Enormes estruturas offshore, como plataformas de petróleo e turbinas eólicas, são projetadas para resistir às inúmeras punições que os oceanos tendem a infligir. Contudo, hora extra, apenas a própria água salgada pode diminuir significativamente a durabilidade das soldas de uma estrutura.

É por isso que os professores Michael Joachim Andreassen da Universidade Técnica da Dinamarca (DTU) e Zhenzhen Yu da Escola de Minas do Colorado estão usando a análise de nêutrons no Laboratório Nacional Oak Ridge (ORNL) do Departamento de Energia (DOE) para validar um método mais avançado de soldagem envolvendo lasers de alta potência. Os nêutrons têm propriedades altamente penetrantes - mais do que os raios X - e podem sondar quase qualquer material de maneira não destrutiva.

O Neutron Residual Stress Mapping (NRSF2) no High Flux Isotope Reactor do ORNL - um DOE Office of Science User Facility - permite que os pesquisadores estudem a qualidade de suas soldas em escala atômica. As descobertas da equipe podem levar a um processo mais rápido, métodos de produção mais econômicos, além de significativamente mais forte, soldas mais duradouras.

"Estamos estudando tensões residuais em estruturas realmente enormes, "disse Andreassen, "especialmente monopilhas superdimensionadas - enormes cilindros de aço que formam as fundações subaquáticas para turbinas eólicas. Queremos examinar a relação entre a tensão residual e as espessuras variáveis ​​nas placas de aço usadas na construção, comparando dois métodos de soldagem diferentes. "

Em geral, tensões residuais são tensões que permanecem na estrutura da solda depois que as cargas ou pressões aplicadas foram removidas. Em alguns casos, tensões residuais podem levar a falhas prematuras, como rachaduras ou vazamentos. Eles podem ser causados ​​por vários fatores, como flutuações de temperatura, exposição a produtos químicos prejudiciais, ou fadiga do metal, causado por cargas aplicadas repetidamente.

As placas de aço usadas para construir monopilhas podem ter até 130 milímetros de espessura, disse Andreassen. Eles são normalmente soldados juntos usando um método tradicional chamado soldagem de arco submerso, onde arcos elétricos são usados ​​para derreter os materiais de união. Lá no, a costura derretida da solda, ou piscina de solda, está continuamente "submerso, "ou coberto, em um fluxo granular de vários compostos usados ​​para apoiar a solda e protegê-la de contaminantes atmosféricos.

Há uma variedade de benefícios na soldagem a arco submerso. Entre outras coisas, a técnica produz menos impurezas, faíscas, e fumos tóxicos do que métodos semelhantes. Contudo, diz Andreassen, existem cargas significativas, também.

"Você tem que remover muito material para fazer a solda, e depois adicione o material de enchimento. Custa muito remover e adicionar os materiais, e no final, você tem um sulco realmente grande com muitas tensões residuais introduzidas, " ele explicou.

Naturalmente, quanto mais tensões residuais de tração houver, mais suscetível será a solda a falhas.

"A técnica de soldagem de arco a laser híbrido apresenta uma fonte de calor mais focada que nos permite mitigar a tensão residual, "disse Yu." No oceano, água salgada eventualmente cria corrosão, e se você tiver altos graus de tensão residual de tração, quanto mais rápido ocorrer a corrosão e maior a probabilidade de fraturas ou rachaduras se propagando através das regiões soldadas. "

Os nêutrons fornecem uma imagem extraordinariamente detalhada de como os átomos estão se comportando no fundo das soldas, comparar tensões residuais de ambas as amostras de arco submerso e híbrido de arco a laser. As medições de nêutrons mostram quaisquer mudanças na tensão residual conforme Andreassen e Yu aumentam os tamanhos de amostra da placa de aço de 10 para 20, 40, e 60 milímetros de espessura.

"Gostamos de nêutrons para esta pesquisa porque é a única técnica que pode penetrar nas placas de aço para nos dar um perfil completo da tensão residual, "disse Yu." Vamos usar os dados de nêutrons e compará-los com o trabalho de simulação do grupo de Michael, que podemos aplicar diretamente à estrutura real. "