Resumo em Português:

Resumo Neste trabalho é caracterizada uma junta dissimilar entre aço carbono e inconel 625 obtida pela soldagem por explosão. A caracterização metalográfica foi feita com uso de diferentes ataques químicos e observação microestrutural do metal de base (MB), a interface e o revestimento de inconel 625 por meio de microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersa (EDS). Ensaios de microdureza foram realizados em todas as regiões. Os resultados mostram forte deformação dos grãos na proximidade da interface, tanto do lado do MB quanto do lado do inconel, tendo sido verificado significativo aumento da dureza. Na interface, ocorre o aparecimento de zonas localmente fundidas devido à dissipação de energia no impacto durante a explosão. Estas zonas apresentam microestrutura provavelmente martensítica. O trabalho conclui que o processo atinge os níveis de qualidade e produtividade característicos do segmento offshore.

Resumo em Inglês:

Abstract In this work is characterized a dissimilar joint between carbon steel and inconel 625 obtained by explosion welding. Metallographic characterization was made with the use of various chemical attacks and microstructural observation of the base metal, the interface and the coating of inconel 625 by means of optical microscopy, scanning electron microscopy and spectroscopy scattered energy. Microhardness tests were performed on all regions. The results show strong deformation of grains in the vicinity of the interface, on both the base metal and the side of inconel, where have been observed a significant hardness increase. At the interface, occurs the appearance of local fused zones due to dissipation of energy on impact during explosion. These areas show probable martensitic microstructure. The study concludes that the process reach the levels of quality and productivity characteristics of the offshore segment.

Resumo em Português:

Resumo A medição da geometria da junta é tarefa fundamental para a automação da soldagem. Dentre os sensores utilizados para tal finalidade, os Sensores de Triangulação Laser para soldagem (STL) estão entre as tecnologias que melhor caracterizam a geometria da junta durante a soldagem. A medição da abertura de raiz (gap) é especialmente importante para o sucesso na deposição automatizada do passe de raiz, com benefícios de produtividade e qualidade em diferentes aplicações, como a construção de dutos para o setor de Petróleo e Gás. A medição desta característica é sensível aos ruídos gerados pela soldagem e à reflexividade da superfície da junta. Os algoritmos de processamento de imagem para medição do gap apresentados na literatura não têm as características desejadas de erro de medição e flexibilidade para medição em chanfros de diferentes dimensões. Este artigo apresenta um novo algoritmo para a medição do gap em juntas de chanfro “V” empregando a técnica de ajuste linear. O algoritmo de medição desenvolvido foi avaliado a partir dos erros de medição do gap encontrados em imagens capturadas antes e durante o procedimento de soldagem de raiz de um corpo de prova padrão. As mesmas imagens foram processadas com os algoritmos de correlação de padrões e algoritmo de derivadas, ambos apresentados por trabalhos acadêmicos. O algoritmo proposto apresentou os melhores resultados de erro de medição, robustez e flexibilidade.

Resumo em Inglês:

Abstract Joint geometry measurement is a key task for welding automation. Among the sensors used for this purpose, the Laser Triangulation Sensors for welding (LTS) are the ones that best characterize the joint geometry. Root gap measurement is especially important for success in the automated root pass deposition, with production and quality benefits in different applications, such as pipeline construction for the Oil & Gas industry. The measurement of this feature is sensitive to noises generated by welding and joint surface reflexivity. The image processing algorithms for gap measurement available in literature do not have the desired characteristics of measurement error and flexibility for dimensional variability of welding joints. This paper presents a new algorithm for root gap measurement of “V” type joints using a linear adjustment technique. This developed algorithm was evaluated from measurement errors found in images captured before and during orbital welding procedure of a standard test piece. The same images were processed with pattern correlation algorithm and derivative algorithm, both presented in academic papers. The proposed algorithm presented the best results of measurement error, robustness and flexibility.

Resumo em Português:

Resumo A soldagem por fricção tem tomado um rumo muito interessante. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o efeito do preaquecimento na soldagem por fricção convencional entre a liga de alumínio AA 6351-T6 e o aço SAE 1020. Uma furadeira de coluna foi adaptada para produzir as juntas dissimilares. As soldagens foram realizadas em duas condições: sem preaquecimento e com preaquecimento de 350°C induzido eletromagneticamente. Os parâmetros de soldagem, com exceção do tempo de fricção foram mantidos constantes, pois uma nova variável foi inserida ao processo, a temperatura de preaquecimento. A caracterização microestrutural da solda foi realizada por MO e MEV. A resistência mecânica foi avaliada pelos ensaios de microdureza Vickers e tração. Os resultados mostraram que a utilização do preaquecimento diminui o tempo total de processo pela metade. A análise via MEV-EDX evidenciou que houve interdifusão entre o ferro e o alumínio. Para as duas condições de soldagem, a ruptura ocorreu na interface de ligação. A resistência mecânica das soldas sem preaquecimento foi da ordem de 134 MPa e 113 MPa para as soldas com preaquecimento.

Resumo em Inglês:

Abstract Friction welding has become interesting in terms of its application. In this context, this paper aimed to evaluate the effect of preheating the conventional friction butt welding between the aluminum alloy AA 6351-T6 and low-carbon steel SAE 1020. An adapted and instrumented drill was applied to make dissimilar joints. Welding was done under two conditions: without preheating and with electromagnetically induced preheating to about 350°C. The welding parameters, with the exception of friction time, were kept constant for both conditions because a new variable was introduced to the process, the preheating temperature. The welding characterisation was analyzed by optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM). Vickers microhardness and traction testing were used to evaluate the welding mechanical strength. The results obtained shown that preheating application decreases by half the total time of the process. The SEM-EDX analysis showed that there was interdiffusion between iron and aluminum. For both welding conditions, the rupture occurred on the bonding interface of the specimens. The mechanical strength of the welds without preheating was of the order of 134 MPa and 113 MPa for welds with preheating.

Resumo em Português:

Resumo A utilização de materiais nobres é requisito básico em aplicações onde existe um ambiente agressivo como na indústria do petróleo e nuclear. Neste panorama, a liga Inconel 625 é frequentemente utilizada como material de cladeamento no revestimento interno de dutos rígidos. Assim, as superligas de níquel exercem papel fundamental nos campos de exploração de águas profundas e, por isso, o conhecimento de métodos modernos de soldagem aplicados a estas ligas e suas consequências nos estados de tensões residuais é importante. Portanto, o presente trabalho faz uma avaliação das tensões residuais após a Soldagem por Fricção e Mistura Mecânica (SFMM) em chapas soldadas de Inconel 625. A união das chapas foi realizada com rotação da ferramenta 200 e 1200 rpm e velocidade de soldagem constante (1mm/s). As medições de tensões residuais na superfície das juntas soldadas foram investigadas através da técnica de difração de raios-X. Além disso, foram avaliadas as macroestruturas e o aporte térmico de acordo com os parâmetros de soldagem empregados. Embora não existam muitos trabalhos relacionados ao processo SFMM para ligas de Inconel, provavelmente devido à sua dificuldade de soldagem, tem sido percebido um aumento na aplicação da soldagem no estado sólido como excelente alternativa para as superligas à base de níquel. Os resultados mostraram que diferentes parâmetros de processo produziram juntas soldadas distintas e, consequentemente, variações na distribuição de tensões residuais. Por fim, um aumento na velocidade de rotação da ferramenta ocasionou um aumento nas tensões residuais na zona de mistura.

Resumo em Inglês:

Abstract The use of noble materials is a basic requirement in applications where an aggressive environment such as offshore industry and nuclear energy. In this scenario, the Inconel 625 is often used as clad material in rigid pipes. Thus, nickel superalloys play a fundamental role in the deepwater exploration fields and, therefore, understanding of modern welding methods applied to these alloys and their consequences in the residual stress states is very important. Hence, this work evaluates the residual stress distributions after Friction Stir Welding (FSW) applied on Inconel 625 sheets. FSW was performed with tool rotational speed in the range of 200 to 1200 rpm and welding speed constant. Measurements of superficial residual stresses were investigated by X-ray Diffraction. In addition, macrostructures and heat input were evaluated. Although there are only few reports related to FSW applied on Inconel alloys, probably due to this welding process difficulty, it has been regarded that there is cumulative application of a solid state welding as an excellent alternative for nickel superalloys. The results showed that different welding parameters produced distinctly welded joints and consequently changes in the residual stress distributions. Finally, an increase in the tool rotation speed increased the residual stress in the stir zone.

Resumo em Português:

Resumo Este trabalho tem como objetivo a investigação dos efeitos dos parâmetros da polaridade negativa da curva de corrente no resultado da diluição dos cordões de solda no processo de soldagem MIG/MAG polaridade variável, visando buscar um conjunto de parâmetros que ofereça uma menor diluição, os quais são fundamentais para soldagem para revestimento. Através de um projeto de experimentos Box-Behnken com três fatores de controle (corrente negativa, tempo de corrente negativa e tempo de corrente de base), variando em três níveis cada um, foram depositados cordões de solda em aço inoxidável sobre aço ao carbono. Para esse processo foi atingido valores de diluição de 12% a 15%, ideais para soldagem para revestimento. Foi verificado a significância do tempo de corrente negativa nos resultados da diluição, mostrando a oportunidade de utilização polaridade negativa no processo de soldagem MIG/MAG aplicado para revestimento.

Resumo em Inglês:

Abstract This article aims to investigate the effects of the negative polarity parameters of the current curve on the result of the dilution of the weld beads in the MIG / MAG variable polarity welding process, targeting to find a set of parameters that offer a lower dilution, which is fundamental for welding for cladding. Through a design of experiments Box-Behnken with three control factors (negative current, negative current time and base current time) varying in three levels each, stainless steel weld beads were deposited on carbon steel. For this process, dilution values of 12% to 15% were achieved, ideal values for cladding welding. The significance of the negative current time in the dilution results was verified, showing the possibility of using negative polarity in the MIG/MAG welding process applied to the cladding.

Resumo em Português:

Resumo Trilhos com perfil TR-57 do tipo intermediário foram soldados por centelhamento em um estaleiro brasileiro e passaram por detalhada caracterização mecânica e metalográfica. Os dados quantitativos da caracterização metalográfica e dos ensaios mecânicos foram submetidos a análises de variância (ANOVA). Na metalografia confirmou-se a presença majoritária de perlita, porém há também ferrita proeutetóide na linha central da solda e globulização parcial da cementita em regiões da Zona Termicamente Afetada (ZTA), sobretudo na zona de transformação parcial. O tamanho das colônias perlíticas e o espaçamento interlamelar foram correlacionados à microdureza Vickers em toda a extensão da junta. Ensaios de tração revelaram que o metal base atendeu às especificações da Norma AREMA, no entanto, as juntas soldadas não atenderam e a fratura dos corpos de prova ocorreu na região de menor dureza da ZTA. Os resultados permitem compreender, em detalhes, as consequências do processo de soldagem sobre a estrutura do aço e as variações de propriedades em diversas regiões da junta, com destaque às alterações morfológicas da perlita. Relações com modos de falha anteriormente relatados na literatura científica também são apresentadas.

Resumo em Inglês:

Abstract TR-57 intermediate steel rails were welded in a Brazilian flash butt welding plant and the joints were subjected to a detailed mechanical and structural characterization. Quantitative data were subjected to ANOVA analysis. The metallography has confirmed the majority presence of pearlite, but pro-eutectoid ferrite was also verified in the weld centerline. Globulized cementite appeared in some regions of the Heat Affected Zone (HAZ), particularly in the partial transformation zone. The pearlite colony size and pearlite interlamellar spacing were related to Vickers microhardness over the full joint length. The base metal met the minimum specified tensile properties in the AREMA standard. However, the weld joints did not meet the minimum tensile strength and all samples fractured in the partial transformation zone, which has lower hardness. The results help to deep understand the structure-properties relationships over the full joint, highlighting the relations between the welding process and the resultant pearlite morphology. Considerations about the component failure modes previously related in scientific literature are also presented.

Resumo em Português:

Resumo O efeito do movimento da tocha sobre a microestrutura, resistência à tração e impacto e fratura em juntas soldadas por processo robotizado, variando velocidade, voltagem e corrente de soldagem foi avaliado através de fratografia, usando microscopia eletrônica de varredura, provas de tração e impacto e testes de microdureza e microscopia óptica. Os resultados indicaram que os movimentos lineares, senoidais e circulares favorecem um aumento da largura da ZAC, assim como, um ligeiro aumento do limite elástico acompanhado de endurecimento em comparação com o movimento triangular. A energia de impacto é mais favorecida na ZAC com menor largura, contendo grãos grosseiros de ferrita devido à menor resistência à tração e dureza Vickers. Um movimento circular produziu o nível mais elevado de endurecimento e a menor energia absorvida na ZAC como consequência de um aumento na limite elástico relacionado com as agulhas finas de ferrita acicular. Um movimento linear favoreceu maior largura da ZAC em comparação com outros movimentos da tocha, devido à acumulação de calor ao longo da linha de fusão da junta soldada. Endurecimento e perda de tenacidade foram avaliados através de análise fratográfica mostrando fraturas mistas compostas principalmente de fratura frágil por clivagem transgranular com facetas contendo marcas de rio bem definidas.

Resumo em Inglês:

Abstract The effect of torch weaving on the microstructure, tensile strength, impact resistance and fracturing in robotic welded joints using varing welding speeds, voltages and currents was evaluated through fractography using scanning electron microscopy, tension, impact and micro-hardness tests and optic microscopy. Results indicated that linear, sinusoidal and circular weavings favored an increase of the width of the HAZ as well as a slight increase in yield resistance accompanied by hardening in comparison with a triangular weave. The latter favored larger impact energy in the HAZ with less width, containing coarse-grained ferrite due to lower tensile strength and Vickers hardness. A circular weave generated the highest level of hardening and the lowest energy absorbed in the HAZ as a consequence of an increase in yield strength related to the fine needles of acicular ferrite. A linear weave favored the greatest width of the HAZ compared with other weld weavings due to heat accumulation along the fusion line of the welded joint. Hardening and loss of toughness were evaluated through fractographic analysis showing mixed fractures mainly composed of brittle fracturing made by transgranular cleavages with facets containing well defined river patterns.

Resumo em Espanhol:

Resumen Como objetivo del presente trabajo se persiguió determinar la influencia de la posición relativa de la carga de aleación en los recubrimientos de electrodos, sobre la resistencia al desgaste abrasivo. Para ello, se construyeron especialmente tres electrodos con similar composición química. Las variantes de electrodo construidas se diferenciaron por la posición de la carga de aleación respecto a la posición del recubrimiento ordinario empleado: internas, externas y homogéneas. Se realizan análisis estructurales y de composición química de los depósitos. El ensayo de desgaste aplicado consistió en la determinación de la pérdida de masa y volumen durante el ensayo de pin sobre disco. Se incluye, además, un ensayo de dureza. Del procesamiento de los análisis químicos practicados se obtienen los coeficientes de transferencia de cada uno de los elementos fundamentales de los depósitos. Como resultado se obtuvo que los electrodos con ferroaleaciones externas poseen mayor resistencia al desgaste, teniendo en cuenta las diferencias existentes entre las pérdidas de masa y volumen para las tres variantes de electrodos. Similar comportamiento ocurre con la dureza.

Resumo em Inglês:

Abstract The objective of this work was to determine the influence of the relative position of the alloy charge on the electrode coatings on the abrasive wear resistance. For this purpose, three electrodes with similar chemical composition were specially constructed. The electrode variants constructed were differentiated by the position of the alloy charge with respect to the position of the ordinary coating used: internal, external and homogeneous. Structural analyzes and chemical composition of the deposits were carried out. The applied wear test consisted in the determination of the loss of mass and volume during the pin-on-disk test. A hardness test is also included. The coefficients of transfer of each of the fundamental elements of the deposits are obtained from the processing of the chemical analyzes performed. As a result it was obtained that the electrodes with external ferroalloys have greater resistance to wear, taking into account the differences between the losses of mass and volume for the three variants of electrodes. Similar behavior occurs with hardness.

Resumo em Português:

Resumo A técnica de tecimento por deflexão magnética do arco foi desenvolvida há alguns anos para permitir a oscilação da poça fundida, causando o refinamento de grão e melhorando as propriedades da junta soldada. Este artigo tem como objetivo propor dois modelos de fontes de calor que inclui os efeitos de deflexão magnética do arco em um processo GTAW sobre chapa nas simulações numéricas pelo uso do método dos elementos finitos. Dois casos são estudados. No primeiro, são comparadas as simulações numéricas para o arco sem deflexão e para o arco com deflexão magnética fixa ao longo do movimento da tocha. São analisadas as temperaturas em três pontos na parte inferior da chapa (dois afastados da linha de centro de soldagem e outro no centro) e poças de fusão para chapas de aço SAE 1020 e espessuras de 3,2 e 6 mm. Os resultados obtidos pelas simulações numéricas estão muito próximos aos experimentais. No segundo caso, é analisada a soldagem com tecimento (frequência de 1Hz) em chapas de aço de 3 mm de espessura. São comparadas as larguras do cordão e sua forma geométrica com os resultados experimentais, que mostram a boa concordância obtida pelos dois modelos propostos.

Resumo em Inglês:

Abstract The technique of weaving by magnetic arc deflection was developed a few years ago to enable the oscillation of the weld pool, thus, causing grain refinement and improving the properties on the welded joint. This paper aims to propose two heat source models that include effects of magnetic arc deflection on a bead-on-plate GTAW process in numerical simulations by using the finite element method. Two cases are studied. In the first case, non-deflected arc and straigth magnectic deflected arc along the torch movement are carried out and compared to numerical simulations. Temperatures at three different points on the backside of the plates (two away from the welding center line and one in its center) and weld pools of SAE 1020 3.2 mm and 6 mm thick steel plates are analyzed. Results obtained by numerical simulations are close to the experimental ones. In the second case, welding with weaving (frequency of 1Hz) on 3 mm thick steel plates is analyzed. The bead width and its visual presentation are compared to experimental results, which show good agreement with both proposed models.