Resumo A soldagem subaquática molhada é um processo importante para o reparo de estruturas submersas. Contudo, neste, a soldabilidade dos aços estruturais em geral é limitada pela formação de martensita e a fragilização pelo hidrogênio. Além disto, o processo tende a apresentar problemas operacionais como baixa visibilidade da poça de fusão e instabilidades do arco elétrico. Uma possível alternativa para reduzir alguns dos problemas metalúrgicos da soldagem subaquática com eletrodos de aço carbono seria a sua substituição por metais de adição austeníticos. Buscando subsidiar a aplicação desses eletrodos, o presente trabalho avalia características operacionais da soldagem subaquática molhada com eletrodos revestidos comerciais de três aços inoxidáveis austeníticos e compara os resultados com os da soldagem com um eletrodo de aço carbono e com os da soldagem ao ar. Os testes foram realizados com um sistema mecanizado por gravidade tanto ao ar como no ambiente molhado em três diferentes profundidades, usando três diferentes metais base e nas polaridades direta e inversa. Os modos de transferência foram caracterizados em função do eletrodo, polaridade, ambiente e profundidade com base na análise dos sinais elétricos do processo. Foi observada uma transferência predominantemente globular com ocorrência variável de curtos-circuitos. O uso de índices de estabilidade foi avaliado e a evolução do processo durante o consumo do eletrodo investigado. Mostrou-se que a velocidade de fusão dos eletrodos austeníticos é maior do que a do eletrodo ferrítico, contudo, esta diferença diminui na soldagem subaquática.

Abstract Underwater wet welding is an important joining process for the repair of submerged structures. However, in this process, structural steel weldability is impaired by martensite formation and hydrogen embrittlement. Furthermore, underwater wet welding is also characterized by operational difficulties as low weld pool visibility and poor arc stability. An alternative to reduce some metallurgical problems of underwater welding of structural steel could be the use of austenitic filler metals. To provide an initial background for the use of these consumables, the present paper evaluates the operational characteristics of shielded metal arc electrodes of austenitic stainless steel and compares their characteristics with those of low carbon steel electrode in both dry and underwater wet environments. Welding trials were performed in air and wet operation at three different depths, using both current polarities and on three different base metals. Voltage and current signals were analyzed to determined metal transfer mode and process stability indexes were calculated. In all trials, globular metal transfer with variable short-circuit events was observed. Process evolution during electrode melting was studied. It was shown that electrode melting rate of austenitic electrodes was higher than that of the low-carbon electrode. However, this difference was smaller in underwater welding.

Resumo Este trabalho avalia indícios de constrição do arco pelo isolamento elétrico e térmico por fluxos de óxidos de um componente na soldagem A-TIG de aços inoxidáveis austeníticos. Foram feitas filmagens do arco, medidas de sua tensão elétrica e da morfologia de cordões de solda obtidos com SiO2, Cr2O3 e Al2O3, aplicadas com duas densidades superficiais (30 e 60 g/m2) e aberturas centrais sem fluxo (1, 2 e 4 mm). Os resultados não mostraram mudança significativa na largura do arco nas condições utilizadas, não comprovando uma possível constrição mecânica no arco elétrico devido ao isolamento elétrico e térmico causado pelos fluxos. A filmagem lateral do arco indicou sua deflexão em sentido oposto ao de seu avanço para os três fluxos, sendo o efeito causado pela sílica o mais significativo. A abertura central sem fluxo reduziu a penetração, a área fundida do cordão e a largura do cordão. A ausência de indícios significativos de constrição do arco e a variação do formato do cordão de solda devido à abertura central sem fluxo favorecem o modelo da convecção de Marangoni como o mecanismo responsável pelo aumento de penetração na soldagem A-TIG de aços inoxidáveis austeníticos.

Abstract This paper evaluates indications of arc constriction by the thermal and electrical insulation caused by oxides of a single component in A-TIG welding of austenitic stainless steels. Changes in arc dimensions, in its electric voltage and in weld bead morphology caused by three oxide fluxes (SiO2, Cr2O3 e Al2O3) applied with two surface densities (30 e 60 g/m2), and with and without a flux free central strip (of 1, 2, and 4 mm) were studied. Results showed no significant change in width of the electric arc for the experimental conditions used, therefore, not supporting a possible mechanical constriction in the electric arc by oxide electrical and thermal insulation. Lateral filming indicated that the arc is delayed by the fluxes with silica causing the strongest effect. The presence of clean central strip in the flux layer decreased weld penetration and weld bead cross section, besides the reduction of the width of the bead. Therefore, the results of the present work seem to support Marangoni convection as the main mechanism responsible for increasing penetration in A-TIG welding of stainless austenitic steels.

Este artigo descreve o uso da técnica de difração de elétrons retroespalhados (EBSD) para caracterizar a microestrutura (especialmente a sua morfologia e constituição) do metal base (MB), zona termicamente afetada (ZTA) e zona fundida (ZF) de um aço inoxidável "lean" duplex (AILD). Esta técnica fornece vantagens devido à sua simplicidade de uso e maior densidade de informação em comparação com a obtida por técnicas tradicionais de caracterização como as microscopias óptica (MO), eletrônica de varredura (MEV) e eletrônica de transmissão (MET). O uso de EBSD juntamente com microscopia de orientação de imagem (OIM) para compreender as diferentes transformações de fase ferrita-austenita é discutido. Medidas de microdureza Vickers foram feitas e não foi achada nenhuma diferença significativa entre as diferentes zonas. A função distribuição de orientação dos grãos (FDO) mostrou que na há mudanças significativas na textura cristalográfica nas amostras após a solda. As vantagens do uso de microscopia eletrônica de varredura juntamente com EBSD para analisar a microestrutura e o desenvolvimento da textura são também discutidas.

This paper describes the electron backscatter diffraction (EBSD) technique used to characterize the microstructure (especially the morphology and constitution) of the base metal (BM), the heat-affected zone (HAZ) and the fusion zone (FZ) on a lean duplex stainless steel (LDX). This technique provides advantages due to its simplicity of use and greater depth of information, thereby increasing the amount of information obtained by traditional characterization techniques such as optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM). The use of EBSD together with orientation imaging microscopy (OIM) as a tool to understand phase transformation paths and ferrite-austenite variant selection was discussed. Vickers microhardness measurements were performed and no significance difference between the different zones was found. Orientation distribution function (ODF) results show that there are no significant changes on the crystallographic texture of the samples after welding. The advantages of using SEM together with EBSD for microstructure analyzing and texture development were also discussed.

A soldagem TIG apresenta elevados níveis de estabilidade e permite um controle mais apurado do que a maioria dos demais processos de soldagem a arco. É bem conhecido, contudo, que pequenas variações de composição química do metal base ou da região de operação do arco podem ter um efeito pronunciado no formato do cordão de solda, o que reduz a capacidade de controlar e a previsibilidade do processo. Este trabalho apresenta uma revisão da variabilidade do cordão de solda obtido no processo TIG com pequenas alterações na composição química do metal base e das soldagens A-TIG e TIG com gás ativo. Aspectos comuns e particulares de cada caso são realçados e discutidos e os mecanismos propostos na literatura em cada caso são apresentados e comparados.

TIG welding is considered to be one of the most stable and controllable arc welding processes. However, it is now well known that small changes in base metal chemical composition and in the welding environment can have a deep effect on the resulting weld bead. Obviously, this reduces the reliability and controllability of TIG welding. This paper reviews TIG aspects of weld bead changes associated tosmall changes in base metal composition, and to active flux TIG (A-TIG) and active gas TIG welding. Aspects that are similar and unique to each case are highlighted and discussed. The mechanisms of weld bead shape presented in the literature are also presented and discussed.

A soldagem ATIG é uma variante simples do processo TIG convencional que permite aumentar a penetração da solda e, por exemplo, possibilitar a soldagem em um passe, com penetração total e sem abertura de chanfro, para juntas com espessura de 5 mm ou mais. Diferentes mecanismos foram propostos para explicar este efeito com destaque para o da contração do arco pela presença de íons negativos e o da alteração no movimento de metal líquido na poça de fusão associada com variações da tensão superficial em função da temperatura. O presente trabalho avalia o efeito da quantidade de um fluxo de um componente (óxido de cromo III, Cr2O3) colocado na superfície da peça e de adições de KClO4 e Al2O3 no formato do cordão de solda. Foram realizados três conjuntos de experimentos consistindo na deposição de cordões sobre chapa de aço inoxidável austenítico ABNT 304 com 5 mm de espessura. No primeiro conjunto, variou-se a quantidade de fluxo usada, no segundo, estudou-se o efeito de adições de KClO4 e, no terceiro, de Al2O3. Foram medidos os sinais elétricos (corrente e tensão) durante a soldagem e, em seções transversais dos cordões, a largura, a penetração e a área do cordão. Os resultados indicaram uma pequena variação na tensão de soldagem (aumento inferior a 1 V) na passagem da soldagem TIG para a ATIG. A concentração superficial de fluxo afetou a penetração da solda, ocorrendo um aumento brusco de penetração e área do cordão para concentrações entre 7,5 e 15 g/m², seguido por uma variação mais suave para concentrações maiores (até 120 g/m²). Por outro lado, enquanto a adição de KClO4, claramente reduziu o aumento de penetração causado pelo fluxo, a adição de Al2O3 teve um efeito menos significativo no processo.

Active flux TIG (ATIG) welding is a simple variant of conventional TIG welding that allows a major improvement in weld bead penetration. Different mechanisms have been proposed to explain the effect of flux. The most accepted ones consider the arc contraction by negative ions vaporized from the flux and liquid metal flow alterations in the weld pool caused by changes the surface tension values. This paper evaluates the effect of one component (Cr2O3) flux concentration and additions of KClO4 and Al2O3 on ATIG welding bead shape. Three sets of bead-on-plate weld tests were performed on 5 mm thick AISI 304 steel plates. Electric current and voltage were measured during each welding trial and the resulting bead geometry was evaluated in cross sections of the weld. Results indicated only minor variations in voltage during the transition from TIG to ATIG welding. Surface flux concentration affected weld bead penetration, and maximum penetration was obtained with flux densities between 15 and 60 g/m². On the other hand, the addition of KCLO4, despite this being a strong oxidizer, reduced weld penetration. A similar effect was linked to additions of Al2O3 to the flux.

A soldagem MIG/MAG e processos correlatos, que usam o arco e a alimentação contínua de arame, permanecem como os de maior importância industrial para a união de peças metálicas. Estes processos tendem a apresentar um elevado número de variáveis. A soldagem MIG/MAG é, ainda, sujeita a diferentes fenômenos que podem causar dificuldades durante a sua aplicação e, em particular, no planejamento e na definição das condições operacionais para uma dada aplicação. O presente trabalho descreve o desenvolvimento de um modelo para simular a variação de algumas variáveis do processo (como a corrente e tensão de soldagem e o comprimento do arco) e a sua implementação em um programa de computador. As equações básicas do modelo são apresentadas e discutidas com considerações sobre a sua aplicação. Resultados de testes experimentais para a determinação de alguns parâmetros fundamentais do modelo são também apresentados e discutidos. Simulações usando o programa desenvolvido são apresentadas juntamente e comparadas com testes reais de soldagem. Ferramentas do programa para simular mudanças nas condições operacionais de soldagem, no comportamento do arco elétrico e na operação da fonte de soldagem são apresentadas. Encaminhamentos baseados em abordagem teórica e empírica para algumas destas capacidades são apresentados.

MIG/MAG welding and other processes that are based on arc heating and the feeding of a continuous wire electrode are still the most used metal joining processes in the industry. These processes present a large number of variables. Furthermore, MIG/MAG welding is subjected to several phenomena that cause unexpected changes in parameters and make it difficult to predict operational conditions for a given job. The paper describes the development and the software implementation of a mathematical model to simulate some operational aspects of the MIG/MAG welding process. The basic equations of the model are presented and discussed. Simulations of different welding conditions are presented and compared to results from actual welding tests. Software tools to simulate alterations in welding conditions, in arc behavior, and power supply operation are also described. Approaches to these tools, based on both theoretical and empirical considerations, are presented.

Este artigo descreve a concepção e validação de um modelo matemático direcionado à soldagem GMAW. O modelo permite a predição de alguns parâmetros de soldagem, assim como o comportamento do processo em condições operacionais de transferência metálica por vôo livre. Este modelo foi baseado em um conjunto de equações, que descrevem as características operacionais da fonte de energia, as quedas de tensão que ocorrem no arco elétrico e nos componentes do circuito de soldagem, e em um balanço de energia na ponta do arame. A validação do modelo envolveu testes de soldagem mecanizada em corpos-de-prova de aço baixo carbono, com monitoração da corrente, tensão, comprimento de arco e velocidade de alimentação de arame. O modelo mostrou-se capaz de prever,em diferentes situações, com erros inferiores a 10%, os valores médios de alguns parâmetros fundamentais no processo de soldagem GMAW (valores médios de corrente, tensão e comprimento de arco elétrico), assim como, o comportamento destes na ocorrência de mudanças operacionais.

This paper describes the conception and validation of a mathematical model applied to GMA welding. This model allows predicting some welding parameters as well as process behavior for operation with free flight transfer mode. This model was based on a set of equations that describes the power source characteristics, the voltage drop along the electric arc, the welding circuit and the energy balance on the wire tip. The model validation was performed by comparing its results to experimental welding trials. In this test specimen steel of low carbon was used and the parameters welding current and voltage, speed of wire feeding and arc length were monitored. The results have shown that the model is able to correctly predict how different parameters change with alterations in wire feed, in different situations. Furthermore, welding current and voltage e arc length value were predicted with a least error lower than 10%.

O processo de soldagem GMAW é caracterizado por uma forte interdependência de seus parâmetros operacionais e uma grande sensibilidade a variações destes. Estas características podem causar variações nas condições operacionais, dificultando o estabelecimento e a reprodução destas condições que, usualmente precisam ser verificadas pela realização de testes. Como uma forma de minimizar esta dificuldade e facilitar o entendimento da relação entre as variáveis deste processo, tem-se trabalhado no desenvolvimento de um modelo matemático capaz de simular aspectos elétricos e operacionais da soldagem GMAW. O objetivo do presente trabalho foi estudar procedimentos de determinação e fatores que afetam duas variáveis fundamentais para o desenvolvimento deste modelo (a resistividade elétrica do arame durante a soldagem e a soma das quedas de tensão anódica e catódica no arco, U AC) na soldagem com transferência por curto-circuito. Os testes experimentais envolveram a deposição mecanizada de cordões emaço de baixo carbono usando arames do mesmo material com diferentes gases de proteção. Metodologias para a determinação dos parâmetros citados foram desenvolvidas com base em procedimentos similares indicados na literatura. Os detalhes destes procedimentos são avaliados, os resultados obtidos são comparados com dados da literatura e métodos para estimar a resistência elétrica entre o bico de contato e o eletrodo são apresentados. Os resultados sugerem valores para esta resistência entre 6 e 9 mΩ.

GMA welding is characterized by a strong dependence between its operational parameters and a high sensitivity to small variations of those. These characteristics tend to make it harder to replicate welding conditions. It is also a barrier to welding automation and makes it necessary to perform a number of real welding tests before determining operational conditions for a given application. In order to contribute to reduce these limitations of GMA welding, the authors of the present work have been working on the development of a mathematical model to simulate the variation of operational and electrical parameters during welding. This paper aims to evaluate methodologies to determine two key variables of this model (the electrode electrical resistivity and the sum of the voltage drops in the arc anode and cathode regions)in short-circuit welding. Experimental trials were performed in a mechanized jig by depositing bead-onplate welds on low-carbon steel bars. Methodologies to evaluate those variables were developed based in proposals from the literature. Experimental details of these methodologies are analyzed and their results are compared to results from the literature. These procedures are evaluated, compared with data from the literature and new procedures are proposed to estimate those parameters and the contact resistance between the contact tip and the electrode. Results suggest values between 6 and 9 Ω for this last parameter.

Os aços galvanizados são cada vez mais utilizados pela indústria automobilística devido à sua excelente resistência à corrosão e boa trabalhabilidade. A soldagem a pontos por resistência de aços galvanizados apresenta o inconveniente de um maior desgaste dos eletrodos quando comparada com a soldagem de aços não revestidos. Este é causado pela reação do zinco com o cobre do eletrodo, formando uma liga Zn-Cu (latão) que diminui a vida útil do eletrodo. No presente trabalho, foram feitos testes de soldagem a ponto utilizando aços livres de intersticiais (IF), revestidos por imersão a quente com zinco puro (GI) e liga Zn-Fe (GA). Foram determinados os campos de soldabilidade dinâmicos e a vida útil dos eletrodos para juntas formadas pelas combinações GA/GA, GI/GI e GA/GI. O estudo do campo de soldabilidade dinâmica mostrou que os valores de corrente necessários para a obtenção de uma solda adequada aumentam mais rapidamente para a junta de materiais GI/GI e este efeito foi associado com a maior contaminação do eletrodo pelo Zn do revestimento. Por sua vez, a soldagem da junta GA/GI apresenta taxas de variação desta corrente um pouco maiores do que a da junta GA/GA, mas menores que a da junta GI/GI. Em geral, a junta GA/GI apresentou resultados nos testes de soldagem mais próximos dos da junta GA/GA em comparação com os testes com a junta GI/GI. Isto mostra a influência positiva, do revestimento GA, no aumento do número de pontos de solda, mesmo quando a junta é constituída de aços com dois tipos de revestimentos diferentes (GA e GI).

Steels coated with zinc and zinc-iron alloys are being increasingly used by the car industry due to their excellent corrosion resistance and good workability. Spot welding of coated steels has the disadvantage of increasing electrodes wear when compared to uncoated steels. Such wear is caused by the reaction of the zinc coating with the copper of the electrode forming an alloy Zn-Cu (brass). Spot welding tests were carried out in IF steels coated in an industrial hot-dip galvanizing line with pure zinc (GI) and a Zn-Fe alloy (GA). Three welding joints were evaluated: GA/GA, GI/GI and GA/GI. Dynamic weldability diagrams and electrode life were determined for each kind of joint. The results indicated that welding current increased more quickly with the number of welds for the GI/ GI joints. This result was associated with the fastest contamination of the electrode by zinc. For the GA/GI joints, welding current levels for adequate welding increased faster than for GA/GA joints but slower than for GI/GI joints. In general, the spot welding tests with GA/GI joints presented results closer to that of the GA/GA joints than to the spot welding tests with GI/GI joints. Such results showed the positive influence of the GA coating, even for joints including both coatings to improve the spot weldability of zinc coated steels.

Para aprovação de uma junta soldada é comum a realização de testes mecânicos para avaliar seu desempenho em comparação com o metal base ou outra junta soldada. Entre os diversos ensaios que podem ser usados, o ensaio Erichsen tem sido utilizado para avaliar juntas em chapas de pequena espessura. A utilização deste ensaio nesta aplicação específica não está ainda bem estabelecida e a interpretação dos resultados obtidos muitas vezes gera controvérsia. Neste contexto, o presente trabalho compara os resultados de três tipos de ensaio mecânico (tração, dobramento e Erichsen) na avaliação de cordões de solda depositados em chapas de aço inoxidável ferrítico de 1,5 mm de espessura. Na primeira etapa deste trabalho, usando soldas obtidas com o processo de soldagem GTAW, foram selecionadas as condições para a realização do ensaio Erichsen. Para isto, foram comparados os resultados deste ensaio em diferentes condições e a distribuição de deformações na região de ensaio foi avaliada quantitativamente com um programa de computador específico. Na segunda etapa, juntas soldadas pelo processo GMAW foram avaliadas pelos ensaios de tração, dobramento e Erichsen e seus resultados comparados. Mostrou-se que o ensaio Erichsen foi mais efetivo para detectar uma menor ductilidade em juntas soldadas em condições para as quais se esperava um pior comportamento mecânico.

Mechanical tests are frequently used to assess welded joint performance and to approve the joint for certain applications. Among others, Erichsen test has been used to evaluate low thickness joint ductility. However, for this kind of application, the use of Erichsen test is not well established. This paper aims to contribute to the understanding of this application by comparing results from Erichsen, tensile and bending tests of 1.5-mm thick ferritic stainless steel welded specimens. Joints that were welded by the GTAW process were used to optimize Erichsen test conditions. Strain distribution around these welds after testing was quantitatively evaluated by specialized software. Tensile, bending and Erichsen test results were compared in GMAW weld beads. It was shown that Erichsen test can detected more effectively ductility variations in the weld bead caused by changes in the welding variables.

Este trabalho objetivou o estudo do efeito de algumas condições operacionais nas características do cordão produzido por um arame tubular rutílico (ASME SFA-5.20: E71T-1/E71T-9/E71T-9M) de fabricação nacional com 1,2mm de diâmetro, destinado à soldagem de aços carbono comuns estruturais de baixo e médio teor de carbono. Realizaram-se testes de soldagem, na posição plana, sobre chapas grossas (espessura de 12mm) de aço carbono comum de baixo carbono utilizando-se uma fonte operando no modo "tensão constante" e com monitoração dos sinais de corrente e tensão do arco e velocidade de alimentação (fusão) do arame. Variaram-se a composição do gás de proteção (75%Ar-25%CO2 e 100%CO2), a polaridade do eletrodo (positiva e negativa) e a velocidade de alimentação do arame (7 e 9m/min). Os demais parâmetros de soldagem foram mantidos fixos, incluindo-se os comprimentos energizado do eletrodo (16mm) e do arco (3,5mm). Avaliaram-se os efeitos das condições operacionais nas principais características do cordão incluindo a sua geometria (penetração, reforço, largura, área fundida, área depositada e diluição), presença de descontinuidades, microestrutura e dureza. Levantaram-se, para o arame rutílico, as condições operacionais de maior produtividade (maior taxa de deposição) associadas a um cordão com características adequadas à soldagem de chapas grossas de aços estruturais.

This paper studies the effect of operational conditions on bead shape characteristics in FCA welding with a Brazilian made wire with rutilic flux (ASME SFA-5.20: E71T-1/E71T-9/E71T-9M) of 1.2mm diameter. Bead-on-plate downhand welding trials were performed on 12mm thick low carbon steel plates with a constant voltage power supply. A digital data logging system was used to measure the welding current and voltage, and wire feed rate. While the shielding gas composition (75%Ar-25%CO2 and 100%CO2), wire polarity and feed rate (7 and 9m/min) were varied during the trials, the electrode extension (16mm) and arc length (3.5mm) were not changed. Weld bead characteristics (penetration depth, width, and fused and deposited areas), the presence of discontinuities, bead microstructure and hardness were evaluated. Welding conditions of high productivity (high deposition rate) associated to adequate bead characteristics were determined for the wire.