Resumo em Português:

A mesa suporte das peças a serem unidas normalmente se deforma durante o processo de soldagem por atrito com pino não consumível devido às altas cargas envolvidas. Consequentemente, a obtenção de juntas soldadas com penetração total, bem como a vida útil da amostra e da ferramenta podem ser afetadas, causando paradas não programadas e comprometendo a produtividade do processo e deslocando mão de obra para uma etapa de manutenção não prevista na cadeia do processo de soldagem. Este trabalho apresenta uma mesa de apoio com depósito cerâmico para o processamento e soldagem por atrito com pino não consumível. Para o desenvolvimento da mesa foram testados quatro depósitos cerâmicos, sob uma placa de aço, dos quais o de menor porosidade atingiu melhor desempenho. Essa mesa permitiu a realização de juntas soldadas com penetração completa de aços inoxidáveis duplex; resistir às altas cargas durante a soldagem de aços baixa liga alta resistência e realizar juntas dissimilares aço-alumínio, sem aderência do material mais macio à mesa suporte; bem como outras importantes características como confinar o calor e o metal plastificado, assim como determinar parâmetros de soldagem estáveis.

Resumo em Inglês:

Usually, the workpiece is deformed during the friction stir welding, due to high applied loads. Consequently, fully and consolidated friction stir welded joints as well as tools life time can be affected promoting unscheduled manufacturing stops which favorites decreasing the welding productivity. Furthermore, the workforce is dislocated to not predicted maintenance steps. This work proposes the development of a special ceramic backing to joining and processing material using FSW technologies. Four ceramic deposits were tested over a steel plate , which allowed selecting those with less porosity and, thus, better strength. This backing allowed to obtain full penetration welds for duplex stainless steels, to resist high forces during engage for high strength low alloy steels and to obtain consolidated aluminum-steel dissimilar joints. For the last one, there was not adherence of the soft material in workpiece. In addition, the ceramic backing allowed confine the heat and plasticized metal, as well as developing established welding parameters.

Resumo em Português:

Os aços inoxidáveis duplex (AID) são materiais que apresentam elevada resistência à corrosão com altos valores de resistência mecânica motivando sua utilização em diversos componentes de processo na indústria offshore. No entanto, existem grandes desafios na soldagem destes materiais em termos de produtividade e qualidade da junta produzida, tendo em vista sua ampla utilização desde componentes de pequenas espessuras, tais como umbilicais, até de grandes espessuras, como tubulações de linhas de injeção de água salgada. No que concerne a tubulações de espessuras pequenas é empregado satisfatoriamente o processo de soldagem Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) conhecido como TIG. No que diz a respeito a tubulações de paredes espessas foi implementado, recentemente, o processo automático de soldagem por arco submerso (SAW) na linha de pré-montagem de tubulações, aumentando consideravelmente a produtividade das juntas produzidas. No entanto, existe uma grande demanda de tempo para a realização de um novo passe de solda, em virtude da máxima temperatura interpasse exigida ser inferior a 150ºC. Portanto, o presente trabalho apresenta os resultados da caracterização e avaliação da resistência à corrosão de uma junta soldada correspondente a uma tubulação de aço inoxidável duplex (AID) UNS S31803 de 21,4 mm de espessura de parede soldada pelos processos de soldagem MIG (GMAW) na raiz e arco submerso (SAW) no enchimento e acabamento, empregando-se temperaturas interpasses entre 150 e 290ºC. Os resultados da caracterização das propriedades mecânicas, composição química e resistência à corrosão em diversas regiões da junta soldada foram comparadas com os obtidos para o metal de base (MB) da tubulação, assim como com os valores mínimos exigidos pelas normas de projeto. Deste modo, o presente trabalho permite avaliar a influência da temperatura interpasse nas propriedades da junta em decorrência de um possível aumento da produtividade durante a soldagem.

Resumo em Inglês:

Duplex stainless steels (DSS) are materials that present high corrosion resistance with high values of mechanical strength, therefore motivating their use in various components in the offshore industry. However, there are major challenges in the welding of these materials in terms of the productivity and quality of the joint produced, considering its extensive use for components of small thickness, such as umbilicals, to those of large thickness, such as salt water injection pipe lines. In relation to pipes of small thickness, the gas tungsten arc welding process (GTAW) is successfully used. In thick-walled pipes the automatic process of submerged arc welding (SAW) has been recently implemented in lines of pre-assembled piping, and this has considerably increased the productivity of the joints produced. Though, a great deal of time is required to perform a new weld pass, due to the fact that the maximum interpass temperature needs to be lower than 150°C. This work presents the results of characterization and the evaluation of corrosion resistance of a welded joint corresponding to DSS UNS S31803, with a wall thickness of 21.4 mm, welded by the gas metal arc welding process (GMAW), in the root, and submerged arc welding process (SAW), in the filling and cap passes, employing an interpass temperature between 150 and 290ºC. The results of the characterization of the mechanical properties, chemical composition and corrosion resistance in different regions of the welded joint were compared with those obtained for the base metal of the pipe, as well as, with the minimum values required by the project standards. Therefore, this study has made an evaluation of the influence of the interpass temperature in the properties of the joints produced, motivated by a possible increase of productivity in pipe welding.

Resumo em Português:

Os aços inoxidáveis superduplex (AISD) são materiais que aliam altos valores de resistência mecânica com elevados níveis de resistência à corrosão. Por tal motivo, esta família de aços inoxidáveis é muito utilizada em componentes de processo na indústria offshore. No entanto, existem grandes desafios na soldagem destes materiais em termos de produtividade e custos mantendo-se a qualidade da junta produzida. Atualmente, a proteção gasosa da raiz é efetuada até o último passe de acabamento na soldagem durante a pré-montagem e montagem de tubulações de AISD em plataformas offshore. Neste tipo de proteção são usualmente empregados os gases hélio, argônio e nitrogênio, ou misturas destes. O nitrogênio é tipicamente adicionado no gás de proteção em teores de até 3% de modo a promover a estabilização da fase austenítica na superfície da raiz da solda. Devido ao alto custo do gás de proteção utilizado, é necessário determinar o passe ou camada na qual a proteção gasosa na raiz seja efetiva em termos das propriedades mecânicas e da resistência à corrosão, considerando ser esta uma região crítica, que ficará em contato com o fluido operante durante o serviço do componente. Neste sentido, o presente trabalho apresenta os resultados da influência da utilização de gás de purga na raiz de juntas soldadas correspondente a uma tubulação de aço inoxidável superduplex (AISD) UNS S32750 de 9 mm de espessura de parede soldada pelo processo de soldagem TIG (GTAW). Foram avaliados o ciclo térmico, o teor de nitrogênio e a tenacidade ao impacto da raiz da solda em função do aporte térmico para diversas juntas soldadas com diferentes níveis de proteção gasosa na raiz. Deste modo, o presente trabalho tem como objetivo a redução de custos na soldagem de tubulações indicando até qual camada é requerida a proteção gasosa na raiz em função do aporte de calor empregado.

Resumo em Inglês:

Superduplex stainless steels (SDSS) are materials that have high mechanical strength and corrosion resistance and, for this reason, they are widely used in components for the offshore industry. Despite this, there are great challenges in the welding process of this material in relation to productivity and costs whilst maintaining the high quality of the weld produced. In reality, during the pre-assembly and assembly of SDSS pipelines at offshore platforms, backing gas protection of the root is executed until the last pass of the welding procedure. The most common gases used are helium, argon and nitrogen, or a mixture of these. Up to 3% of nitrogen is typically added to the mix to promote the stabilization of austenitic phase at the welding root surface. Due to the high cost of the protection gas, there is a market need to determine the pass or layer in which the root backing gas protection is effective, in terms of the mechanical properties and the corrosion resistance, because the region will be in constant contact with the fluid during the component service life. This work presents the results of the influence of the utilization of backing gas on the root of welded joints of superduplex stainless steel (SDSS) UNS S32750 piping, with a thickness of 9mm, welded by the gas tungsten arc welding (GTAW) process. The thermal cycle, nitrogen content and the toughness of the welding root were evaluated in function of the heat input for various samples with different levels of backing gas protection on the root. The primary objectives of this work are; the reduction of costs of the welding process of pipes and to show which layer requires backing gas protection on the root in function of the heat input.

Resumo em Português:

Liga de Níquel do tipo IN 625 é usada para proteger componentes de turbinas aeronáuticas ou de geração de energia e de refinarias de petróleo, especialmente devido a uma associação de tenacidade e elevada resistência à corrosão. Estas propriedades são associadas com a composição química e com a microestrutura dos revestimentos que dependem dos parâmetros de processo e da composição do componente a ser revestido. Este artigo avaliou o impacto da diluição sobre a microestrutura e propriedades da liga de Níquel IN 625 depositada por Plasma com Arco Transferido (PTA) sobre dois substratos: aço carbono API 5L e aço inoxidável AISI 316L. Diferenças relacionadas à interação com o substrato foram maximizadas pela análise de revestimentos com cordão único, processados com três correntes de deposição: 120, 150 e 180 A. Correlação com a liga de Níquel fundida contribuiu para avaliar o impacto da diluição aos substratos. A diluição foi determinada pela razão de áreas e a dureza Vickers medida na seção transversal dos revestimentos. Microscopia Eletrônica de Varredura, Laser Confocal e difração de raios-X foram realizados para caracterizar a microestrutura. Os resultados indicaram que o aumento da diluição com o aumento da corrente de deposição foi fortemente influenciado pelo substrato. Diluição entre 5 e 29% foi encontrada para os revestimentos processados sobre aço API 5L e entre 22 e 51% para o substrato de aço inoxidável com baixa condutividade térmica AISI 316L.Diferenças na microestrutura e propriedades dos revestimentos podem ser associados com a interação a cada substrato. A maior fração de carbonetos promoveu maior dureza nos revestimentos processados sobre API 5L, enquanto a baixa condutividade térmica do aço AISI 316L e o maior teor de ferro em solução sólida nos revestimentos contribuiu para a menor dureza observada nestes revestimentos.

Resumo em Inglês:

Nickel-based alloy IN 625 is used to protect components of aircrafts, power generation and oil refinery due to an association of toughness and high corrosion resistance. These properties are associated with the chemical composition and microstructure of coatings which depend on the processing parameters and the composition of the component being protected. This paper assessed impact of dilution on the microstructure and properties of the Ni alloy IN 625 deposited by Plasma Transferred Arc (PTA) on two substrates: carbon steel API 5L and stainless steel AISI 316L. Differences due to the interaction with the substrate were maximized analyzing single layer coatings, processed with three deposition current: 120, 150 and 180 A. Correlation with a cast Nickel-based alloy sample contributed to assess the impact of dilution on coatings. Dilution was determined by the area ratio and Vickers hardness measured on the transverse section of coatings. Scanning electron and Laser confocal microscopy and X-ray diffraction analysis were carried out to characterize the microstructure. Results indicated the increasing dilution with the deposition current was deeply influenced by the substrate. Dilution ranging from 5 to 29% was measured on coatings processed on the API 5L steel and from 22 to 51% on the low thermal conductivity AISI 316L steel substrate. Differences on the microstructure and properties of coatings can be associated with the interaction with each substrate. Higher fraction of carbides account for the higher coating hardness when processing on API 5L whereas the low thermal conductivity of AISI 316L and the higher Fe content in solid solution contributed to the lower hardness of coatings.

Resumo em Português:

Três processos de união de perfis de alumínio concorrem para a manufatura de painéis estruturais (união entre revestimento e reforçadores) aeronáuticos: rebitagem, Friction Stir Welding (FSW) e soldagem a laser (Laser Beam Welding - LBW). Esses processos têm vantagens e desvantagens particulares, as quais foram analisadas no presente estudo focando, especificamente, nas propriedades de tração do conjunto unido. Dois ensaios mecânicos foram considerados, T-pull test e Hoop test. No que tange ao ensaio T-pull, as amostras soldadas por LBW apresentam maior capacidade de suportar cargas. Isso se deve à melhor distribuição de cargas, quando a solicitação mecânica se faz pelo reforçador. No caso do ensaio Hoop, onde a solicitação mecânica se dá exclusivamente no revestimento, os resultados obtidos por FSW são notadamente superiores aos obtidos pelos demais processos, em termos de tensão máxima, tensão de escoamento e de alongamento máximo. Conclui-se que tanto o LBW quanto o FSW são métodos de soldagem com possibilidade de substituir a rebitagem comumente aplicada nas aeronaves comerciais.

Resumo em Inglês:

Three welding processes for aluminum parts have been considered for the aircraft fabrication: riveting, friction stir welding (FSW) and laser beam welding (LBW). These processes have advantages and threats, which were analyzed in the present work focusing on T-pull and Hoop tensile properties. Concerning T-pull tests, LBW coupons presented higher ability to withstand the applied loads. This was due to the better distribution of loads when the strain is done to the stringer direction. In the case of the Hoop tests, which stress only the skin, the results obtained after FSW were notably higher in terms of ultimate tensile stress, yield stress and maximum strain. It was concluded that both LBW and FSW could replace riveting usually applied for commercial aircraft manufacturing.

Resumo em Português:

Diante da importância da pressão de estagnação do arco na formação da poça de fusão ou de defeitos no cordão, e das dificuldades associadas à sua medição, devido, sobretudo, às elevadas temperaturas presentes no arco voltaico, neste trabalho foi realizado o desenvolvimento de um dispositivo destinado à medição dessa pressão e uma aplicação inicial com o objetivo de compreender melhor o comportamento da pressão exercida pelo arco voltaico sobre a superfície da poça de fusão. Este estudo contempla a realização de ensaios visando identificar a distribuição radial de pressão do arco, bem como a sua magnitude em função de algumas variáveis de soldagem, a saber: distância eletrodopeça e tamanho do bocal de gás. Os resultados indicam que a pressão de estagnação do arco é fortemente influenciada pela distância eletrodopeça e, em menor grau, pelo tamanho do bocal de gás, e sua distribuição radial pode ser descrita por uma curva gaussiana.

Resumo em Inglês:

Considering the importance of the stagnation pressure of the arc in the formation of the weld pool or defects in the weld bead, and the difficulties associated with its measurement, mainly due to the high temperatures present in the arc, there was developed in this work a device designed to measure this pressure and an initial application in order to better understand the behavior of the pressure exerted by the arc on the surface of the weld pool. Experiments were realized in this study to identify the radial distribution of the stagnation pressure and its magnitude according to some welding variables, namely piece-electrode distance and size of the gas nozzle. The results indicate that the stagnation pressure of the arc is strongly influenced by the piece-electrode distance and to a lesser degree, the size of the gas nozzle and its radial distribution can be described by a Gaussian curve.

Resumo em Português:

O objetivo deste trabalho foi estudar a influência da corrente de soldagem sobre o rendimento bruto de fusão em soldagem MIG/MAG, levando-se em consideração as dimensões da peça. Para isto, foram feitas soldagens sobre chapas de três espessuras em uma faixa de corrente, utilizando-se o processo MIG/MAG CMT com o auxílio de uma unidade robótica. A escolha desse processo se deu para minimizar o efeito mecânico do arco no rendimento bruto de fusão, fato experimentalmente comprovado no trabalho. Foi verificado que o aumento da corrente e/ou redução da combinação espessura-largura da chapa fazem aumentar o rendimento bruto de fusão. Mas a intensidade do efeito da corrente depende da combinação espessura-largura da chapa.

Resumo em Inglês:

The objective of the present paper was to study the influence of the welding current on the gross fusion efficiency in MIG/ MAG welding, taking into account the plate dimensions. A series of weldments were carried out over three thickness plates in a current range utilizing the MIG/MAG CMT process, aided by a robotic unity. The choice of the process aimed to minimize the arc mechanical effect on the gross fusion efficiency, fact experimentally checked in the work. It was verified that an increase of current and/or reduction in the thickness-width combination leads to higher gross fusion efficiency. However, the intensity of the current effect depends on the thickness-width combination

Resumo em Português:

Este estudo consistiu na caracterização de partículas ultrafinas emitidas durante a soldadura de arco de aço ao carbono e inoxidável, utilizando diferentes misturas como protecção gasosa por forma a avaliar a influência dos modos de transferência, medidos pelos parâmetros operacionais e pela composição das misturas gasosas, na quantidade e na morfologia das partículas ultrafinas. Verificouse que a quantidade de partículas ultrafinas emitidas (medida como o número de partículas e como a área superficial das partículas depositadas ao nível dos alvéolos pulmonares) depende fortemente dos principais parâmetros de soldadura, em particular, da intensidade de corrente e da entrega térmica. A emissão de partículas ultrafinas aumenta com a intensidade de corrente, do mesmo modo que a emissão de fumos. Quando se comparam diferentes misturas de gases de protecção, observam-se maiores emissões para misturas mais oxidantes, ou seja, com maior teor de CO2, e maiores valores de áreas superficiais depositadas ao nível dos alvéolos pulmonares, o que origina situações mais gravosas em termos da exposição dos trabalhadores

Resumo em Inglês:

The present study aims to characterize ultrafine particles emitted during gas metal arc welding of mild steel and stainless steel, using different shielding gas mixtures, and to evaluate the effect of metal transfer modes, controlled by both processing parameters and shielding gas composition, on the quantity and morphology of the ultrafine particles. It was found that the amount of emitted ultrafine particles (measured by particle number and alveolar deposited surface area) are clearly dependent from the main welding parameters, namely the current intensity and the heat input of the welding process. The emission of airborne ultrafine particles increases with the current intensity as fume formation rate does. When comparing the shielding gas mixtures, higher emissions were observed for more oxidizing mixtures, that is, with higher CO2content, which means that these mixtures originate higher concentrations of ultrafine particles (as measured by number of particles by cubic centimeter of air) and higher values of alveolar deposited surface area of particles, thus resulting in a more hazardous condition regarding welders exposure.

Resumo em Português:

Metais de solda produzidos por eletrodos revestidos básicos aglomerados com politetrafluoretileno (PTFE) têm apresentado baixíssimos teores de hidrogênio difusível e elevadas frações volumétricas de ferrita acicular. Esse estudo investigou o papel desempenhado pelo polímero na formação de tal constituinte. A microestrutura produzida por consumíveis contendo esse componente apresentou quantidades de ferrita acicular consideravelmente superiores à prevista na literatura para um metal de solda com os mesmos teores de carbono, silício e manganês. Tal diferença não pode ser atribuída a variações nos parâmetros de soldagem empregados. A análise dos elementos químicos residuais apontou o nitrogênio como sendo o principal responsável pelas discrepâncias observadas na microestrutura. O estudo das características operacionais de eletrodos classe E7018 tradicionais e aglomerados com polímero mostrou que a menor absorção de nitrogênio pelo metal de solda se deve a dois fatores principais. Medidas do teor de nitrogênio dissolvido das gotas coletadas durante a soldagem do eletrodo aglomerado com polímero demonstrou uma atmosfera protetora mais efetiva. O teor de carbono presente no metal de solda obtido pela soldagem do eletrodo com polímero apontou para uma atmosfera rica nesse elemento. Tal característica é coerente com a hipótese de uma melhor proteção gasosa. O tamanho médio das gotas coletadas, teor de nitrogênio dissolvido em função do tamanho e os oscilogramas de tensão indicaram alterações no modo de transferência metálica.

Resumo em Inglês:

Weld metals obtained from covered electrodes agglomerated with polytetrafluorethylene (PTFE) presented ultra low diffusible hydrogen content and appreciate quantities of acicular ferrite. This paper investigated the polymer influence on its constituent formation. The microstructure produced by consumables containing this component presented acicular ferrite quantities higher than expected on the literature for weld metals with same carbon, silicon and manganese content. This difference could not be related to welding parameters employed. The residual chemical elements evaluation indicated nitrogen as the main responsible by the microstructural variances observed. The operational characteristics of classic E7018 and polymer agglomerated electrodes showed the less weld metal nitrogen absorption must be associated to two main factors. The dissolved nitrogen of the metallic drops collected during the polymer agglomerated electrode welding showed most effective shielding atmosphere. The carbon content of polymer agglomerated electrode indicated an atmosphere rich on its element. This is in accordance with a best shielding process hypothesis. The metallic drops average size, dissolved nitrogen content as a function of size and voltage oscillograms indicated metallic transfer mode changes.

Resumo em Português:

A manufatura aditiva (MA) é uma evolução da prototipagem rápida no sentido que cria um produto físico a partir de um arquivo digital (CAD 3D), entretanto sua utilização extrapola a produção de protótipos. Esta técnica envolve o projeto de um componente em camadas, estas multicamadas são depositadas por processos de soldagem produzindo o componente sem a necessidade de moldes ou outras ferramentas. Inicialmente esta tecnologia quase se restringia a processos de alta densidade de energia entretanto a busca por maior competitividade levou utilização de processos de soldagem a arco, utilizando material de adição na forma de arame ou de pó. Este trabalho tem por objetivo revisar as informações mais recentes com particular destaque para a MA utilizando processos a arco. São destacados os desafios envolvidos na fabricação de componentes por MA tanto na deposição das multicamadas como na fase de acabamento.

Resumo em Inglês:

Additive manufacturing (AM) can be considered an evolution from Rapid prototyping as it allows to manufacture a component from a computer file (CAD 3D) though its applications extrapolate the production of prototypes. This technique involves the layered design of a component and subsequent welding deposition of the multilayer structure to produce parts without the need for molds or other tools. Although AM is frequently associated with the use of high density processes the need for higher competitiveness expanded its range of technologies to include arc welding processes. This paper aims to summarize up-to-date information on AM, particularly involving arc welding processes. Emphasis is given on the challenges associated with the building-up of components during multilayered deposition and on post-deposition procedures.