Resumo em Espanhol:

Los ciclos térmicos de una soldadura multipasos que experimenta un acero inoxidable superdúplex SAF 2507, pueden promover la precipitación de fases secundarias reduciendo significativamente las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión. Debido a su aplicación en la industria petroquímica, el estudio de las aleaciones superdúplex es de suma importancia para predecir su comportamiento en servicio cuando están involucrados procesos de soldadura por arco eléctrico. En este trabajo, se estudia el cambio microestructural de la zona afectada térmicamente correspondiente al primer cordón depositado de una unión multipasos de acero inoxidable superdúplex SAF 2507 mediante el proceso GTAW y bajo tres temperaturas de interpasos. Los resultados muestran que la temperatura de interpasos tiene una influencia sobre la precipitación de fase sigma en la zona afectada térmicamente del primer cordón depositado.

Resumo em Inglês:

Thermal cycles experienced by a superduplex stainless steel SAF 2507 when is welded, can promote the precipitation of secondary phases which decrease the mechanical properties as well as the corrosion resistance. Due to the application of the duplex alloys in the petrochemical industry, the study of these alloys has become very important in order to predict its service behavior. The aim of this work is to study the microstructural changes in the superduplex stainless steel weld joint after applying the GTAW process under three interpass temperatures after the deposition of every single pass. The results showed that slow cooling rates promoted by the deposition of the subsecuent passes and the higher interpass temperature, promote the precipitation of sigma phase in the HAZ while rapid cooling rates promoted by the lower interpass temperature do not promote the sigma phase precipitation.

Resumo em Português:

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).

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

A união de materiais metálicos é freqüentemente associada a problemas metalúrgicos, associados ao material em uso e que, cuja solução, demanda estudos dedicados e demorados. Especificamente, podem ocorrer modificações metalúrgicas na ZAC (zona afetada pelo calor), levando a alterações microestruturais. Contudo esta é uma região de difícil estudo devido a sua pequena dimensão. Assim, a fim de superar esta limitação com relação ao estudo da ZAC, existem na literatura proposições de máquinas de simulação de ZAC, que fazem uso do efeito Joule para o aquecimento de determinados corpos de prova, que se resfriam por condução e convecção, de forma a simular o ciclo térmico em uma ZAC obtida por soldagem real. Tais simuladores comerciais estão disponíveis, mas a um custo muito alto. Assim, o desenvolvimento de um simulador físico de baixo custo é de grande importância. Em artigos anteriores, a proposição e construção deste simulador, que está baseado na modificação de um equipamento de soldagem a ponto por resistência, foram avaliadas como uso de corpos de prova cilíndricos de geometria fixa. Embora, a fonte consiga suprir a energia necessária para se atingir o ciclo térmico de aquecimento (alta temperatura e baixo tempo), não foi possível atingir um ciclo térmico de resfriamento próximo ao da realidade. Assim, para suprir tal limitação, simulações foram executadas em elementos para determinar a geometria ótima em função do tempo de resfriamento (ciclo térmico) desejado. Todos os dados das simulações foram compilados na forma de uma modelo de regressão para se executar tal otimização da geometria. A partir desta metodologia foi possível construir diferentes diagramas CCT aplicados obtidos com os rápidos ciclos térmicos presentes na soldagem. Tais diagramas são apresentados e comparados com os poucos encontrados na literatura, com boa concordância.

Resumo em Inglês:

The joining of metals is often associated to metallurgical problems, which is specific for each material and, therefore, demands dedicated and time-consuming study. Specifically, metallurgical transformations in the HAZ (Heat Affected Zone) can occur and lead to microestructural changes such as grain growth, fragile structures presence, cracking, among others. The HAZ is a difficult region for studying due to its small dimensions, where its properties are defined basically by the base metal characteristics and the factors that affect the thermal cycle of the process. Thus, in order to overcome this limitation of the HAZ study, there are in the literature different proposes of HAZ-simulator machines, which uses the Joule effect for heating specific coupons that cool down by conduction and convection. This approach intends to simulate the thermal cycle in a "real" HAZ obtained in a "real" welding. Comercial simulators are available at very high costs. Therefore, the development of a low-cost machine is welcome. In a previous study, the proposition and construction of this machine, based on the modification of resistance spot welding equipment, was carried out and the first coupons were fabricated in a cylindrical geometry. Although the machine provides sufficient energy, the use of traditional coupons with cylindrical geometry presents restrictions of portraying the "real" case, i.e., the welding. In the cylindrical geometry option, the obtained thermal cycles do not present temperature gradients closer to the ones in "real" weldments. Hence, to overcome this limitation, finite elements modelling was carried out and different coupon geometries were simulated. The objective is to reach thermal cycles as close as possible to the ones obtained in a "real" situation. A database of different geometrical features was achieved by using the finite element analyses. This database was used as the input of model regression analyses by using statistical ANOVA. The empirical resulting model was employed as the input of an optimization algorithm, which is used for searching a given cooling rate desired by the user. From these results is possible to obtain different cooling rates and build-up Continuous Cooling Transformation (CCT) Diagrams dedicated to welding, i.e., with higher cooling rates. Comparison was found in good agreement between obtained diagrams and the literature ones.

Resumo em Português:

Os aços inoxidáveis duplex e superduplex possuem uma microestrutura austeno-ferrítica com fração média de cada fase de cerca 50%. A microestrutura duplex é responsável pelas excelentes propriedades mecânicas, especialmente o limite de escoamento e a tenacidade, e pela elevada resistência a corrosão por pites e sob tensão em meios contendo cloretos. A soldagem destes aços é frequentemente uma operação crítica. Neste trabalho, um tubo de superduplex SAF 2207 foi soldado pelo processo TIG (GTAW) no passe de raiz e eletrodo revestido (SMAW) nos passes de enchimento, e um tubo de duplex SAF 2205 foi todo soldado pelo processo GTAW. A microestrutura do metal base, zona afetada termicamente (ZTA) e metal de solda foi caracterizada e quantificada. As propriedades de tenacidade, resistência a corrosão e composição química foram avaliadas e correlacionadas. Os valores de tenacidade ao impacto Charpy-V foram considerados adequados. Não foi observada a precipitação de intermetálicos, carbonetos e nitretos. O melhor resultado no teste de corrosão da junta soldada de aço inox superduplex, comparado ao duplex, foi atribuído ao baixo teor de ferrita delta na solda e ZTA, e composição química da solda enriquecida em Cr, Mo, W e N.

Resumo em Inglês:

The duplex and superduplex stainless steels have an austenitic-ferritic microstructure with an average fraction of each phase of approximately 50%. This duplex microstructure is responsible for the excellent mechanical properties, specially the yield strength and toughness, and for the improved pitting and stress corrosion cracking resistance in chloride environments. Welding of these steels is often a critical operation. In this work, a superduplex stainless steel SAF 2507 pipe was welded by the GTAW process in the root pass and by SMAW process on filler passes, and one pipe of duplex SAF 2205 was entirely welded by the GTAW process. The microstructure of the base metal, heat affected zone (HAZ) and weld metal was characterized and quantified. Toughness and corrosion resistance and chemical composition were evaluated and correlated. The results of impact Charpy-V tests were considered adequate. Precipitation of intermetallics, carbides and nitrides has not been observed. The best corrosion resistance results presented by the superduplex stainless steel welded joint, compared to the duplex steel, was attributed to the lower delta ferrite content in the weld metal and HAZ, and the weld metal chemical composition enriched in Cr, Mo, W and N.

Resumo em Português:

A soldagem utilizada na indústria automobilística encontra num momento de escolha entre dois tipos principais de equipamentos para a soldagem a ponto por resistência: fonte que usam ou corrente alternada (AC) ou corrente contínua média-freqüência (MFDC). A primeira tecnologia (fontes AC) é a mais tradicional e tem sido utilizada com sucesso na soldagem de chapas de aços de baixo-carbono, com relativo baixo custo. Por outro lado, a tecnologia mais recente (fonte MFDC) tem sido descrita pelos seus fabricantes como uma evolução na soldagem a ponto por resistência ao se aumentar a produtividade, reduzir o consumo de energia elétrica, propiciar melhor controle dos parâmetros e menor estresse termo-mecânico. Além destas vantagens, observando-se o aspecto construtivo das fontes MFDC, estas demandam menores transformadores, uma vez que a eficiência de um transformador é proporcional à freqüência de entrada da rede elétrica, i.e., 60 Hz no caso do Brasil para as fontes AC, ao passo que esta freqüência chega a 1000 Hz no caso das fontes MFDC, reduzindo, assim, seu tamanho. Embora importantes, tais vantagens têm sido alardeadas sem a devida comprovação científica, em especial durante a aplicação dos aços de mais alta resistência. Dentre estes aços, os aços dual-phase têm iniciado sua expansão. Desta forma, este trabalho procurar comparar equipamentos AC e MFDC do ponto de vista de envelope operacional (campo de soldabilidade) para a soldagem a ponto por resistência de aços dual-phase com limite de resistência de 600 MPa. Para tanto, a metodologia de comparação foi definida com base no tamanho equivalente do ponto de solda. Como resultado final, encontrou-se que para menores correntes, o campo de soldabilidade obtido com o equipamento MFDC foi maior, diminuindo à medida que se aumenta a corrente de soldagem.

Resumo em Inglês:

The automotive industry faces nowadays a challenge of choosing between two types of current for resistance spot welding equipments: AC (alternating current) and MFDC (medium-frequency direct current). The first technology (AC equipment) is the traditional one and has been successfully applied to accomplish weldments in low-carbon steel sheets, with relatively low cost. On the other hand, the new technology (MFDC equipment) has been propagated by the manufactures as an evolution of the resistance spot welding, where higher productivity, lower energy consumption, better parameters controlling and lower thermal-mechanical stress. Besides these claimed qualities, from the construction point of view, the MFDC equipment demands smaller transformers, since its efficiency is proportional to the input frequency, i.e., the AC equipment uses the 60-Hz (in the Brazilian case) from the power lines, whereas the MFDC ones goes for 1000 Hz, increasing its efficiency and reducing its size. Despite these commercial claims of the MFDC-equipment manufacturers, few scientific results have been published with a thorough methodology of comparison, especially for the recently introduced dual-phase steels. Therefore, this work is aimed to provide the comparison between MFDC and AC resistance spot welding equipment by using an appropriated methodology based on the equivalent size of the obtained spot. It is expected the results lead to further discussion between the use of these two equipments.

Resumo em Português:

O objetivo do presente trabalho foi avaliar os efeitos dos parâmetros de tecimento e da velocidade de alimentação sobre a formação da primeira camada de amanteigamento com aço inoxidável austenítico, visando a otimização da operação no sentido de maximizar a relação entre espessura da camada e diluição. Os experimentos foram realizados pelo processo TIG com alimentação de arame, variando-se sistematicamente, e garantindo-se a ortogonalidade do planejamento experimental, a amplitude, o tempo de parada lateral e a velocidade de alimentação, permitindo se encontrar equações estocásticas de predições da geometria resultante do depósito. Através de um programa de otimização, procurou-se os parâmetros de regulagem que levassem a maior relação da área depositada pela área fundida. Escolheu-se como restritor a relação reforço por largura, evitando-se revestimentos com alta convexidade e possibilidade de formação de sobreposição lateral de cordão. Soldagens de validação mostraram a robustez e confirmaram a adequabilidade do método de otimização. Com a metodologia empregada foi possível demonstrar a necessidade, para a otimização do cordão de amanteigamento, de se usar a máxima velocidade de alimentação e o mínimo de tempo na parada lateral. A amplitude ideal é um balanço entre os efeitos sobre a área fundida e convexidade, mostrando uma tendência de adquirir um valor maior do que a faixa central.

Resumo em Inglês:

The objective of the present work was to evaluate the effects of the weaving parameters and of the wire feed speed on the formation of a stainless steel buttering layer, aiming the process optimization by the layer height and dilution maximization. The experiments were carried out by the TIG process with wire feeding. Weaving amplitude, lateral dwell time and wire feed speed were systematically varied, through an orthogonal experimental planning, allowing finding stochastic predictive equations of the geometry resulting from the deposits. Through an optimization program, it was sought the tuning parameters to take the largest relationship between deposited and melted areas. It was chosen as restrictor the relationship bead reinforcement by bead width, avoiding deposits with high convexity and possibility of overlay formation. Welding of validation showed the robustness and confirmed the adequacy of the optimization approach. With the employed methodology, it was possible to demonstrate the need of using the fastest wire feed speed and the minimum dwell time for buttering bead optimization. The ideal amplitude is a balance between the effects of it on melted area and bead convexity, presenting a tendency for taking a value greater than the one in the middle of the central range.

Resumo em Português:

A energia de soldagem pode ser ajustada tanto por meio do controle da potência (tensão e corrente de soldagem) quanto por meio da velocidade de soldagem. Tais formas de ajustes modificam os efeitos da energia de soldagem sobre a junta, o que pode influenciar de forma distinta as tensões residuais resultantes na mesma. Desta forma, o objetivo deste trabalho é avaliar o efeito da energia de soldagem, considerando seu ajuste através da alteração individual e independente da corrente e da velocidade de soldagem, sobre as tensões residuais resultantes em juntas soldadas com multipasse. Foram empregadas amostras de aço estrutural chanfradas em meio-v e soldadas utilizando eletrodo revestido. Aplicaram-se três energias de soldagem obtidas por meio de três níveis distintos de corrente e de velocidade de soldagem. As amostras foram levadas a um difratômetro de raios-x portátil onde foram levantados os perfis de tensões residuais na superfície das mesmas. Uma verificação importante foi que diferentes parâmetros de soldagem que resultam em aportes térmicos "iguais", geram níveis diferentes de tensões residuais, ou seja, a energia de soldagem não pode ser considerada de forma isolada em análises de níveis de tensões residuais resultantes da soldagem multipasse.

Resumo em Inglês:

The energy input in welding can be adjusted by either control of welding power (voltage and welding current) or welding speed. These different ways of changing can result in different residual stress profiles in the welded joint. Then, the aim of this work is to evaluate, in an independent way, the welding energy input, current and speed effect on the final residual stresses of a multipass joint. Semi-v chamfered samples of structural steel and SMAW process was used. Three different levels of welding current and speed was employed in order to get three levels of energy input. The residual stress measurement was accomplished through X-ray diffraction, using a minidiffractometer for measurement in field. The energy input showed a non-linear relationship with the residual stresses and it was observed that the most influential parameter was the welding speed, what can be a trouble, since this parameter is the less controlled in manual welding.

Resumo em Português:

Este trabalho teve como objetivo avaliar as características microestruturais de revestimentos aplicados por soldagem utilizando-se o processo GMAW com duplo arame e o metal de adição AWS E317L sobre metal de base ASTM A 516 Gr 60. Durante as soldagens empregou-se dois níveis de energia de soldagem (1170kJ/m e 1530kJ/m), um gás de proteção correspondendo a uma mistura de argônio e oxigênio (95% Ar e 5% O2) e uma temperatura interpasse de 150ºC. Em seguida, as amostras foram caracterizadas utilizando-se ensaios de microscopia ótica e microdureza. Os resultados obtidos indicaram um aumento na diluição e na extensão da zona termicamente afetada (ZTA) com o aumento da energia de soldagem. Além disso, também houve a formação de zonas parcialmente diluídas (ZPD) na interface revestimento/substrato, apresentando valores acima de 300HV. A quantidade de ZPD também foi maior para o nível de energia de soldagem mais elevado.

Resumo em Inglês:

The aim of this study was to evaluate the metallurgical characteristics of weld overlay applied by Twin Wire GMAW process and the AWS E317L filler metal on ASTM A 516 Gr 60 base metal. During welding it was employed two levels of heat input (H = 1170kJ/m and H = 1530kJ/m) and a mixture of argon and oxygen (95% Ar and 5% O2) as shielding gas. Besides, all welds were carried out without preheat, however, an interpass temperature of 150ºC was used. Then, the specimens were characterized using optical microscopy and microhardness tests. The results showed an increase in dilution and heat affect zone extension when the heat input increases. Moreover, there was also the formation of partially diluted zones (PDZ) along the fusion line, presenting values above 300HV. The formation of PDZ was larger for the highest heat input level.

Resumo em Português:

Neste trabalho, uma chapa de aço de alta resistência (AHSS - Advanced High Strength Steel) tipo TRIP (Transformation Induced Plasticity) empregado atualmente no setor automotivo foi soldado usando o processo de soldagem a arco com arame solido sob proteção gasosa (GMAW) e soldagem com LASER de CO2 (LBW). As propriedades mecânicas das amostras soldadas quanto a tração e microdureza foram determinadas e os resultados foram relacionados com as microestruturas apresentadas. Verificou-se que a solda com LBW chegou a valores realtivamente altos de dureza na zona fundida (ZF), indicando que a microestrutura resultante foi predominantemente de martensita. Na zona termicamente afetadas (ZTA), encontrou-se uma mistura de fases de bainita e ferrita. Misturas de fases semelhantes foram encontrados na ZTA e na ZF das amostras feitas com o processo GMAW. A microestrutura apresentada não sofreu degradação mecânica quando as amostras foram testadas à tração com todas as fraturas ocorrendo no metal de base (MB). Em contraste, a maioria das amostras de tração soldadas usando LBW falharam por clivagem frágil na região adjacente a ZTA. Aparentemente, nesta região ocorreu uma têmpera devido à dissipação de calor no processo LBW promovendo o crescimento de carbonetos e uma microestrutura relativamente grosseira. Nenhum fragilização foi encontrada que pudesse ser associada com o desenvolvimento da martensita.

Resumo em Inglês:

In this work an Advanced High Strength Steel (AHSS) sheet of the Transformation Induced Plasticity (TRIP) type currently employed in the automotive sector was welded using a Gas Metal Arc Welding (GMAW) and a CO2 Laser Beam Welding (LBW) processes. The mechanical properties of welded tensile specimens including microhardness were determined and the results were related to the exhibited microstructures. It was found that LBW lead to relatively high hardness in the fusion zone (FZ) indicating that the resultant microstructure was predominantly martensite. In the Heat Affected Zone (HAZ), a mixture of phases consisting of bainite and ferrite was present. Similar phase mixtures were found in the HAZ and Fusion Zone (FZ) of the GMAW samples. The exhibited microstructure did not result in mechanical degradation when the GMAW specimens were tested in tension as all the fractures occurred in the BM. In contrast, the region adjacent to the HAZ of most tensile specimens welded using LBW failed by brittle cleavage. Apparently, in this region tempering effects due to heat dissipation in the LBW process promoted carbide growth and a relatively coarse microstructure. No embrittlement was found that could be associated with the development of martensite.

Resumo em Espanhol:

Este trabajo investiga el efecto de los ciclos térmicos sobre la microestructura de un acero inoxidable superdúplex específicamente sobre la formación de fase sigma. Los ciclos térmicos examinados son similares a los que se producen en la zona afectada térmicamente del acero inoxidable cuando se aplica el proceso de soldadura GTAW. Las temperaturas y tiempo de permanencia para el ciclo térmico se determinan usando un modelo de distribución de temperatura típico. La aplicación de los ciclos térmicos permite conocer la evolución microestructural del acero en el rango de 475ºC a 1100ºC con un tiempo corto de calentamiento y determinar la temperatura de formación y disolución de la fase sigma, pasando por su temperatura de máxima formación. Se examina la formación preferencial y la composición química de la fase sigma.

Resumo em Inglês:

This work investigates the effect of thermal cycling on the microstructure of a stainless steel superduplex, specifically on the sigma phase formation. The examined thermal cycles are similar to those produced in the heat affected zone of stainless steel when applying GTAW welding process. The temperatures and residence time for the cycle was determined using a typical thermal model of temperature distribution. The application of thermal cycles shows the microstructural evolution of steel in the range of 475ºC to 1100ºC with a short heating time and determines the temperature of formation and disolution of the sigma phase, and its maximum temperature of formation. The formation mechanism and chemical composition of the sigma phase is also examined.