Resumo em Português:

O objetivo deste trabalho foi avaliar a ocorrência de trincas a frio quando da soldagem de dutos em operação. Foram executados dois conjuntos de experimentos: o primeiro denominado de experimento "F", em que foi variada a folga entre a calha e o tubo, e utilizados metal de base e de adição de alto carbono equivalente; o segundo denominado de experimento "R", em que foi imposta alta restrição à junta soldada e, promovido o resfriamento rápido mediante fluxo de água no interior do tubo. Foram feitas as soldagens com os seguintes processos e materiais: processo eletrodo revestido (SMAW), tubo e calha em aço ASTM A 335 P5, metal de adição AWS E 8018-B8 (experimento "F"). Processos MIG/MAG pulsado (GMAW-P) e arame tubular auto-protegido (FCAW-S), tubo e calha em aço API 5L X70, metais de adição AWS ER 80S-G e AWS E 71T-11, respectivamente (experimento "R"). Para detectar as trincas a frio foram realizados exame visual e a inspeção com líquidos penetrantes. Adicionalmente as soldas foram avaliadas por macrografia e medição de dureza. Não foram detectadas trincas, apesar da utilização de metais de base e de adição com alto carbono equivalente e da junta com alta restrição, com o objetivo de aumentar as tensões. Admite-se que não houve fissuração devido ao uso de processos e/consumíveis com baixo teor de hidrogênio.

Resumo em Inglês:

The aim of this study was to evaluate the occurence of cold cracks associated with in-service welding of pipelines. Two sets of experiments were performed : the first of them was called experiment "F", where the gap between sleeve and pipe was varied and base and weld metal of high carbon equivalent were used, the second set of experiment was denominated "R", when higher restriction was imposed to the welded joint, which was simultaneously more rapid cooled by water flow within the pipe. The welds were made with the following procedures and materials: shielded metal arc welding (SMAW) of tube and pipeline steel ASTM A 335 P5, using AWS E 8018-B8 as weld metal (experiment F). Pulsed MIG / MAG (GMAW-P) and self-shielded cored wire (FCAW-S) welding of tube and pipeline steel API 5L X70, by using respectively AWS ER 80S-G and AWS E 71T-11 filler metals (experiment "R "). To detect cold cracks visual and penetrant liquid inspection were performed. Additionally the welds were evaluated by macrography and microhardness measurements. No cracks were detected, despite the use of basic and filler metals of high carbon equivalent and the higher restraint and therefore more stressed joint. It is assumed that the integrity of the welded joints was due to the use of processes and / consumables with low hydrogen content.

Resumo em Português:

Os plásticos apresentam boa processabilidade, oferecendo uma grande liberdade de design. Porém, a fabricação de peças cada vez maiores e mais complexas tem exigido a busca por melhorias e desenvolvimento dos atuais processos de união e soldagem de polímeros. Friction Spot Welding (FSpW) é uma técnica de soldagem pontual por fricção inicialmente desenvolvida para ligas de alumínio, possibilitando soldas com excelentes propriedades mecânicas. Nesse trabalho a soldagem de termoplásticos através da técnica FSpW foi analisada. Para tal, utilizaram-se placas de polimetacrilato de metila (PMMA), um termoplástico amorfo com crescente importância na indústria automotiva e aeronáutica por seu bom balanço de propriedades, como baixa densidade, boa processabilidade, soldabilidade e resistência química e ao envelhecimento. As amostras soldadas foram analisadas por microscopia ótica, medições de microdureza Vickers e ensaio de resistência ao cisalhamento. Os resultados mostraram que a resistência mecânica ao cisalhamento alcançada (cerca de 9,5 MPa) é igual ou maior que a resistência de juntas sobrepostas de PMMA obtidas por outras técnicas convencionais como soldagem por ultra-som, por microondas e thermal bonding. O presente trabalho comprovou, dessa forma, a potencialidade da técnica FSpW para soldar termoplásticos.

Resumo em Inglês:

The modern thermoplastics show a wide range of engineering applications, mainly due to its good processability and properties, such as stress-to-weight ratio and toughness. However, the manufacturing of larger products with complex geometries require advanced polymer welding techniques. Friction Spot Welding (FSpW) is a joining technique allowing the fabrication of joint with good mechanical properties. In this work, the feasibility of the FSpW of thermoplastics was investigated in polymethyl-methacrilate (PMMA), an amorphous thermoplastic with increasing importance in the airspace and automotive industry due to its good processability, weldability, aging and chemical resistance. The welded samples were analyzed by optical microscopy and Vickers microhardness measurements and mechanically tested. Lap-shear testing showed ultimate shear resistance values of about 9,5 MPa, which were similar or higher than values obtained through current PMMA welding techniques, such as microwave welding, ultrasonic welding and thermal bonding. Therefore, the present work was able to demonstrate the potential of FSpW as an alternative welding process for thermoplastics.

Resumo em Português:

Soldagem a ponto por fricção é um processo que ocorre no estado sólido com alta eficiência energética, baixo custo de produção além de ser um processo ambientalmente limpo. Estes processos por fricção são uma alternativa a processos convencionais tais como solda ponto por resistência, rebitamento e prensagem a frio. A ausência de uma fase de fusão nesses processos elimina defeitos como porosidades, bolhas, rebaixos, inclusões e microestruturas indesejáveis, que frequentemente aparecem na solda e zonas afetadas pelo calor em processos de soldagem por fusão. O processo de SPFMM consiste em uma ferramenta, que é uma combinação de um pino e um ombro que em rotação, penetra nas chapas formando uma junta sobreposta. O contato do pino com regiões adjacentes e do ombro com a superfície superior da junta geram calor de fricção. Este calor de fricção promove a plastificação do material da junta, que ao mesmo tempo é misturado pelo pino consolidando, assim, a formação da junta. O objetivo do presente trabalho é avaliar a influência da utilização de diferentes perfis de ferramenta e diferentes velocidades de rotação sobre a soldagem e o comportamento mecânico de ligas de alumínio soldadas pelo processo de SPFMM. A caracterização metalúrgica foi feita através de microscopia ótica, lupa e eletrônica de varredura. A caracterização mecânica das juntas foi feita através de ensaios de cisalhamento, perfis de microdureza e monitoramento de torque e força durante o processo de soldagem. Ainda foram realizadas análises do fluxo de material durante o processo. Foi possível observar uma tendência de aumentar a resistência mecânica da junta com a utilização de velocidades de rotação mais elevadas em ambos os materiais. A utilização de ferramentas com diferentes perfis apresentou diferenças representativas, porém com muita dependência da combinação de velocidade de rotação, pino e ombro utilizados.

Resumo em Inglês:

Friction Stir Spot Welding is a process that occurs in solid state with high energy efficiency, low manufacture costs and environmentally friendly. These friction processes are an alternative to conventional processes like resistance spot welding, riveting and clinching. The absent of a fusion zone on these processes avoid defects like porosity, bubbles, recess, inclusions and undesired microstructures, that appears very often on weld metal and heat affected zones of fusion weld processes. The Friction Stir Spot Welding process (SPFMM- FSSW) consists in a rotating tool (pin and shoulder combined) that penetrates the overlap joint stirring the material and consolidating the joint. The contact of adjacent region of the tool generates the friction heating and, this heating, promotes the plasticization of the material that, at the same time, is stirred by the tool pin leaving a stir zone and a keyhole after process is finished. The aim of the present work is to evaluate the influence of tool profile and rotational speed on the mechanical and metallurgical behavior of friction stir spot welded AA6181-T4 aluminum alloy. The metallurgical characterization was performed through optical microscopy, stereoscope and scanning electron microscopy. The mechanical testing was made trough shear test, microhardness profile and torque/forces monitoring during the process. It was possible to observe a tendency of increasing in mechanical strength of the joint with applying higher rotational speed values. The utilization of different tool profiles presented significant differences, but, with much reliance of the rotational speed, pin and shoulder combination.

Resumo em Português:

Aços inoxidáveis duplex (AID) são caracterizados por apresentar interessante boas propriedades mecânicas e resistência à corrosão, possuindo um vasto campo de aplicação na indústria química e petroquímica. Geralmente, os reparos dos equipamentos ou estruturas são realizados por soldagem, sendo importante a seleção de parâmetros. É de suma importância a obtenção do teor adequado de ferrita no metal de solda, sendo que a variação da energia de soldagem pode influenciar de forma direta no percentual de ferrita. Logo, o objetivo deste trabalho é avaliar a influência da variação da energia de soldagem na microestrutura e na microdureza do metal de solda do AID. Foram realizadas soldagens de revestimento com sobreposição de duas camadas sobre o aço estrutural ASTM A516 Gr.60, utilizando eletrodo revestido AWS E2209-17. Três níveis de energia (15, 20 e 24 kJ/cm) foram empregados, variando-se a corrente e a velocidade de soldagem. Foi verificado que para os níveis de energia empregados não houve diferença significativa no percentual de ferrita, porém o primeiro cordão depositado apresentou maior teor de austenita em relação aos demais cordões. De forma geral, foi verificado que o primeiro cordão depositado obteve níveis maiores de microdureza. Todas as condições apresentaram microdurezas abaixo do valor crítico.

Resumo em Inglês:

Duplex stainless steels (DSS) are characterized by the presentation of an interesting combination of good mechanical properties and corrosion resistance, having a wide application in chemical and petrochemical industry. Generally, the manufacture and repair of any industrial equipment involve welding operations, even though it is very important to evaluate the influence of welding parameters. It is very important to obtain appropriate ferrite content in the weld metal, so that the variation of heat input can influence on the ferrite content directly. Therefore, the aim this work is to evaluate the influence of the heat input on the microstructure and the microhardness of the weld metal of the DSS. The weld overlay were performed with deposition of two layers on the structural steel ASTM A516 Gr.60, using as filler metal the AWS E2209-17 coated electrode. Three energy levels (15, 20 and 24 kJ/ cm) were used, varying the welding current and speed. It was verified that for energy levels used didn't have significant difference on the ferrite content, but the first bead deposited had a higher austenite content in relation to other beads. All conditions got microhardness below the critical value.

Resumo em Português:

A técnica "Switch Back" consiste em oscilar a tocha durante a soldagem na direção do cordão e não transversalmente. Entretanto, pouco se conhece a respeito dos aspectos metalúrgicos do metal de solda depositado por essa técnica. Assim, neste trabalho é apresentado um estudo qualitativo do efeito do ângulo de ataque da tocha e do comprimento de reversão sobre a estrutura de solidificação do cordão. As soldagens foram realizadas com o processo MIG/MAG Pulsado sobre chapas de aço com baixo teor de carbono. Os resultados mostraram que os parâmetros analisados modificam a forma de como a solidificação do cordão se realiza. No geral, quando o ângulo da tocha exerce o movimento empurrando-puxando, favorece-se a formação de grãos equiaxiais próximo à linha de fusão. Quanto ao comprimento de reversão, o seu aumento propicia o refino destes grãos.

Resumo em Inglês:

The welding technique denominated switch-back technique consists in a torch oscillation in the welding direction rather than transversally. However, there is not much information in literature about the solidification structure of the bead when this technique is applied. Therefore, in this work is presented a study on the effect of the torch leading angle and of the reversion course length over the bead solidification structure. Welds were carried out with Pulsed MIG/MAG Process on plain carbon steel plates. The results showed that the parameters under analysis modify the solidification mode of the bead. In general, when the angle of torch leads to pushing-pulling movement, equiaxial grains near the fusion line is favored. In relation to the course length, its increase leads to finer solidification structure.

Resumo em Português:

No Brasil, a soldagem de tubulações tem sido praticamente de forma manual, entretanto, a utilização de processos de soldagem automatizados têm crescido muito nos últimos anos, contribuindo para o maior controle dos parâmetros de soldagem, e conseqüentemente, a possibilidade de obtenção de juntas soldadas com melhores propriedades mecânicas. A soldagem de tubulações com aço API 5L X80 ainda vem sendo avaliada no Brasil no que diz respeito aos melhores procedimentos, parâmetros e processos de soldagem; a aplicação de processos automatizados nas condições específicas de campo constitui em uma opção ainda incipiente no país por se discutir ainda a relação custo/benefício com a sua implantação. Logo, o objetivo deste trabalho é avaliar o comportamento na ZTA de juntas soldadas do aço API 5L X80 utilizados para transporte de petróleo e gás quando submetidos à soldagem com diferentes parâmetros, procedimentos e processos de soldagem, incluindo o processo automatizado; os resultados indicam além da redução da extensão e do tamanho de grão da ZTA a preservação da estrutura bainítica do metal de base nesta região nas soldagem executadas com processos automatizados.

Resumo em Inglês:

The welding of pipes has been largely manual in Brazil, however, the use of automated welding processes have greatly increased in recent years, contributing to greater control of welding parameters, and consequently, the possibility of obtaining welded joints with better mechanical properties. The welding of pipes of API 5L X80 steel has been evaluated in Brazil considering to best practices, parameters and welding processes; the implementation of automated processes in the specific field conditions is relevant project and innovative design in this area. Therefore, the objective is to evaluate the behavior in the HAZ of the API 5L X80 steel used for transporting oil and gas when subjected to automated welding processes; the results indicated besides the reduction of HAZ extent grain size the preservation of bainitic structure in this region for robotic welding process.

Resumo em Português:

Industrialmente, o processo de soldagem a arco é o mais importante na produção e reparo de equipamentos, e sendo um processo especial de fabricação, que não pode ser completamente inspecionado contra imperfeições somente após sua finalização, o monitoramento da produção se faz necessário. Este monitoramento é tecnologicamente requerido pelas normas ISO 3834:2005 e ISO 17662:2005, que dizem que o fabricante deve adotar medidas para garantir a qualidade necessária, além de especificarem os dados que devem ser monitorados e a correta calibração dos sistemas e equipamentos de medida. Este, portanto, pode ser usado para garantir documentação do processo e tomadas de ações corretivas. Existem sistemas que realizam o monitoramento satisfatoriamente, mas o uso de comunicação por cabos e/ou com computador dedicado dificultam suas aplicações industriais. Então, um sistema embarcado, independente, que monitore diferentes sinais do processo de soldagem e que se comunique de forma robusta e flexível a diferentes equipamentos é fundamental para a indústria. Este sistema deve ser de utilização simplificada e apresentar o estado da arte em tecnologia de comunicação. Devido a essa necessidade, foi então projetado e construído um sistema para monitoramento sem fio de sinais em soldagem a arco elétrico, denominado de MoSo Wi-Fi. Três canais de aquisição estão disponíveis (tensão, corrente e velocidade de alimentação de arame), sendo validados pela instrumentação de soldagens TIG CA e MIG/MAG (curto-circuito, goticular e pulsado), demonstrando grande aplicabilidade e robustez a um baixo custo de hardware.

Resumo em Inglês:

Industrially, arc welding process is the most important in equipment production and repair, and being a special manufacturing process, which cannot be completely inspected for flaws only after its completion, production monitoring is necessary. This monitoring is technologically required by ISO 3834:2005 and ISO 17662:2005, which say that the manufacturer must take measures to guarantee necessary quality, and also specify data to be monitored and equipment and measurement systems correct calibration. It, therefore, can be used to ensure process documentation and corrective actions taken. There are monitoring systems that perform satisfactorily, but the use of cable communication and/or dedicated computer restrict their industrial applications. Then, an independent embedded system, capable of monitoring different welding process signals and that communicates in a robust and flexible way to different devices is crucial for the industry. It must be a user-friendly system and use the state-of-the-art in communication technology. Because of this need, a system for wireless arc welding signals monitoring, called Moso WiFi, was then designed and built. Three acquisition channels are available (voltage, current and wire feed speed), and validated by instrumentation in TIG and MIG/MAG welding (short circuit, spray and pulsed), demonstrating wide applicability and robustness at a hardware low cost.

Resumo em Português:

Revestimentos soldados são amplamente usados para proteger componentes mecânicos entretanto a maioria das técnicas de soldagem disponíveis restringe a variedade de ligas de alta resistência que podem ser depositadas. O processo de plasma por arco transferido permite ultrapassar esta limitação ao utilizar material de adição na forma de pó, oferecendo a possibilidade de se customizar a composição dos revestimentos e em consequências as suas propriedades. A elevada resistência mecânica e inercia química das ligas de aluminetos tornam estas ligas atrativas para a proteção de componentes diversos. Entretanto a grande interação com o substrato que ocorre quando do processamento exige que para a otimização das propriedades e soldabilidade seja realizada uma a análise de cada sistema liga e substrato. Neste trabalho foram processados e caracterizados revestimentos utilizando uma liga fundida e triturada de Nb40wt%Al e analisado o efeito do Fe e do C nas características dos revestimentos. O trabalho confirmou que é possível processar revestimentos íntegros de Nb40wt%Al por PTA e que ocorre uma forte interação com o substrato, que vai determinar a microestrutura final e as propriedades do revestimento. Destaca-se que na customização de revestimentos de Nb-Al a diluição tem de ser considerada logo nos estágios iniciais do projeto do revestimento.

Resumo em Inglês:

Hardfacing is widely applied to components yet the majority of the welding techniques available restrain the variety of hard alloys that can be deposited. Plasma Transferred Arc hardfacing offsets this drawback by using powdered feedstock offering the ability to tailor the chemical composition of the coating and as a consequence its properties. The high strength and chemical inertia of aluminide alloys makes them very suitable to protect components. However, the strong interaction with the substrate during hardfacing requires analysis of each alloy system to optimize its properties and weldability. This work analyzed coatings processed with a cast and ground Nb40wt%Al alloy and the effect of Fe and C on the coatings features. It confirmed that sound Nb aluminide coatings can be processed by plasma Transferred arc hardfacing and will have a strong interaction with the substrate, which determines the final microstructure and properties of coatings. Final remarks point out that during Nb-Al coating tailoring the interaction with the substrate has to be considered at the early stages of design process.

Resumo em Português:

O objetivo do presente trabalho é propor um modelo global para descrever o fluxo de calor em soldagem a arco, visando o entendimento dos fenômenos relacionados com o fluxo de calor. A tentativa é suprir uma lacuna do conhecimento gerado entre a aplicação de modelos analíticos simplificados (não totalmente realistas) e de modelos numéricos (que mascaram a visão física dos fenômenos). Inicia-se propondo uma descrição mais física para a razão da queda de tensão num arco, baseada na geração e perda de calor para se manter o equilíbrio da desionização e reionização, em contraste com a abordagem em que o arco é comparável a um resistor elétrico. Em seguida, se propõe um modelo descritivo da subsistência térmica de um arco, para qualificar as formas de transferência de calor do arco para a chapa. Um segundo modelo descritivo é então proposto para explicar como o calor entra, difunde e sai da chapa durante a soldagem. Finalmente, é discutido como a aplicação destes dois modelos de forma global permite entender que nem todo o fluxo de calor do arco para a chapa vai afetar a velocidade de resfriamento nas regiões do material aquecidas. Culmina-se com a proposta do emprego do termo Calor Imposto Efetivo como meio de evidenciar o parâmetro de calor de importância a ser determinado em soldagem.

Resumo em Inglês:

The objective of the present paper is to propose a global model for describing heat flow in arc welding, aiming the understanding of the phenomena involved. The attempt is to fill out a gap of knowledge which has been generated between the application of simplified analytical models (not totally realistic) and numerical models (that disguises the physics of the phenomena). Initially, a physic-oriented description of the reasons for welding arc voltage drop is presented. This description is based on the heat generation and its losses to maintain the balance between deionization and reionization, in contrast to the approach that the arc is comparable to an electrical resistor. Following, a descriptive model of the thermal subsistence of the arc is proposed to describe the heat transference from the arc to the plate. Then, a second descriptive model is proposed to explain how the heat enters, diffuses and leaves the workpiece during welding. Sequentially, it is discussed how the application of these two models in a global way allows to understand that not all the heat flow from the arc to the plate will affect the cooling rate of the heated parts. A proposal for applying the term Effective Heat Input to mean the heat parameter which is important to be determined in welding is put forward.

Resumo em Português:

A forma do material de adição confere ao processo PTA-P alguns de seus principais diferenciais de desempenho em relação ao processo com adição de arame. No campo metalúrgico, há maior flexibilidade de manipulação da composição química do depósito pela mistura de pós; o material particulado também favorece maior refino da microestrutura. Em termos de processo, o pó favorece maior controlabilidade da poça metálica e geometria do cordão. Por outro lado, o pó também é a origem de grandes desafios tecnológicos, principalmente em aplicações não convencionais, como na posição sobrecabeça. Assim, o estudo sobre o comportamento do pó em sua trajetória até a poça de fusão foi realizado, como base de conhecimento para inovações do sistema. São descritas as propriedades e processos de fabricação do material de adição e suas implicações sobre o processo. Também neste segundo artigo da série é apresentado um panorama dos parâmetros utilizados em trabalhos industriais e de P&D relatados na literatura, sob diferentes condições e aplicações, incluindo regulagens elétricas e os parâmetros geométricos da tocha e alimentação de material. Com influência fundamental no resultado da solda, também os gases do processo são abordados.

Resumo em Inglês:

The form of the filler material yields to the PTA-P Process some of its performance distinctions in relation to wire feed. In the metallurgical field, there is manipulation flexibility over the material, and therefore the deposit's chemical composition by means of powder mixture; in addition, greater grain refining is favored by the particulate material. In terms of process, one can mention better molten pool controllability and bead finishing from powder. On the other hand, particulate material consists also in the origin of technological challenges, mainly in non conventional applications, like overhead position welding. Hence, studies on the powder behavior in its way until the welding puddle was necessary as knowledge basis for process innovations. Also this second article of the series presents a panorama of the parameters used in R&D and industrial PTA-P works found in the literature, under different conditions and for different applications. This list comprises electrical adjustments geometric parameters of the torch and material feeding. Having a fundamental influence over the weld results, the process gases are approached as well.