Resumo em Português:

O presente trabalho apresenta os resultados da caracterização e avaliação da resistência à corrosão de uma junta soldada correspondente a uma tubulação de aço inoxidável duplex (AID) UNS S31803 de 35 mm de espessura de parede soldada pelos processos de soldagem TIG (GTAW) na raiz e arco submerso (SAW) no enchimento e acabamento. Foram empregados como consumíveis de soldagem metais de adição de liga 25Cr-9Ni-4Mo (% em peso). Os resultados da caracterização das propriedades mecânicas, composição química e resistência à corrosão em diversas regiões da junta soldada foram comparados com os obtidos para o metal de base da tubulação, assim como com os valores mínimos exigidos pelas normas de projeto. Os resultados obtidos demonstram claramente a possibilidade da implementação do processo SAW na pré fabricação de tubulações de paredes espessas de AID, tendo em vista os resultados das propriedades analisadas e a grande demanda na construção e montagem de tubulações desta família de aço inoxidáveis na indústria offshore.

Resumo em Inglês:

This work presents the mechanical properties, microstructural and corrosion resistance evaluation of a welded joint of duplex stainless steel (DSS) pipe with 35 mm wall thickness. The joint was welded by gas tungsten arc welding (GTAW) process in the root passes and submerged arc welding (SAW) in the filling and cap passes using filler metals with composition 25Cr-9Ni-4Mo (%wt.). The results of mechanical properties, chemical composition and corrosion resistance characterization in different regions of the welded joint were compared to the base metal and to the specifications required by the standards applied in the project. The main focus of this work was to show the successful utilization of SAW process in the welding of thick wall pipes of DSS. The application of high productivity process such as SAW has a crescent demand in offshore industry.

Resumo em Português:

O objetivo do trabalho foi avaliar as características da zona termicamente afetada (ZTA) e a microestrutura e propriedades mecânicas de metais de solda de juntas soldadas do aço API 5L X80, obtidos para quatro diferentes procedimentos de soldagem utilizando processos manuais e automatizados. Para isto, chapas do referido aço foram soldadas por processo manual ao Arco Elétrico com Eletrodo Revestido (SMAW), utilizando 473 e 673 K como temperaturas de interpasses e o eletrodo celulósico AWS E8010-G como consumível; por processo ao Arco Elétrico com Arame Tubular (FCAW) robotizado, utilizando o arame AWS E71T- 1C como metal de adição e argônio com 25%CO2 como gás de proteção; por processo a Arco Elétrico com Eletrodo de Tungstênio (GTAW) mecanizado na raiz da solda, usando o arame ER70S-3 e argônio como gás de proteção. As análises microestruturais foram relacionadas com os resultados de ensaios de impacto Charpy nos metais de solda e com os perfis de microdureza Vickers ao longo da junta soldada. Os resultados indicaram maiores percentuais de Ferrita Acicular e maiores valores de resistência ao impacto nos metais de solda e uma menor extensão e granulometria da ZTA, associado ao procedimento de soldagem utilizando processo automatizado com maior velocidade de soldagem.

Resumo em Inglês:

The objective of this work was to evaluate the heat affected zone characteristics and weld metals microstructure and mechanical properties of API 5L X80 steel welded joints, obtained for four different welding procedures using manual and automated processes. For this, plates of this steel were welded by manual Shielded Metal Arc Welding (SMAW) process with interpasses temperatures of 473 e 673 K, and using AWS E8010-G electrode as filler metals; robotized Flux Cored Arc Welding (FCAW) process, using AWS E71T-1C wire and Ar25%CO2 as consumable and mechanized Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) process, for the root pass using AWS ER70S-3 and Ar as consumable .The microstructural analysis was related with the weld metals Charpy impact test results and with the welded joint Vickers microhardness profiles. The results indicated that weld metals obtained by automatized welding process presented a shorter and more refined heat affected zone and a weld metal with greatest Acicular Ferrite percentiles which promoted the best results of the impact test.

Resumo em Português:

O processo TIG, em configurações tradicionais, apresenta problemas quando utilizado de maneira autógena com elevadas corrente e velocidade de soldagem. Nessa condição, normalmente ocorrem defeitos no cordão, principalmente descontinuidades denominadas humping. Em estudo realizado no LABSOLDA, foram obtidas soldas de excelente qualidade com o processo TIG atingindo velocidades de 1,5 m/min. Este procedimento, utilizando na proteção misturas argônio-hidrogênio, possibilitou velocidade semelhante ao processo MIG/MAG convencional, com a vantagem de ser realizada sem material de adição. O presente trabalho tem o objetivo de fornecer subsídios para uma nova análise da formação dos defeitos na soldagem TIG de elevada produtividade, já que a teoria baseada na pressão do arco não contempla totalmente o que tem sido observado na prática. Foram realizados ensaios com diferentes correntes utilizando argônio, hélio e misturas argônio-hidrogênio no gás de proteção. Os resultados mostram que para a mesma corrente média, à medida que o teor de H2 foi aumentado, ocorreram também gradativos aumentos da área fundida e eficiência de fusão. Foi possível mostrar indícios de que o mecanismo de formação de defeitos não depende somente da pressão do arco, mas sim do balanço entre pressão do arco e quantidade de metal fundido, que é dependente da eficiência de fusão proporcionada pelo gás utilizado.

Resumo em Inglês:

Under usual configurations, the TIG process presents problems when used autogenously with high current and welding speed. In this condition defects in the weld bead usually occur, especially discontinuities called humping. In a study conducted at LABSOLDA, welds with excellent quality were obtained using the TIG process reaching speeds of 1.5 m/min. Under argon-hydrogen shielding gas mixtures welding speed similar to the conventional MIG/MAG process was allowed, with the advantage of being performed without filler material. The objective of this paper is to provide support for a new analysis of the defects formation in high productivity TIG welding, since the theory based on the arc pressure does not fully contemplate what has been being observed in practice. In this work, tests were performed with different current levels using argon, helium and argon-hydrogen mixtures as shielding gas. The results show that, for the same average current, as the H2 content was increased, there were also gradual increases of melted area and melting efficiency. It was possible to show evidences that the mechanism of defects formation depends not only on the arc pressure, but on the balance between arc pressure and the quantity of molten metal, which depend on the melting efficiency provided by the used gas.

Resumo em Espanhol:

Garantizar la calidad en soldadura no es una tarea trivial. Para ello diversas inspecciones de control de calidad son realizadas, en detrimento, los costos y tiempos de producción se elevan. Existen diversos sistemas automatizados de soldadura, éstos son auxiliados por sistemas de control basados en el monitoreo de parámetros de soldadura. Sin embargo son reducidos los sistemas automatizados de monitoreo de calidad que en su mayoría son diseñados para el proceso TIG. Durante la soldadura, el arco eléctrico produce emisiones acústicas y electromagnéticas que se manifiestan como sonido y luminosidad. El objetivo del presente trabajo es mostrar que estas emisiones del arco pueden ser utilizados para el monitoreo de la calidad de la soldadura para el proceso MAG-S. Se realizaron múltiples experimentos de soldadura en posición plana donde se indujeron perturbaciones consistentes presencia de grasa y ausencia de gas de protección. En cada experimento se adquirió simultáneamente señales de tensión y corriente así como señales de emisiones del arco eléctrico. A partir de las emisiones acústicas y electromagnéticas en la banda de ultravioleta, se midió la frecuencia de cortocircuitos. A partir de la emisión electromagnética en la banda infrarroja se midió la estabilidad del proceso de soldadura. Los resultados muestran que las emisiones del arco pueden ser utilizadas para el monitoreo y detección de perturbaciones en soldadura y con el entendimiento de las variaciones de cada emisión podría identificarse determinados tipos de perturbaciones.

Resumo em Inglês:

Ensuring quality in welding is not a trivial task. For this purpose several quality control checks are performed, at the expense, costs and production times are increased. There are several automated welding systems and they are assisted by control systems based on monitoring of welding parameters. However, automated quality monitoring systems are limited and they are mostly designed for the TIG welding processes. During welding, the arc produces acoustic and electromagnetic emissions that occur as sound and light. The aim of this paper is to show that the emissions of the welding arc can be used to monitoring the quality of welding in MAG-S process. Multiple welding experiments were performed in flat position; in each experiment were induced perturbations by grease on plate and shielding gas absence. Current and voltage signals and arc emission signals were acquired simultaneously. The short circuit frequency was measured from acoustic and electromagnetic emission in the ultraviolet band. The welding stability was measured from infrared emission. The results show that the emissions of welding arc can be used for monitoring and detecting of disturbances in welding and with the understanding of the variations of each disturbance could be possible to identify certain types of disturbances.

Resumo em Português:

Este trabalho objetivou o estudo comparativo das características do cordão produzido por arames tubulares nacionais dos tipos rutílico (ASME SFA-5.20: E71T-1/E71T-9/E71T-9M), básico (ASME SFA-5.20: E71T-5/E71T-5M) e "metal cored" (ASME SFA-5.18: E70C-3M) com 1,2 mm, destinados à soldagem de aços estruturais de baixo e médio teor de carbono. Realizaram-se testes de soldagem com o eletrodo na polaridade negativa (CC-), na posição plana, sobre chapas grossas (espessura de 12 mm) 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, na soldagem com cada tipo de arame tubular, a composição do gás de proteção (75%Ar-25%CO2 e 100%CO2) e a velocidade de alimentação do arame (7 e 9 m/min). Os demais parâmetros foram mantidos fixos, incluindo-se, além da polaridade negativa do eletrodo, os comprimentos energizado do eletrodo (16 mm) e do arco (3,5 mm). Para os diferentes arames tubulares, avaliaram-se comparativamente as 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 as condições operacionais associadas a um cordão com características adequadas à soldagem de chapas grossas de aços estruturais com a polaridade do eletrodo negativa.

Resumo em Inglês:

This paper compares the bead characteristics of welds deposited of carbon steel tubular wires. Three tubular wires of 1.2mm produced in Brazil were used: rutilic (ASME SFA-5.20: E71T-1/E71T-9/E71T-9M), basic (ASME SFA-5.20: E71T-5/E71T-5M) and metal cored (ASME SFA-5.18: E70C-3M). Welding trials were performed in downhand position on thick (12 mm) low-carbon steel plates using a constant voltage power supply in negative wire polarity (CC-). Welding current and voltage, and wire feed rate were monitored in all trials. For each tubular wire type, the shielding gas composition (75%Ar-25%CO2 and 100%CO2) and wire feed rate (7 and 9 m/min) were changed, and other process variables, including electrode and arc lengths (16 mm and 3.5 mm, respectively) were kept constant throughout the experimental program. Weld bead geometry parameters (penetration depth, reinforcement, width, fused and deposited areas, and weld dilution), presence of weld discontinuities, fusion zone microstructure and hardness were measured and compared for the different tubular wires. Operational conditions that yielded weld bead characteristics favored for the welding of thick plates of structural steels on negative wire polarity were determined.

Resumo em Português:

Os aços resistentes à abrasão da classe de 450 HB de dureza combinam a adição de carbono e de elementos de liga, visando à obtenção de uma microestrutura completamente martensítica e com elevada dureza ao longo de toda espessura da chapa. Porém, em virtude desta combinação, geralmente expressa pelo carbono equivalente, estes aços apresentam difícil soldabilidade. O objetivo deste trabalho foi avaliar a soldabilidade de dois aços resistentes à abrasão da classe de 450 HB de dureza, aos quais se distinguem o carbono equivalente e a espessura. Realizou-se ensaio Tekken para avaliação da susceptibilidade ao trincamento a frio induzido por hidrogênio e para determinação da temperatura de préaquecimento para soldagem. Além disso, foram confeccionadas juntas soldadas utilizando-se o processo MIG/MAG automático com diferentes aportes térmicos. As juntas soldadas foram caracterizadas mediante análise metalográfica e ensaios mecânicos. Verificou-se que nenhum dos aços necessitou de préaquecimento. Observou-se que a junta soldada do aço de menor carbono equivalente apresentou melhores resultados de dobramento, principalmente, quando utilizada a maior energia de soldagem. Este aço também apresentou os maiores valores de energia absorvida por impacto Charpy-V.

Resumo em Inglês:

Abrasion-resistant steels of 450 HB hardness combine carbon and alloying elements addition aiming a completely martensitic microstructure and high hardness by all thickness of the plate. But due this combination, generally represented by carbon equivalent, these steels present a difficult weldability. The aim of this work was evaluate the weldability of two abrasion-resistant steels of 450 HB hardness, both with different carbon equivalent and thickness. It was conducted Tekken test to evaluate the susceptibility to cold cracking induced by hydrogen and to determinate preheating temperature for welding. Besides that, welded joints using automatic MIG/MAG welding process with different heat inputs were manufactured. The welded joints were characterized by metallographic analyses and by mechanical tests. It was verified that both steels do not need preheating temperature. It was noted that the welded joints from steel with smaller carbon equivalent presented better results in the bending test, principally when used the higher heat input. This steel still presented bigger absorbed energy from the CharpyV impact test.

Resumo em Português:

O objetivo deste trabalho foi determinar o comportamento do rendimento bruto de fusão em soldagem a arco frente a diferentes tipos de material de base (aço ao carbono, aço inoxidável e alumínio). Como extensão, objetivou-se também estimar de forma indireta o rendimento térmico do processo em questão usando-se estimação de isotermas por método analítico. Para isto, foram feitas soldagens sobre placas de teste utilizando-se o processo TIG nos três materiais em dois níveis de corrente de soldagem. Foi verificado que o rendimento bruto de fusão é muito baixo (menor que 10%), mas tende a aumentar com a elevação do nível de corrente de soldagem (efeito da dimensão da peça). O alumínio apresentou o menor rendimento de fusão, tendo o aço inoxidável apresentado o melhor aproveitamento do calor imposto. Em relação ao rendimento térmico, a metodologia proposta não se mostrou adequada.

Resumo em Inglês:

The aim of this work was to determine the behavior of the gross melting efficiency in arc welding towards different types of materials (carbon steel, stainless steel and aluminum alloy). An extra objective was to indirectly estimate the thermal efficiency of the process using the estimation of isotherms by analytic methods. For that, welds were carried out over three materials at two welding current levels using the GTAW process. It was verified that the melting efficiency is very low (lower than 10%), yet it rises by increasing the current level (effect of material size). The aluminum alloy presented the lowest melting efficiency in contrast to the highest heat yield of the stainless steel. With respect to the thermal efficiency, the proposed methodology was not adequate.

Resumo em Português:

O objetivo deste trabalho foi avaliar uma nova categoria de suporte de solda para a soldagem unilateral do aço carbono, usando tecidos de fibra de vidro e fibra cerâmica. Trata-se de uma proposta de inovação tecnológica, uma evolução do suporte cerâmico convencional. A soldagem unilateral com este tipo de suporte de solda foi executada em chapas de aço carbono com arame tubular (FCAW) e MIG-MAG (GMAW). A eficiência da fibra de vidro e da fibra cerâmica em suportar o metal de solda líquido foi verificada durante a soldagem do passe de raiz. Várias espessuras e combinações de tecidos de fibra de vidro e fibra cerâmica foram testadas, bem como foram identificados pontos de trabalho. As seguintes variáveis do processo foram estudadas: a abertura de raiz, a corrente e a velocidade de soldagem. Os resultados mostram que os materiais à base de fibra de vidro e fibra cerâmica são eficientes para suportar a poça de solda líquida. O modo de fixação do suporte de solda na junta soldada também mostrou ser efetivo. Foi possível estimar uma faixa de operação do processo, com abertura de raiz de 2,0 a 4,0 mm, a energia de soldagem menor que 1,8 kJ/mm, a técnica de soldagem ligeiramente puxando e com pequena oscilação da tocha, espessura do suporte de solda de tecido de fibra de vidro maior que 1,6 mm. Macrogafias da juntas soldadas mostraram que houve penetração nas laterais do chanfro, reforço de solda adequado na raiz e não foram notados defeitos.

Resumo em Inglês:

The objective of this work was to evaluate a new chategory of weld support for the one-sided welding of carbon steel, using fiber glass and ceramic fiber tissues. This is a proposal of techonological innovation proposed, an evolution of the conventional ceramic support. The one-sided welding with this type of weld support was made in carbon steel with FCAW and GMAW. The efficiency of fiber glass and ceramic fiber was verified during the root weld bead. Several thicknesses and combinations of glass and ceramic fibers were tested. Working points were identified. The following variables were studied: root gap, welding current and travel speed. The results show that materials based on fiber glass are effective to support the liquid weld pool. The way the weld support was fixed in the welded joint also shown to be effective. It was possible to estimate a working range of the process, with root gap of 2,0 to 4,0 mm, heat input lower than 1,8 kJ/mm, pull welding technique with some oscilattion of the torch, thickness of the weld support higher than 1,6 mm. Macrographs of the welding joints show that there was penetration on the groove sides, adequate reinforcement in the root and no defects were observed.

Resumo em Português:

A rebitagem por fricção (do Inglês "Friction Riveting") é uma nova técnica de união pontual desenvolvida para a fabricação de estruturas híbridas do tipo polímero-metal. Nesta técnica, um rebite metálico cilíndrico é usado para unir um ou mais componentes termoplásticos. O processo de união ocorre através da plastificação e forjamento da extremidade do rebite via calor friccional, oriundo da rotação e pressão axial do rebite em contato com os componentes a serem unidos. Vantagens dessa nova técnica de união são, entre outras, ciclos de união curtos associados com a ausência ou diminuição do tempo de preparação das superfícies dos componentes, ausência de emissões tóxicas, e simplicidade operacional. Juntas rebitadas por fricção apresentam elevada resistência mecânica. Nesse artigo a viabilidade da técnica foi demonstrada através de um estudo de caso em juntas de polieterimida com rebites de alumínio 2024-T351. Juntas com elevada resistência mecânica (com valores médios de até 93% da resistência à tração do rebite) foram produzidas e caracterizadas em termos de microestrutura (microscopia ótica, de varredura e por microtomografia computadorizada).

Resumo em Inglês:

The Friction Riveting (FricRiveting) technique is a new alternative spot joining process developed for polymer-metal hybrid structures. In the technique, a cylindrical metallic rivet is used to join one or more thermoplastic-metal components by means of plasticizing and deforming the tip of the rotating rivet through frictional heating. Advantages of this new technique are short joining cycles, minimal sample preparation, absence of environmental emissions and simple operability. Friction riveted joints have enhanced mechanical performance. This study demonstrates the feasibility of FricRiveting by analyzing a case-study joint on polyetherimide / aluminum alloys. Sound joints on polyetherimide/aluminum 2024-T351 with elevated mechanical strength (up to 93% of the rivet strength) were successfully produced and characterized in terms of microstructure (light optical and scanning microscopy and computer microtomography).

Resumo em Português:

Este artigo tem como objetivo complementar a primeira parte do estudo já publicado (Parte I), ilustrando a viabilidade da técnica FricRiveting, através da análise da temperatura processual (via termometria e termografia) e desempenho mecânico (via ensaios de tração, cisalhamento e microdureza) de juntas produzidas a partir de polieterimida (PEI) com rebites de alumínio 2024-T351. Os resultados deste estudo mostram que a máxima temperatura de processo é próxima da temperatura de fusão do rebite de alumínio e temperatura de transformações térmicas do PEI (300ºC a 500ºC); altas temperaturas de processamento e altas taxas de deformação, implicam em excelente performance de ancoramento do rebite; e consequentemente, ótimas propriedades mecânica das juntas. Essas evidências, reforçam o grande potencial de aplicação do FricRiveting como nova técnica de união e fabricação de juntas de termoplásticos avançados e ligas leves.

Resumo em Inglês:

This present manuscript complements the work presented in the firs part of the study (Part I) tackling the feasibility of the Friction Riveting (FricRiveting). This paper reports on the thermal history (the process temperature evaluated by thermometry and infrared thermography) and mechanical performance (tensile strength, lap shear strength and microhardness) of polyetherimide (PEI) / aluminium 2024-T351 joints. The results showed average process temperatures within 300ºC to 500ºC. These are values close to the melting temperature of the aluminium rivet and the thermal degradation range of PEI. The high temperatures and shear rate induce the formation of the deformed tip of the rivet (anchoring zone) responsible for the high anchoring efficiency of the rivet, and consequently, excellent mechanical properties of joints. The FricRiveting was demonstrated to be well adequate to hybrid engineering thermoplastic and lightweight alloy joints.