALOGRÁFICA
RÉPLICA PARA O MEV
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AVANÇO NA TÉCNICA DE FRACTOGRAFIA
1935
O ponto de partida para o matemático Benoît Mandelbrot (1924 – 2010)
foi precisamente a falha de Euclides. Preocupado com a forma,
esqueceu-se de considerar a “dimensão”, na geometria da natureza:
aproximação.
Mandelbrot descreveu matematicamente a ideia original de Euclides,
acrescentando a essa ideia a questão da dimensão e, foi deste modo
que surgiu a Geometria dos Fractais.
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AVANÇO NA TÉCNICA DE FRACTOGRAFIA
1958
• Colaboração com a IBM. Dedicou-se a um problema: erros de
informação nas comunicações por computador causadas pelo
ruído;
• Fractal é uma solução de uma equação não linear: teoria do Caos;
• Mais tarde virou-se para o problema seguinte: “ Quanto mede afinal
a costa da Bretanha? “
• Até 1970 a ideia não foi muito bem aceita;
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CONJUNTO DE MANDELBROT
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AVANÇO NA TÉCNICA DE FRACTOGRAFIA
FRACTOGRAFIA QUANTITATIVA
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FRACTOGRAFIA QUANTITATIVA
AVANÇO NA TÉCNICA DE FRACTOGRAFIA
SÃO FEITAS VÁRIAS IMAGENS EM UM MICROSCÓPIO ÓPTICO , EM DIFERENTES ALTURAS. AS IMAGENS SÃO SOBREPOSTAS POR UM
SOFTWARE, INCLUSIVE COM AS IMAGENS DE MEV.
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FRACTOGRAFIA QUANTITATIVA
AVANÇO NA TÉCNICA DE FRACTOGRAFIA
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FRACTOGRAFIA QUANTITATIVA
AVANÇO NA TÉCNICA DE FRACTOGRAFIA
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FRACTOGRAFIA QUANTITATIVA
AVANÇO NA TÉCNICA DE FRACTOGRAFIA
VANTAGENS:
• MELHOR VISUALIZAÇÃO DE PONTOS COM DIFERENTES
PROFUNDIDADES;
• ATRAVÉS DE UM CÁLCULO ESTATÍSTICO É POSSÍVEL RELACIONAR COM
O FATOR DE INTENSIDADE DE TENSÕES/ TENACIDADE À FRATURA;
• CONSEGUE-SE DETERMINAR COM MAIS PRECISÃO A QUANTIDADE DE
CADA MICROMECANISMO DE FRATURA E RECONHECER A MUDANÇA
DOS MESMOS.
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FIM