Resumo em Português:

A metodologia apresentada neste trabalho se baseia em medições do teor de oxigênio na superfície do metal base, possibilitando assim, uma avaliação quantitativa da contaminação do gás de proteção. Os gases utilizados nos processos de soldagem definem as características do arco e protegem a poça de soldagem. A contaminação do gás, por exemplo, com o ar do meio ambiente, prejudica as propriedades da união soldada. A contaminação do gás de proteção não é somente dependente da qualidade do gás utilizado, como também tem que ser considerado os componentes contidos na tocha. Até agora, o nível da contaminação do gás produzido pela tocha tem sido analisado somente de forma empírica, avaliando a qualidade e forma do cordão de solda. A medição do oxigênio na superfície do metal de base é um método simples e preciso para analisar o nível de contaminação do gás de proteção. Este procedimento permite uma avaliação quantitativa, inclusive na presença do arco. No contexto deste trabalho se apresentará por meio de exemplos em tochas TIG e MIG/MAG as possibilidades da utilização desta metodologia para o desenvolvimento e análise de processos de soldagem a arco.

Resumo em Inglês:

The method presented in this paper is based on the measurement of oxygen on the surface of the base metal to enable a quantitative assessment of the contamination in the shielding gas. The gas used in arc processes affected arc properties and simultaneously protected the welding pool. The contamination of the shielding gases, e.g. with atmospheric air, damages the properties of the weld joint. The contamination in the shielding gas is not only dependent on the purity of the utilized gas, but also on the components of the welding torch. The level of contamination in the gas produced by the torch had been analyzed so far only by empirical evaluation of the quality and appearance of the welding seam. The measurement of oxygen on the surface of the base metal is a simple and accurate method to analyze the level of contamination in the shielding gas. This method allows a quantitative assessment even in the presence of the arc. This work shows the possibilities of using this method for the development and analysis of arc welding processes using the example of TIG and MIG / MAG torches.

Resumo em Português:

Os métodos clássicos de inspeção utilizados para detectar e encontrar perturbações nos processos de soldagem são baseados comumente na medição direta de seus parâmetros como da tensão do arco, corrente de soldagem, velocidade de alimentação, etc. Usando esses métodos de inspeção implica inserção dos sensores em todo o processo de soldagem e sua presença poderia alterar o comportamento, por exemplo, da transferência metálica e, consequentemente, uma qualidade irregular da junta soldada, bem como provocaria o aumento do custo de produção. Para reduzir essas implicações é necessário usar um método de inspeção não intrusiva. Neste artigo mostrar-se métodos não intrusivos para a inspeção de qualidade de solda. Estes métodos baseiam-se na fusão de sensores, a extração da informação global vinda dos dados fornecidos por cada sensor, como por exemplo, a detecção de emissão de radiação de luz pela espectroscopia, o sensoreamento acústico do arco eléctrico ou as emissões de infravermelho, correlacionando o insumo de calor do processo. Finalmente, a fusão de dados será aplicada a um controlo estatístico para detectar e encontrar perturbações no processo de soldagem. Os resultados mostram que a fusão de sensores pode ser utilizada como uma ferramenta para medir indiretamente a qualidade nos processos de soldagem, especificamente no processo GMAW.

Resumo em Inglês:

The classical inspection methods used for detecting and finding disturbances in welding process are based on direct measurement of its parameters as arc voltage, welding current, wire feed speed, etc. Using these inspection methods implies sensors insertion around the welding process and its presence could alter the metallic transference behavior and consequently an uneven quality as well as it can increase the production cost. For reducing these implications is necessary using a non intrusive inspection method. In this paper we will show nonintrusive methods to the weld quality inspection. These methods are based on sensor fusion, the extraction of global information coming from the interrelation data given by each sensor that, for example, sensing the spectroscopy radiation emission, the acoustic sensing of the electrical arc, the infrared emissions indicating the heat content of the weld. Finally, the fusion data will be applied to a statistical control for detecting and finding welding disturbances. The results will show that sensor fusion could be used as a tool to measure indirectly the weld quality in the GMAW process.

Resumo em Português:

Na sua essência, o objetivo fundamental da utilização da corrente pulsada em soldagem é aumentar a relação potência do processo/velocidade do arame, já que a mesma é muito baixa na transferência por curto circuito. Ocorrem, por isso, soldas com baixa qualidade, principalmente em alumínio e suas ligas e em aços inoxidáveis. Com a corrente pulsada, evitando-se os curtos-circuitos, a relação potência/velocidade do arame aumenta, pois a tensão nunca atinge valores abaixo de 15 V. Então, a lógica de controle é tão somente evitar o curto circuito, sendo, portanto, ilógico a conjectura de sistemas com mais de uma gota por período. O que é vital para a técnica da pulsação é o arranjo físico das variáveis da onda. Por isso, este artigo analisa vários conjuntos de corrente de pulso e tempo de pulso, constituindo diferentes parâmetros de destacamento, e também diferentes diâmetros de gota. É analisado o relacionamento entre as referidas variáveis, considerando o expoente da corrente de pulso igual a 2,3, segundo o pesquisador Amin, e o expoente 2,0, segundo a maioria das adoções da literatura. Foi encontrado, entretanto, o valor de 1,83 como o melhor ajuste para o arame ER4043. Foi demonstrado também que a melhor condição de destacamento é quando esta ocorre logo depois da fase de pulso. Além disso, foi comprovado que o coeficiente de estabilidade (φ) proposto por Gosh não atende aos objetivos propostos.

Resumo em Inglês:

In essence, the fundamental purpose of the use of pulsed current welding is to increase the relationship power of the process / wire speed, since it is very low in the short circuit transfer. Therefore, welds result in poor quality, especially on aluminum and its alloys and stainless steels. With the pulsed current, avoiding the short circuiting, the relation power / wire speed increases because the voltage never reaches values lower than 15 V. Then, the logic of control is just to avoid short circuits, hence yielding system configuration with more than one drop per period illogical. What is vital for the pulse technique is the physical arrangement of the wave variables. So, this article examines several sets of pulse current and pulse time, constituting different detachment parameters, and also different droplet diameters. The relationship between those variables is examined, considering the exponent of the current pulse equal to 2.3, according to researcher Amin, and the exponent 2.0, according to most adoptions in the literature. However, the value of 1.83 was found as the best fit for the wire ER4043. It was also shown that the best condition of detachment is when it occurs immediately after the pulse phase. Furthermore, it was shown that the stability coefficient (φ) proposed by Gosh does not meet the proposed objectives.

Resumo em Português:

A procura de técnicas de ligação para ligas de memória de forma tem-se revetido de importância crescente, devido ao desenvolvimento de aplicações deste material com particulares propriedades de memória de forma e superelasticidade. A soldadura de ligas de memória de forma é um desafio devido ao risco de emporbrecimento das propriedades mecânicas depois do processamento laser. A aplicação alargarda destas ligas em vários sectores como o aeroespacial, medico ou electrónico é prejudicado pelas limitações de processamento. A necessidade de soldar ligas de memória de forma a outros materiais é premente para estes sectores. Em juntas dissimilares, o entendimento do comportamento dos materaias é um desafio ainda maior uma vez que os materias base têm propriedades diferentes com consquentes diferenças no escoamento térmico, movimentação de fuido e distribuição de tensões residuais. A composição química varia ao longo do banho de fusão e formam-se compostos intermetálicos. É essencial realizar-se investigação sobre estes efeitos do processamento laser de NiTi para ultrapassar este desafio. O presente estudo visa analisar os efeitos da soldadura a laser na forma do cordão de soldadura em juntas similares e dissimilares de NiTi com aço inoxidável e ligas de titâneo.

Resumo em Inglês:

The demand of emerging joining techniques for shape memory alloys (SMA) has become of great importance, as their functional properties namely shape memory effect (SME) and superelasticity (SE) present unique solutions for state-of-the-art applications. Welding of SMAs is a challenge due to the risk of reduced mechanical performance after laser processing. The wider application of these alloys in various sectors as aerospace, medical or electronic industry is hindered by the limitations in its processing. The need to weld SMAs to other materials is pressing for applications in the above referred sectors. In dissimilar joints the need to understand materials behavior is even more challenging since base materials have different physical properties leading to different heat flow, convection processes and residual stress distribution. The chemical composition across the weld pool varies and intermetallic compounds are formed. Research detailing the effects of laser processing on NiTi is essential to overcome many of these challenges. The objectives of the current study are to analyze the effects of laser welding in the weld shape of both similar and dissimilar joints of NiTi to stainless steel and titanium alloys.

Resumo em Português:

Este trabalho tem como objetivo apresentar uma revisão do estado da arte sobre os gases de proteção usados nos processos de soldagem a arco elétrico, com ênfase na soldagem MIG/MAG do aço. São apresentados os principais conceitos da física do arco e as propriedades relacionadas aos gases de proteção. O modelo de atmosfera ligeiramente oxidante para os gases de proteção é discutido, sendo mostradas as formulações dos gases estudados em artigos científicos e em patentes depositadas, bem como as reivindicações (vantagens) requeridas. Também são mencionados alguns poucos estudos usando adições de gases não convencionais. Foi observado que no desenvolvimento de gases de proteção para soldagem MIG/MAG do aço predomina o modelo da formação de atmosfera ligeiramente oxidante. A maioria das formulações propostas envolve o uso de misturas binárias, ternárias e até quaternárias dos gases Ar, He, CO2 e O2. Em aplicações específicas, adições de N2 e H2 foram usadas. Neste sentido, pouca inovação foi identificada, sendo atribuídas possíveis razões a este fato. A tendência observada para o desenvolvimento de gases de proteção parece ser o uso de misturas ricas em gases inertes, com adições calibradas de elementos oxidantes, sempre atendendo a aplicações específicas.

Resumo em Inglês:

This paper has as objective to present a state of the art review on the shielding gases used in the electric arc welding processes, with emphasis on GMAW welding of steel. There are shown the main concepts of arc physics and properties related to shielding gases. The model of slightly oxidizing atmosphere for shielding gases is discussed, and the formulations of the gases studied in scientific articles and in deposited patents, as well as the claims (benefits) required. It also mentions some few studies using additions of non-conventional gases. It was observed that for the development of shielding gases for the GMAW steel welding the model of slightly oxidizing atmosphere is predominant. Most of proposed formulations involve the use of binary, ternary or even quaternary mixtures of the gases Ar, He, CO2 and O2. For specific aplications, additions of N2 e H2 were used. In this meaning, few innovations were identified, and possible reasons were attributed. The trend observed for the development of shielding gases seems to be the use of mixtures rich in inert gases, with calibrated additions of oxidizing elements, always looking for specific applications.

Resumo em Português:

A produção de revestimentos soldados permite a proteção de componentes respeitando suas propriedades estruturais e em simultâneo otimiza a resistência ao meio. Avanços significativos podem ser conseguidos se for possível usufruir materiais com propriedades mais nobres mas tipicamente associadas a baixa. Procedimentos de síntese de aluminetos in-situ por plasma com arco transferido utilizando misturas de pós e as características dos revestimentos obtidos são revisados. É feita a análise de revestimentos obtidos pela síntese simultânea de uma camada de alumina(Al2O3) e da camada de aluminetos de ligação com o substrato metálico. Estes revestimentos apresentam um gradiente de propriedades severo, apresentando um diferencial na produção de sistemas de materiais com potencial para operar em condições de elevada agressividade. Os materiais foram sintetizados durante a deposição de misturas de pós de quartzo e de alumínio com composição química pré-determinada sobre liga de NiCr2%Nb e aço AISI 1020. A estratificação dos revestimentos é destacada e sua microestrutura analisada. Avaliação preliminar do desempenho ao desgaste e sua correlação com revestimentos de superligas de Co mostrou que a perda de massa em deslizamento abrasivo foi reduzida em até 5x.

Resumo em Inglês:

Hardfacing allows to protect components with coatings exhibiting very distinct properties from those of the substrate. This procedure maintains the structural properties of the substrate and optimizes resistance of the surface to the working environment. A step towards enhanced performance of components can be achieved if high hardness and chemical inertia, low weldability materials can be used. In-situ aluminide processing, involving the development of aluminide during the deposition by Plasma Transferred Arc of powder mixtures is reviewed. Analysis of coatings exhibiting a gradient of properties obtained by the in-situ synthesis of an alumina and an aluminide bond-layer was carried out. The synthesis of the different layers occurred during the deposition of a mixture of quartz and Al powders on a steel and a Ni based substrates. The main features of the layered coatings are described and their microstructure analyzed. Preliminary results of abrasive sliding wear tests showed a 5x reduction in mass loss compared to the behavior of Co-based coatings.

Resumo em Português:

Um dos parâmetros mais influentes no processo de soldagem a nível industrial e de pesquisa é o calor entregue à chapa (aporte térmico) devido a sua direta ligação com a mudança das características metalúrgicas e propriedades mecânicas da junta soldada. Para o estudo e quantificação do calor aportado na peça de trabalho, tem-se utilizado tanto métodos teóricos (analíticos e numéricos), quanto experimentais (calorimetria). Estas técnicas apresentam ampla dispersão dos resultados obtidos para o rendimento térmico. Desta forma, a proposta deste trabalho é apresentar o projeto, construção e avaliação de um calorímetro de nitrogênio líquido e fluxo contínuo (água) para a medição do aporte térmico e rendimento térmico de processos GTAW e GMAW. Para o processo GTAW, cordões sobre chapa foram realizados com Ar puro e chapas de aço ao carbono ASTM A36 e variou-se os parâmetros de soldagem como corrente, comprimento do arco, velocidade de soldagem e comprimento do cordão de solda. Foram também realizadas soldagens sobre chapa com o processo GMAW em transferência por curto-circuito e goticular (spray), onde o arame utilizado foi AWS ER70S-6 (1,2 mm de diâmetro)e gás de proteção Ar+25%CO2 (curto-circuito) e Ar+5%O2 (goticular). Para os processos derivativos (STT - Surface Tension Transfer, RMD - Regulated Metal Deposition, CMT - Cold Metal Transfer, GMAW-P - Pulsado e GMAW-PV - Polaridade Variável) foram tomados como base parâmetro de soldagem encontrados por outros autores no Laprosolda (Centro para Pesquisa e Desenvolvimento de Processos de Soldagem). De modo geral, o calorímetro de nitrogênio líquido apresentou boa repetibilidade com diferença máxima de 3%. Também foi observado que durante os testes realizados no calorímetro de nitrogênio liquido apresentaram resultados coerentes para as diferentes condições de soldagem e reportando valores de rendimento térmico global de 70,3% para o processo GTAW, 78,6% para GMAW curto-circuito convencional, 73,6% para GMAW goticular e 76,1% para os processos GMAW curto circuito-controlado. Os resultados obtidos com o calorímetro de fluxo contínuo (água) acompanharam a tendência do calorímetro de nitrogênio líquido, mas com resultados médios 12% abaixo.

Resumo em Inglês:

One of the most influent parameter on the welding process at both industrial and research levels is the heat delivered to the workpiece (heat input) due to its direct connection with changes in metallurgical characteristics and mechanical properties of the weld joint. In order to quantify the heat input, different methods have been developed, both theoretical (analytical and numerical ones) and experimental (calorimetry). These techniques present large dispersion of results for thermal efficiency of welding processes. Therefore, this work aims to present the project, construction and assessment of a liquid nitrogen calorimeter and other one based on constant flow (water) measurement. Both calorimeters were evaluated for measuring heat input and thermal efficiency of GTAW and GMAW processes. For GTAW process, bead on plate welding was carried out with Ar as shielding gas over ASTM A36 plate, varying current, arc length, travel speed and bead length. For GMAW processes, both short-circuit and spray transfers were used with AWS ER70S-6 wire with 1.2 mm of diameter and Ar+25%CO2 (short-circuit) and Ar+5%O2 (spray) as shielding gases. For derivative processes (STT - Surface Tension Transfer, RMD - Regulated Metal Deposition, CMT - Cold Metal Transfer, GMAW-P - Pulsed and GMAW-VP - Variable Polarity), the welding parameters were adopted from previous researches from Laprosolda (Center for Research and Development of Welding Processes). It can be concluded that the liquid nitrogen calorimeter presents good repeatability and stability (maximum data scattering of 3%). Also, the obtained results are coherent for different welding conditions applied through the work with global thermal efficiencies of 70,3% for GTAW, 78,6% for conventional short-circuit GMAW, 73,6% for GMAW with spray transfer and 76,1% for GMAW derivative processes. The results measured by the continuous flow (water) calorimeter followed the trend of the liquid nitrogen one, but with average results 12% lower.

Resumo em Português:

Prolongar a vida útil e aumentar a confiabilidade de equipamentos e tubulações de plantas de produção e processamento de petróleo é uma busca constante no setor de petróleo e gás. Tais aspectos dependem essencialmente do uso de ligas resistentes à corrosão. Neste contexto, a soldagem de revestimento com superligas à base de níquel tem sido uma alternativa interessante, pois confere aos equipamentos uma alta resistência à corrosão com um custo inferior, se comparado à fabricação de componentes ou tubulações maciças com superligas. Assim, o objetivo do presente trabalho foi investigar o comportamento metalúrgico de revestimento de superliga à base de níquel do tipo Inconel 625 depositados pelo processo TIG com alimentação de arame frio. As soldagens foram realizadas em uma bancada robotizada, empregando uma fonte eletrônica de soldagem com sistema de aquisição de dados para o monitoramento dos sinais de corrente e tensão. A caracterização microestrutural foi realizada através das técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e transmissão (MET), espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS). Os resultados mostraram que a microestrutura do metal de solda foi constituída por uma matriz γ com fases secundárias ricas em Nb. Foi encontrada a formação de precipitados complexos de carbonetos/nitretos de Ti e Nb.

Resumo em Inglês:

To extend the life and reliability of pipes and equipment in oil & gas production and processing settings is a continuous demand. These aspects are essentially dependent on corrosion resistant alloys used. In this context, the weld overlay with Ni-based superalloys is a great interesting alternative, since improve the corrosion resistance without increase the cost of manufacture when compared to massive equipment. Thus, the objective of this study was to evaluate the metallurgical aspects of Inconel 625 weld overlays deposited by GTAW cold wire feed process. The welds were performed using a robotic workbench, an electronic power supply and a data acquisition system. The microstructural characterization was carried out using scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (MET), electron dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction. The results shown that the microstructure of overlays was formed by a gamma matrix and secondary phases rich in Nb. These precipitates were identified as Nb-rich Laves phase and a complex TiN/NbC.

Resumo em Espanhol:

Tradicionalmente, la fabricación soldada de tuberías de acero Cr-Mo empleadas en serpentines de hornos para la industria petroquímica se ha venido realizando de forma masiva mediante procesos de baja productividad, principalmente TIG para la pasada de raíz y SMAW para las pasadas de relleno, ambos manuales. En este estudio se muestran los resultados de la investigación realizada por el Centro Tecnológico AIMEN, en relación al empleo de tecnologías de alto rendimiento, concretamente TIG, HW-TIG y PAW robotizadas, aplicadas a los mismos materiales y productos. De este modo se calculan y comparan cuatro índices de productividad: Tiempo de Soldadura, Tasa de Deposición, Material Depositado y Volumen de Gas Consumido. El objetivo del estudio es contribuir a la reducción de los tiempos de producción, de los costes de fabricación, y a la mejora de la calidad del producto.

Resumo em Inglês:

Traditionally, the manufacture of welded Cr-Mo steel pipes used in furnace coils for petrochemical industry has been carried out on a massive scale by low productivity processes, mainly TIG for root pass and SMAW for layers of filling run, both of them manuals. This study presents the results of a research, conducted by AIMEN Technology Centre, related to the use of high performance technologies, specifically robotic processes such as TIG, TIG-HW and PAW, applied to the same materials and products. Thus, four productivity ratios have been calculated and compared: welding time, deposition rate, deposited material and volume of consumed gas. The aim of the study is to contribute to the reduction of the production time, manufacturing costs and to the improvement of the product quality.

Resumo em Português:

O processo MIG/MAG CA tem um potencial muito grande de aplicação, por permitir unir as características da soldagem MIG/MAG convencional (corrente contínua, com o eletrodo no positivo) com as de se usar corrente negativa na soldagem MIG/MAG. Entretanto, o formato de onda de corrente (alternada, pulsada no positivo e constante no negativo) demanda uma seleção criteriosa de seus inúmeros parâmetros de regulagem, o que vem limitando o estudo e aplicação desta versão de processo MIG/MAG. O objetivo deste trabalho foi propor e avaliar uma metodologia capaz de estimar os parâmetros de regulagem do processo MIG/MAG CA, de tal forma a se obter soldas com estabilidade de comprimento de arco e cordões com geometria adequada. É feita uma descrição passo a passo da definição dos parâmetros de entrada e da forma de se obter experimentalmente alguns valores de parâmetros necessários para estimação de outros valores de regulagem. As equações de estimação são apresentadas e discutidas. É feita uma demonstração da aplicação da metodologia, com a validação dos resultados pela comparação entre valores estimados e reais.

Resumo em Inglês:

The AC MIG/MAG process presents remarkable application potential, since it allows join the characteristics of the conventional MIG/MAG process (direct current, electrode positive) with the ones obtained when negative current is applied in MIG/MAG welding. However, the current wave shape (alternate, pulsed in positive and constant in negative polarities) demands a criterions selection of its innumerous setting parameters, fact that limits the development and application of this process version. The objective of this work was to propose and assess a methodology able to estimate the setting parameters of the CA MIG/MAG welding process, in such a way to result in welds with arc length stability and adequate bead geometry. A step-a-step description of the input parameter definitions and of the way to experimentally obtain some parameter values needed to estimate other setting parameters. The estimation equations are presented and discussed. A demonstration of the methodology application is carried out, with validation through actual welds.

Resumo em Português:

O fim último da Tecnologia da Soldagem é a especificação da junta que será produzida. Isto inclui o seu dimensionamento, bem como a adequação de diversos fatores, tais como a tenacidade e outras propriedades mecânicas e metalúrgicas, o ambiente no qual ela está, além da sua finalidade. Porém, adicionalmente há uma nova tendência mundial ―através de Códigos, normas etc.― de considerar a especificação da junta soldada como fruto de complexas interações entre os fenômenos metalúrgicos, os aspectos relativos aos mecanismos das conexões e o comportamento mecânico de todos os materiais envolvidos. Apesar de neste artigo considerarmos como metais base os aços estruturais, não há absolutamente perda de generalidade e com esta relativamente nova perspectiva, deverão sofrer profundas mudanças o nível e a qualidade da informação usualmente acessível aos engenheiros de soldagem e aos projetistas de estruturas soldadas. Portanto, buscando alertar estes profissionais para os novos paradigmas, apresentaremos questões relativas ao projeto das estruturas soldadas (ou produzidas por brasagem), principalmente sob o ponto de vista do apoio que o engenheiro de soldagem pode oferecer ao projetista.

Resumo em Inglês:

The paramount aim of Welding Technology is the specification of the joint that will be produced. This includes its dimensioning, as well as the suitability of many factors, such as toughness and other mechanical and metallurgical properties, the environment in which it is, besides its fitness for purpose. However, additionally there is a new world-wide trend ―through Codes, standards etc.― in to consider the welded joint specification as a result of complex interactions among the metallurgical phenomena, the aspects related to connections mechanisms and the mechanical behaviour of all materials involved. In despite of in this paper we consider structural steels as base metals, absolutely there is not lack of generality and with this relatively new outlook, it is expected that profound changes will occur in the level and quality of the information usually accessible to welding engineers and designers of welded structures. Therefore, aiming to caution those professionals to the new paradigms, we will pose questions related to the design of welded structures (or produced by brazing), mainly under the point of view of the support that the welding engineer can offer to the designer.