Caracterização do óxido formado na superfície da junta M5TM/Zircaloy- 4 soldada por resistência e pressão após testes de corrosão em autoclave a 360°C

dc.contributor.advisor-co1Rovere, Carlos Alberto Della
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8141224513975606por
dc.contributor.advisor-co1orcidhttps://orcid.org/0000-0003-1534-0561por
dc.contributor.advisor1Silva, Rodrigo da
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3763016865133213por
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-1381-1334por
dc.contributor.authorSoares, Alexandre Roberto
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/5080379377721278por
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0001-6311-2884por
dc.date.accessioned2024-07-10T12:41:34Z
dc.date.available2024-07-10T12:41:34Z
dc.date.issued2024-04-10
dc.description.abstractThe nuclear fuel cycle involves uranium mining and chemistry, fuel manufacturing, fuel element operation in reactors, and post-irradiation treatment. The casing tubes are produced with zirconium alloys, as they have a low neutron capture cross-section. Welding processes in nuclear applications are electron beam, laser, resistance, projection and spot welding. The welds undergo destructive and non-destructive tests to characterize the joint, tube bursting tests, metallography, and corrosion. The present work sought to characterize the oxide layer formed on the surface of a joint composed of zirconium M5TM and Zircaloy-4 alloys welded by the Resistance Pressure Welding (RPW) process. Autoclave corrosion tests were carried out to simulate operational conditions, identifying specific oxidation/corrosion mechanisms after analysis. The results obtained show that during the corrosion process, both the surface of the plug and the tube oxidize, forming an oxide layer composed predominantly of the m-ZrO2 phase, adhering and continuing on the surface of both materials. Furthermore, small Zr(Fe,Cr)2 precipitates present in the buffer microstructure oxidize, remaining on the surface of the oxide layer. For the welded bead, the rapid growth of the oxide leads to the formation of a continuous nodule of white oxide, which presents a high fraction of the t-ZrO2 phase. The growth of this white oxide nodule is accompanied by the penetration of the oxide into the bead reinforcement at the plug/weld bead interface region. As the corrosion process progresses, complete oxidation of the Zr(Fe,Cr)2 precipitates occurs, leading to the formation of voluminous oxide nodules composed of a mixture of phases: t-ZrO2, m-ZrO2, Cr2O3 and Fe2O3. Although the oxides observed were obtained under more severe conditions than usual, they proved to be safe in terms of depth and thickness, not drastically affecting the weld bead region even after five corrosion cycles.eng
dc.description.resumoO ciclo do combustível nuclear envolve a mineração e a química do urânio, a fabricação do combustível, a operação do elemento combustível nos reatores e o tratamento pós-irradiação. Os tubos de revestimento são produzidos com ligas de zircônio, pois possuem baixa seção transversal de captura de nêutrons. Os processos de soldagem em aplicações nucleares são a soldagem por feixe de elétrons, laser, resistência, projeção e soldagem a ponto. As soldas passam por ensaios destrutivos e não-destrutivos para caracterização da junta, ensaios de ruptura do tubo, metalografia e corrosão. O presente trabalho buscou caracterizar a camada de óxido formada na superfície de uma junta composta das ligas de zircônio M5TM e Zircaloy-4 soldadas pelo processo de soldagem Resistance Pressure Welding (RPW). Testes de corrosão em autoclave foram realizados para simular as condições operacionais, identificando pós análises os mecanismos específicos de oxidação/corrosão. Os resultados obtidos mostram que durante o processo de corrosão, tanto a superfície do tampão quanto a do tubo oxidam, formando uma camada de óxido composta predominantemente pela fase m-ZrO2, aderente e continua na superfície de ambos os materiais. Além disso, pequenos precipitados de Zr(Fe,Cr)2 presentes na microestrutura do tampão oxidam, permanecendo na superfície da camada de óxido. Para o cordão de solda, o rápido crescimento do óxido leva à formação de um nódulo contínuo de óxido branco, que apresenta uma elevada fração da fase t-ZrO2. O crescimento deste nódulo de óxido branco é acompanhado pela penetração do óxido no reforço do cordão na região de interface tampão / cordão de solda. À medida que o processo de corrosão avança, ocorre a oxidação completa dos precipitados de Zr(Fe,Cr)2, levando à formação de volumosos nódulos de óxidos compostos por uma mistura de fases: t-ZrO2, m-ZrO2, Cr2O3 e Fe2O3. Apesar dos óxidos observados terem sido obtidos em condições mais severas do que as habituais, mostraram-se seguros em termos de profundidade e espessura, não afetando drasticamente a região do cordão de solda mesmo após cinco ciclos de corrosão.por
dc.description.sponsorshipNão recebi financiamentopor
dc.identifier.citationSOARES, Alexandre Roberto. Caracterização do óxido formado na superfície da junta M5TM/Zircaloy- 4 soldada por resistência e pressão após testes de corrosão em autoclave a 360°C. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/19839.por
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/19839
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.publisher.addressCampus São Carlospor
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica - PPGEMecpor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectCorrosão em autoclavepor
dc.subjectLigas de zircôniopor
dc.subjectProcessos de soldagem resistance pressure welding (RPW)por
dc.subjectÓxido brancopor
dc.subjectCorrosion in autoclaveeng
dc.subjectZirconium alloyseng
dc.subjectResistance pressure welding (RPW) processeng
dc.subjectWhite oxideeng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAOpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA NUCLEAR::COMBUSTIVEL NUCLEARpor
dc.titleCaracterização do óxido formado na superfície da junta M5TM/Zircaloy- 4 soldada por resistência e pressão após testes de corrosão em autoclave a 360°Cpor
dc.title.alternativeCharacterization of the oxide formed on the surface of the M5TM/Zircaloy-4 joint welded by resistance and pressure after corrosion tests in an autoclave at 360°Ceng
dc.typeDissertaçãopor

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Dissertação de Mestrado