Resumo em Português:

O objetivo deste artigo é o de analisar a viabilidade da utilização do método de Monte Carlo para estimar a produtividade na soldagem de tubulações industriais de aço carbono com base em amostras pequenas. O estudo foi realizado através de uma análise de uma amostra de referência contendo dados de produtividade de 160 juntas soldadas pelo processo Eletrodo Revestido na REDUC (refinaria de Duque de Caxias), utilizando o software ControlTub 5.3. A partir desses dados foram retiradas de forma aleatória, amostras com, respectivamente, 10, 15 e 20 elementos e executadas simulações pelo método de Monte Carlo. Comparando-se os resultados da amostra com 160 elementos e os dados gerados por simulação se observa que bons resultados podem ser obtidos usando o método de Monte Carlo para estimativa da produtividade da soldagem. Por outro lado, na indústria da construção brasileira o valor da média de produtividade é normalmente usado como um indicador de produtividade e é baseado em dados históricos de outros projetos coletados e avaliados somente após a conclusão do projeto, o que é uma limitação. Este artigo apresenta uma ferramenta para avaliação da execução em tempo real, permitindo ajustes nas estimativas e monitoramento de produtividade durante o empreendimento. Da mesma forma, em licitações, orçamentos e estimativas de prazo, a utilização desta técnica permite a adoção de outras estimativas diferentes da produtividade média, que é comumente usada e como alternativa, se sugerem três critérios: produtividade otimista, média e pessimista.

Resumo em Inglês:

The aim of this article is to analyze the feasibility of using Monte Carlo method to estimate productivity in industrial pipes welding of carbon steel based on small samples. The study was carried out through an analysis of a reference sample containing productivity data of 160 welded joints by SMAW process in REDUC (Duque de Caxias Refinery), using ControlTub 5.3 software. From these data was taken at random samples with, respectively, 10, 15 and 20 elements and were performed simulations by Monte Carlo method. Comparing the results of the sample with 160 elements and the data generated by simulation is observed that good results can be obtained by using Monte Carlo method in estimating productivity of industrial welding. On the other hand in Brazilian construction industry the value of productivity average is normally used as a productivity indicator and is based on historical data from other projects collected and measured only after project completion, which is a limitation. This article presents a tool for evaluation of the implementation in real time, enabling adjustments in estimates and monitoring productivity during the project. Similarly, in biddings, budgets and schedule estimations, the use of this tool could enable the adoption of other estimative different from of the average productivity, which is commonly used and as an alternative are suggested three criteria: optimistic, average and pessimistic productivity.

Resumo em Português:

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

Resumo em Inglês:

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

Resumo em Português:

O objetivo deste trabalho é analisar a influência da energia de soldagem na zona afetada pelo calor (ZAC), de juntas soldadas do aço inoxidável duplex UNS S31803. Foram realizadas soldagens com eletrodo revestido AWS E2209-17 em junta tipo V de Aço Inoxidável Duplex UNS S31803, com dois níveis de energia (15 e 20 kJ/cm). A condição soldada com energia mais elevada apresentou uma ZAC mais extensa e microestrutura mais grosseira nos passes de acabamento. No entanto, nos passes de enchimento e de raiz, as ZAC's destas regiões foram mais refinadas e menos extensa. Em relação à microdureza, a condição soldada com energia de 15 kJ/cm apresentou níveis menores. Em relação à tenacidade, não foi verificada diferença significativa nos resultados.

Resumo em Inglês:

The aim this work is to evaluate the influence of multipass welding heat input on the microstructure and mechanical properties of the heat affected zone (HAZ) of UNS S31803 duplex stainless steel multipass welded joints. The shielded metal arc welding process using as filler metal the AWS E2209-17 covered electrode were employed had been carried through V joint groove UNS S31803 DSS, so that two levels of energy (15 and 20 kJ/cm) had been used in this experiment. The condition welded with higher energy higher a HAZ extensive and coarser microstructure in the finishing passes. On the other hand, in the wadding passes and root pass, the HAZ this region was more refined and less extensive. In respect of microhardness, the condition welded with energy of 15 kJ/cm got lower levels. In relation to toughness, it was not observed significant differences.

Resumo em Português:

A soldagem de revestimento de aços carbono com aços inoxidáveis tem obtido destaque no meio industrial por permitir que superfícies anti-corrosivas sejam obtidas a partir de materiais de baixo custo. No entanto, visando garantir a qualidade final dos revestimentos, é importante que o procedimento de soldagem seja bem ajustado, para que os cordões sejam depositados com a geometria desejada, com produtividade e sem defeitos. O objetivo deste trabalho é a otimização de múltiplas características do processo de revestimento de chapas de aço carbono ABNT 1020 utilizando arame tubular de aço inoxidável ABNT 316L. As características otimizadas incluem a largura, penetração, reforço e diluição, que representam a geometria do cordão. A produtividade foi maximizada através da taxa de deposição e do rendimento do processo. Como respostas de qualidade, considerou-se a formação de escória e o aspecto superficial. A estratégia de modelagem e otimização foi baseada em uma combinação da Metodologia de Superfície de Resposta, Método do Critério Global e Algoritmo Genético. Os resultados indicam que os modelos de superfície de resposta desenvolvidos para as características do processo apresentaram altos ajustes. O Método do Critério Global e o Algoritmo Genético foram aplicados com sucesso, o que permitiu a identificação do ponto de ótimo.

Resumo em Inglês:

The stainless steel cladding process has highlighted in the industrial environment for allowing anti-corrosive surfaces are made from low cost materials. However, in order to ensure the claddings final quality, it is important that the welding procedure is well adjusted, so that the welds are deposited with the desired geometry, with productivity and flawless. The aim of this work is the multiple characteristics optimization in cladding of ABNT 1020 carbon steel plates using ABNT 316L stainless steel cored wire. The optimized features include the bead width, penetration, reinforcement and dilution, representing the weld bead geometry. Productivity has been maximized through the deposition rate and process yield. As quality responses, we considered the slag formation and surface appearance. The modeling and optimization strategy was based on a combination of Response Surface Methodology, Global Criterion Method and Genetic Algorithm. The results indicate that the response surface models developed for the process characteristics had high adjustments. The Global Criterion Method and Genetic Algorithm were implemented successfully, allowing the results optimization.

Resumo em Português:

Este trabalho reúne resultados promissores sobre uma via alternativa de reparo em dutos e tubulações em operação com pequena espessura remanescente, envolvendo a recuperação prévia da parede do tubo por amanteigamento por processos de aspersão térmica. Avaliou-se a instabilidade apresentada pelo arco voltaico e alteração do perfil da zona fundida quando da deposição de solda por eletrodos revestidos sobre chapas de aço carbono previamente amanteigadas, com camadas de composição similar, pelos processos de aspersão térmica a chama e a arco-elétrico. Os resultados permitiram correlacionar a estabilidade do arco com o nível de oxidação das camadas aspergidas.( Medidas de temperatura do revestimento aspergido mostraram que, desde que o processo de aspersão ocorra de forma ininterrupta até a espessura final do revestimento, a temperatura superficial é crescente com a espessura do depósito, o que resulta num maior teor de óxidos, associado tanto à uma instabilidade do cordão como à uma maior penetração da poça fundida). Difratogramas de raios-X nas camadas aspergidas e análises do teor de oxigênio na zona fundida dos cordões de solda comprovaram a influência desse elemento na alteração do perfil da zona fundida. Como alternativa ao uso de ar comprimido, foi avaliada sua substituição pelo argônio como gás de arraste, verificando-se efeitos muito benéficos - redução significativa da penetração e boa estabilidade do arco voltaico - admite-se que advindos da redução da oxidação da camada aspergida pelo efeito protetor do gás inerte. A avaliação dos resultados permitiu estabelecer critérios de soldagem com menor risco de perfuração se comparados a uma condição sem revestimento prévio por aspersão térmica.

Resumo em Inglês:

This work brings promising results about an alternative way of welding in-service repair of pipes with low reminiscent thickness, which involves a previous buttering coating of the pipe wall by thermal spraying. The characteristics of buttering layers deposited by two thermal spraying processes (arc and conventional flame) were compared, in special the influence of their degree of oxidation in dependence of the carrying gas (pressurized air or argonium) on the arc stability and penetration of weld beads SMAW over plain carbon steels previously buttered with similar composition layers. The results allowed to correlate the stability of the arc to the level of oxidation of the sprayed layers. (Temperature measurements on the surface of the sprayed layers showed that, since the process of thermal spray occur in an non-stopped way until the final thickness of the coating, the superficial temperature is increased with the thickness of the deposit, what results in a higher content of oxides, which is associated to an arc instability and a greater penetration of the molten pool.) X-ray diffractrogams and oxygen analysis proved the influence of this element in the changing profile of the fusion zone. As an alternative to the use of compressed air, its substitution by the inert gas argon as carrying gas was evaluated, verifying very benefic effects - significant reduction of penetration e good arc stability - believed coming from the reduction of oxidation in the sprayed layer by the protective effect of the inert gas. The evaluation of the results permitted to establish criteria of welding with lower risks of burn-through compared to a condition without buttering layers.

Resumo em Espanhol:

En el presente trabajo se realiza la modelación térmica de soldadura GTAW sobre placa de acero inoxidable AISI 316L. Se analizan los aspectos teóricos más relevantes a considerar durante la ejecución de un análisis de este tipo. En la simulación se emplea un software de análisis por elementos finitos de uso general y se enriquece una metodología, previamente desarrollada, para la modelación en 3D no lineal transitoria del proceso de soldeo. En dicha metodología se implementa una subrutina en lenguaje APDL, programada con el modelo volumétrico de fuente calor de doble elipsoide, en un sistema de coordenadas cartesiano. Se analiza la influencia del paso de tiempo seleccionado sobre los resultados de la simulación. Finalmente se valida la metodología enriquecida, en base a la correlación de los resultados del modelo respecto a los resultados experimentales.

Resumo em Inglês:

In the present work, thermal modeling of GTAW welding on AISI 316L stainless steel plate is presented. More relevant theoretical aspects to be considered during the implementation of an analysis of this type are discussed. For the simulation a general purpose finite element analysis software has been used. A previously developed methodology for 3D nonlinear transient modeling of welding process has also been improved. In this methodology a subroutine in APDL language is implemented, programmed with the double ellipsoid volumetric heat source model, in a Cartesian coordinated system. The influence of the selected time step on the simulation results is analyzed. The good correlation obtained among the results calculated by means of the model and the experimental data validates this improved methodology.

Resumo em Português:

Foram obtidas juntas dissimilares da liga de alumínio 6063-T5 e do aço AISI SAE 1020 com espessura de 2,0 mm soldadas por atrito com pino não consumível. O objetivo deste trabalho é avaliar o efeito da penetração e o deslocamento da ferramenta na obtenção de juntas soldadas Al-aço. As juntas foram avaliadas segundo a qualidade da superfície e a profundidade da região soldada. Foi determinado que além das velocidades de rotação (ω) e avanço (ν), o deslocamento e a profundidade de penetração da ferramenta são parâmetros fundamentais, pois definem o aporte térmico e, com este, a aderência ou não de alumínio na ferramenta, a qualidade superficial e a formação de defeitos ao longo da linha da junta.

Resumo em Inglês:

Aluminum alloy 6063-T5 and AISI SAE 1020 were obtained with dissimilar welded joints by friction stir welding in 2.0 mm thick sheet. The aim was to evaluate the effect of welding parameters to obtain Al-steel welds. Joints were evaluated according to surface quality and depth of the welded region. It was determined that besides the rotational (ω) and forward (ν) speeds, the offset and the tool penetration are key parameters because they define the heat input and therefore the adherence of aluminum in the tool, the surface quality and defect formation along the joint line.

Resumo em Português:

A soldagem de metais dissimilares tem diversas aplicações na indústria. Notadamente na indústria alimentícia e na indústria nuclear, este tipo de junta, comum entre aço carbono A36 e aço inoxidável austenístico ou entre aço inoxidável austenístico e cobre e suas ligas, é sempre motivo de análise e cuidados especiais tendo em vista a necessidade de manter a integridade dos equipamentos. Variações térmicas e dimensionais durante o uso de equipamentos que possuem juntas de materiais dissimilares são sempre preocupantes porque nem sempre se conhece o histórico da fabricação ou mesmo da execução de alguma recuperação, dificultando o gerenciamento do envelhecimento. O conhecimento antecipado destas variações por meio do conhecimento da vida a fadiga pode contribuir muito no projeto, na escolha do processo de fabricação, na escolha do consumível de soldagem e obviamente na conservação e integridade do equipamento. Apresentam-se neste trabalho os resultados obtidos para as tensões residuais nas soldas dissimilares e as curvas S-N-P que relacionam tensão com o número de ciclos e a probabilidade de falha, para 4 metais: cobre eletrolítico, aço inoxidável AISI 304, aço inoxidável AISI 316L e aço carbono A36 que foram posteriormente soldados entre si.

Resumo em Inglês:

The welding of dissimilar metals has many applications in industry. In special, in the food industry and nuclear industry, this type of joint, common between A36 carbon steel and austenitic stainless steel or between austenitic stainless steel and copper and its alloys, is always subject to analysis and special care to maintain equipments integrity. Thermal and dimensional variations during use of equipment that have dissimilar welds are always troubling because not always it is known the history of the manufacture or recovery, making the management of aging difficult. Advance knowledge of these variations through the knowledge of the fatigue life can greatly contribute in design, choice of manufacturing process, choice of consumables and obviously in the preservation and integrity of the equipment. This paper presents results achieved for the residual stresses in dissimilar welds and SNP curves relating tension with the number of cycles and the failure probability for four metals: electrolytic copper, austenitic AISI 304 and AISI 316L stainless steels and A36 carbon steel which were subsequently welded together.

Resumo em Português:

Este trabalho objetivou o estudo do efeito de algumas condições operacionais nas características do cordão produzido por um arame tubular "metal cored" (ASME SFA-5.18: E70C-3M) de fabricação nacional com 1,2 mm de diâmetro, destinado à soldagem de aços carbono comuns estruturais de baixo e médio teor de carbono. Realizaram-se testes de soldagem, na posição plana, sobre chapas grossas (espessura de 12 mm) de aço de baixo carbono utilizando-se uma fonte operando no modo "tensão constante" e com monitoração dos sinais de corrente e tensão do arco e velocidade de alimentação (fusão) do arame. Variaram-se a composição do gás de proteção (75%Ar-25%CO2 e 100%CO2), a polaridade do eletrodo (positiva e negativa) e a velocidade de alimentação do arame (7 e 9 m/min). Os demais parâmetros de soldagem foram mantidos fixos, incluindo-se os comprimentos energizado do eletrodo (16 mm) e do arco (3,5 mm). Avaliaram-se os efeitos das condições operacionais nas principais características do cordão incluindo a sua geometria (penetração, reforço, largura, área fundida, área depositada e diluição), presença de descontinuidades, microestrutura e dureza. Levantaram-se, para o arame "metal cored", as condições operacionais de maior produtividade (maior taxa de deposição) associadas a um cordão com características adequadas à soldagem de chapas grossas de aços estruturais.

Resumo em Inglês:

This work evaluates the relationship between operational conditions and the characteristics of weld beads deposited with a 1.2 mm produced in Brazil metal cored tubular wire (ASME SFA-5.18: E70C-3M). Welding trials were performed in downhand position on 12mm thick low-carbon steel plates using a constant voltage power supply. Welding current and voltage, and wire feed rate were monitored in all trials. While the shielding gas composition (75%Ar-25%CO2 and 100%CO2), wire polarity, and wire feed rate (7 and 9 m/min) were changed, 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, microstructure, and fusion zone hardness were measured and correlated to the operational conditions. Operational conditions that yielded both high productivity levels (high deposition rates) and weld bead characteristics favored for the welding of thick plates of structural steels were determined.

Resumo em Português:

A recente preocupação quanto às mudanças climáticas vem impulsionando pesquisas em eficiência energética dos meios de transportes no sentido de reduzir a emissão de gases. Uma das principais soluções consiste na redução do peso estrutural através da aplicação de novos materiais, como as ligas leves de alumínio e magnésio. Entretanto, novos usos ficam muitas vezes limitados pela dificuldade de união desses materiais. A técnica de soldagem por fricção e mistura (FSW) é um processo de união no estado sólido que surge como uma alternativa viável para substituir ou complementar as tecnologias de união consagradas. Como uma junta contínua não é sempre a requisitada, duas tecnologias de união por ponto derivadas do FSW estão em desenvolvimento: soldagem por fricção e mistura por ponto (FSSW) e soldagem por fricção por ponto (FSpW). Além de fornecerem juntas de elevada resistência e praticamente isentas de defeitos, estas técnicas apresentam alta eficiência energética, curto ciclo de soldagem, facilidade de automação e compatibilidade com o meio-ambiente, fazendo frente às técnicas convencionais de união por ponto, como a soldagem por resistência por ponto (RSW) e a rebitagem.

Resumo em Inglês:

The recent concern about climate change has stimulated research into transport energy efficiency in order to reduce the emission of gases. One of the main solutions is to reduce the structural weight through the application of new materials, such as aluminum and magnesium lightweight alloys. However, new applications are often limited by the difficulty of joining these materials. Friction Stir Welding (FSW) is a solid state joining technique that emerges as a viable alternative to replace or complement the established joining technologies. As a continuous weld is not always requested, two spot welding technologies derived from FSW are under development: Friction Stir Spot Welding (FSSW) and Friction Spot Welding (FSpW). Besides providing almost defect-free and high strength joints, these techniques exhibit high energy efficiency, short welding cycle, ease of automation and environmental compatibility, competing against the conventional spot joining techniques, such as Resistance Spot Welding (RSW) and riveting.