ASTM E1681: Ensaio KIH em metal
O ensaio KIH conforme ASTM E1681 é o ensaio de mecânica da fratura para determinação do fator de valor limite - intensidade de tensão (KIH) de um material metálico em ambiente de hidrogênio. A norma ASTM E1681 distingue dois tipos de carga: o ensaio KIH com deslocamento constante e o ensaio KIH com força constante em amostras CT com pré-fissuração por fadiga.
O objetivo de referidos ensaios KIH conforme ASTM E1681 é avaliar a usabilidade de metais em tubos e tubulações especiais para o transporte de hidrogênio.
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Normas relevantes para o ensaio KIH
As seguintes normas são relevantes para o ensaio KIH-Test e a determinação do fator de valor limite-intensidade de tensão (KIH) em ambiente de hidrogênio:
- ASME B31.12 – Standard on Hydrogen Piping and Pipelines
Esta norma define a segurança de tubulações e inclui requisitos quanto a tubulações para transporte de hidrogênio gasoso e hidrogênio líquido. - ASME BPVC.VIII.3 - ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Division 3, Alternative Rules for Construction of High Pressure Vessels
Esta norma contém condições-limite para ensaios em hidrogênio comprimido e inclui outros requisitos para o cálculo de KIH dependendo do método de ensaio. - ASTM E1681 - Standard Test Method for Determining Threshold Stress Intensity Factor for Environment-Assisted Cracking of Metallic Materials
A norma ASTM E1681 indica como é feita a determinação do fator de valor limite - intensidade de tensão (KIH) para fissuração induzida por hidrogênio.
Execução do ensaio conforme ASTM E1681
Antes do ensaio KIH a amostra CT é exposta à vibração inicial por fadiga com o auxílio de uma máquina servi-hidráulica para ensaios. Na sequência, a amostra CT com fissura inicial é exposta à carga em ambiente de hidrogênio gasoso. A norma ASTM E1681 distingue principalmente dois tipos de carga: a amostra é exposta durante um determinado período à deformação constante (constant displacement) ou à força constante (constant force). A propagação da fissura ou a fratura poderão ocorrer, mas não necessariamente.
Para o ensaio KIH (constant displacement) não é necessária a utilização de uma máquina de ensaios. Aqui a amostra é pré-tensionada para uma determinada deformação constante com o auxílio de um parafuso em ambiente inerte. A medição do alargamento da amostra CT com carga de cavilha (load line displacement) é feita com um extensômetro clip-on. No ensaio KIH (constant force) é necessária uma máquina de ensaios como por ex. uma máquina eletromecânica de ensaio de fluência que aplica uma determinada força de tração sobre a amostra CT pré-fissurada.
No ensaio KIH (constant displacement) deve ser observada uma determinada sequência de trabalho:
- Pré-fissuração da amostra CT em máquina para ensaios dinâmicos
- Alargamento da amostra CT em atmosfera inerte com o auxílio do extensômetro clip-on
- Carregamento da amostra CT e inserção na autoclave
- Aplicação de hidrogênio comprimido na autoclave por 1.000 horas
- Retirada da amostra CT para inspeção visual da área de fratura
Valores característicos importantes conforme ASTM E1681
Os valores característicos conforme ASTM E1681 são utilizados para avaliação da resistência de um metal à fissuração induzida por hidrogênio:
- KIH
KIH é a sigla inglesa para "Threshold Stress Intensity Factor". KIH é definido como valor limite do fator de intensidade de tensão - KIEAC e KEAC
EAC é a sigla inglesa para “Evironmental Assisted Cracking“. KIEAC e KEAC são definidos como valor máximo do fator de intensidade de tensão que não leva à falha nem à propagação da fissura. Portanto, KIEAC é entendido como a carga máxima admissível em entalhes e fissuras existentes que ainda garante a operação segura.
Requisitos quanto às amostras conforme ASTM E1681
Na seleção das amostras para o ensaio KIH é importante observar os requisitos quanto às dimensões e as espessuras mínimas das amostras da norma ASTM E1681.
Os seguintes formatos das amostras são admissíveis:
- Amostras CT com carga de cavilha (para o ensaio KIH “constant displacement”)
- Amostras CT (para o ensaio KIH "constant force")
