Resumo em Português:

Resumo A manufatura aditiva é um processo utilizado para a construção e reparos de peças que possuem geometria complexa ou que necessitem de gradiente de propriedades. Nessa técnica múltiplas camadas são depositadas para a construção da geometria do componente. O sucesso desse procedimento depende de fatores como a técnica de deposição, parâmetros, liga a ser depositada e condições da deposição, como temperatura e atmosfera protetora. Neste estudo, o potencial da técnica de Plasma por arco transferido para manufatura aditiva foi avaliado produzindo “paredes finas”, construídas a partir da sobreposição de cordões. Foram utilizadas duas ligas a base de níquel, uma endurecida por precipitação e outra endurecida por solução sólida. Durante os trabalhos, foram selecionados os parâmetros de processamentos, incluindo a avaliação do efeito do pré-aquecimento a 300°C. Resultados mostraram que a composição química da liga influencia a geometria da parede construída assim como a utilização de pré-aquecimento. Estruturas de solidificação exibindo dendritas refinadas com crescimento epitaxial entre camadas são identificadas. Entretanto, as características da liga determinam o perfil de dureza ao longo da seção transversal, sendo a liga endurecida por precipitação influenciada pelos ciclos térmicos de deposição e a liga endurecida por solução sólida pela diluição com o substrato. Em qualquer dos casos é recomendado a aplicação de tratamento térmico pós-soldagem para uniformização das propriedades.

Resumo em Inglês:

Abstract Additive manufacturing (AM) is a process used to build and repair complex shape components or whenever a property gradient is required. In this manufacturing procedure, multiple layers are deposited to fabricate a component. The success of the procedure is strongly dependent on the deposition technique, processing parameters selection and chemical composition of the material being deposited. Also pre-heating and the use of inert atmosphere impact on cracking, wettability and oxidation of the deposited layers. In this study, the potential of plasma transferred arc for additive manufacturing was assessed by the fabrication of “thin walls”. Two Ni superalloys were used, a solid solution hardening and a gamma prime precipitation hardening alloy. The analysis of processing parameters that allowed to process “thin wall”, included pre-heating at 300°C. Results showed that the chemical composition and the using of pre-heating impact on the layers geometry. In both alloys, a fine dendritic solidification structure with epitaxial growth between layers was identified. However, each alloy determined the hardness profile along the cross section. The precipitation hardened alloy is strongly influenced by the deposition thermal cycle of each layer. The solid solution hardened alloy is mainly influenced by dilution of the first layers with the substrate.

Resumo em Português:

Abstract Currently, microalloyed high strength steels are being widely used to replace C and C-Mn steels for their advantages in terms of mechanical properties, corrosion resistance and weldability, allowing weight reduction of vehicles and structures without impairing their strength. When these steels are welded, the welding heat cycle causes microstructural changes that alter their original properties. The heat input (HI: heat input) is one of the main variables to consider when these modifications are evaluated. The final properties of the welded joint are also defined by the type of consumable used. The aim of this paper is to analyze the mechanical properties and microstructure of a butt welded microalloyed steel with two filler metal grades and different HI. A considerable increase grain size in the heat affected coarse grain zone, especially for high HI; and a softening in fine grain zone were observed. The values of tensile strength at both welding consumables remained basically unaltered, with better performance when welded with low HI. The toughness in the HAZ was improved when the HI decreased.

Resumo em Espanhol:

Resumen Actualmente, los aceros microaleados son ampliamente utilizados en reemplazo de los aceros al C y C-Mn por sus ventajas en cuanto a propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión y soldabilidad, permitiendo una reducción de peso de los vehículos y estructuras sin detrimento de su resistencia. Cuando estos aceros son soldados, el ciclo térmico de la soldadura provoca cambios microestructurales que modifican sus propiedades originales. El calor aportado (HI: heat input) es una de las principales variables a tener en cuenta cuando se evalúan estas modificaciones. Las propiedades finales de la unión soldada también se definen por el tipo de consumible utilizado. El objetivo de este trabajo es analizar las propiedades mecánicas y la microestructura de juntas soldadas a tope de un acero microaleado con dos grados de metal de aporte y diferentes HI. Como resultado del trabajo se observó un aumento considerable de tamaño de grano en la ZAC adyacente a la línea de fusión para todas las condiciones, siendo este efecto más marcado cuando se soldó con alto HI; y un ablandamiento en la ZAC de grano fino. Prácticamente se mantuvieron los valores de resistencia a la tracción al soldar con ambos consumibles, con un mejor desempeño cuando se soldó con bajo HI. La tenacidad en la ZAC mejoró con la disminución del HI.

Resumo em Português:

Resumo Estudos mostraram que o emprego de polímero como aglomerante em eletrodos revestidos básicos produz metais de solda com microestrutura diferenciada com elevadas frações volumétricas de ferrita acicular. Entre as causas apontadas para esse comportamento estão as alterações na atmosfera protetora e no modo de transferência metálica. Para investigar o efeito do polímero sobre a transferência metálica foi realizado o monitoramento da tensão e filmagens em alta velocidade durante a soldagem com eletrodos classe E7018 e aglomerados com polímero empregando diferentes intensidades de corrente. Pontas de eletrodos coletadas após a interrupção abrupta da soldagem foram submetidas a análise através de técnicas metalográficas. Independentemente da corrente empregada durante a soldagem foi observada uma menor frequência de curtos circuitos para o eletrodo com polímero. Para este consumível foi observado ainda a redução da frequência de curtos com o aumento da corrente de soldagem. Em inúmeros eventos caracterizados como sendo curtos circuitos pelos oscilogramas de tensão gerados na soldagem do eletrodo com polímero houve transferência sem a interrupção do arco elétrico. Notou-se, pelo ângulo entre a gota formada e o cone de revestimento, que o emprego do polímero intensificou o jato de plasma. Adicionalmente, o fenômeno de estrangulamento da gota formada observado na soldagem com este eletrodo, indica alterações na tensão superficial e força eletromagnética.

Resumo em Inglês:

Abstract Studies have shown that when used as binders for basic covered electrodes, polymers produce a weld metal microstructure with a high acicular ferrite content. The reasons identified for this behavior include changes in the shielding atmosphere and metal transfer mode. To investigate the effect of polymers on metal transfer, voltage oscillograms and high-speed films were recorded during welding with standard-binder and polymer-binder E7018 electrodes using different welding currents. Electrodes tips collected after the arc had been abruptly interrupted were examined metallographically. For electrodes with a polymer binder, the short-circuit frequency was lower regardless of the welding current used and decreased as welding current increased. In many events characterized as short circuits in the voltage oscillograms for polymer-binder electrodes, metal transfer in fact occurred without any arc interruption. The angle between the outer edge of the metal drop and the inner edge of the coating crater showed that the polymer increased the intensity of the plasma jet, and the pinch effect observed during welding using the polymer-binder electrode indicated that there were changes in surface tension and electromagnetic force.

Resumo em Português:

Resumo Aços que atendem à norma API 5L são aplicados na construção de dutos e há grande interesse naqueles de maior resistência, como o grau API 5L X70Q. Ainda são escassos os estudos relacionados a tubos sem costura. Durante a montagem, os tubos podem ser soldados por eletrodos revestidos (SMAW) e eventualmente sofrer aquecimento indutivo para adequação à topografia do terreno, processos que podem alterar a microestrutura das juntas. Neste trabalho foram obtidas juntas soldadas pelo processo SMAW, a partir de tubo sem costura grau API 5L X70Q. As juntas foram submetidas a tratamentos térmicos pós-soldagem nas temperaturas 920 °C e 600 °C. Foram realizados ensaios de tração, impacto Charpy e microdureza, além de caracterização metalográfica nas amostras de metal base e nas juntas como soldadas e após os tratamentos térmicos. O tratamento térmico a 920 °C promoveu a formação de estrutura ferrita/perlita, com consequente redução na resistência mecânica das juntas a valores inferiores aos especificados para o grau X70Q. Porém, o tratamento térmico a 600 °C mostrou-se benéfico devido à redução da fração volumétrica dos constituintes martensita/austenita e martensita-austenita-bainita, sem reduzir de forma significativa a resistência mecânica e com relativo ganho na tenacidade ao impacto na ZTA e na ZF.

Resumo em Inglês:

Abstract Pipelines for oil and gas conduction are manufactured of steel tubes that meet the API 5L requirements. Currently, much of the research related to the materials used in this industry is target to steels with higher tensile strength such as API 5L X70Q. But studies related to seamless pipes remains rare. During the manufacture of the pipelines, the pipes are usually welded by the SMAW process and may be heated by the inducted bending process to fit the topography of the land, processes that can change the proportion or morphology of the constituents in the heat affected zone (HAZ) and in the fused metal. The present study used an API 5L X70Q seamless steel manufactured by the Mannesmann Process to produce weld joints by the SMAW process. The joints were subjected to post weld heat treatments in the temperatures of 920 °C and 600 °C. Mechanical tests which included tensile test, Charpy impact and microhardness were applied, in addition to microstructure evaluation in the joints as welded and after heat treatments. The results showed that the first heat treatment (920 °C) promoted the formation of structure ferrite/pearlite, which reduced the mechanical properties to values under the specified for materials API grade X70Q. The second heat treatment (600 °C) was feasible in reducing the volume fraction of the Martensite-Austenite and Martensite-Austenite-Bainite constituents, without significant reduction in mechanical strength of the welded joints and with significant gain in impact toughness in the HAZ and in the weld metal.

Resumo em Português:

Resumo Este trabalho tem por objetivo estudar a influência do tecimento na soldagem TIG com alimentação de arame frio em único passe visando à aplicação futura em revestimento de ligas de níquel, considerando a análise das características geométricas e diluição, de forma a adequar estes revestimentos para as indústrias do Setor de Petróleo e Gás Natural. A baixa diluição é necessária para evitar a redução das propriedades de resistência à corrosão dos revestimentos. As soldagens foram realizadas utilizando um robô industrial e um alimentador automático de arame frio. A liga usada como metal de adição foi a AWS ER NiCrMo-3 (Inconel 625) e o substrato foi o aço ASTM A516 Gr. 60. Foram realizadas soldagens com alimentação automática de arame frio na condição sem tecimento e com tecimento tipo triangular, variando a energia em três níveis. Os resultados mostraram que o uso do tecimento influencia consideravelmente a geometria do cordão de solda e o nível de diluição. Com uso do tecimento o reforço do cordão de solda reduziu e a largura aumentou, proporcionando uma melhor distribuição de material sobre a peça, reduzindo com isso a razão reforço/largura (R/L), parâmetro este que indica o grau de convexidade do cordão de solda. Uma razão R/L alta, indica que o grau de convexidade pode ser excessivo, dificultando com isso uma adequada sobreposição de passes para soldagem posterior de revestimentos, com a possibilidade de formação de vazios entre os mesmos. Quanto a penetração e a diluição, ambas apresentaram comportamentos similares, com redução de forma significativa nas condições em que o tecimento é empregado. Estes resultados mostram que o uso do tecimento garante uma combinação de baixa razão R/L com baixa diluição, condição esta desejável para soldagem de revestimentos.

Resumo em Inglês:

Abstract This work aims to study the influence of arc waving in GTAW process with cold wire feeding deposited in single pass in order to use nickel-based alloys as coating to of petroleum and natural gas industries, where low dilution is needed to avoid reduction in corrosion resistance of the coatings. The welds were made using an robot workbench and a cold wire feeder system. The alloy used as filler metal was AWS ER NiCrMo-3 (Inconel 625) and the substrate was ASTM A516 Gr 60 steel plates. Welds were carried out with automatic cold wire feeding varying without arc waving and with triangular type arc waving. In addition the heat input was changed at three levels. The results showed that the use of arc waving has considerably influence on the geometry of the weld bead and the level of dilution. With use of arc waving the weld bead reinforcement was reduced and the width were increased, providing a better distribution of material on the workpiece surface, thereby reducing the reinforcement/width (R/W) ratio. This parameter indicates the degree of convexity of the weld bead. A high R/W ratio indicates that the degree of convexity may be excessive; thereby hampering an adequate overlap between the passes aiming to produce weld overlay without voids between them. Penetration and dilution showed similar behaviors, with significantly reduction under conditions where the arc waving was applied. These results show that the use of arc waving ensures a combination of low R/W ratio with low dilution, condition that is desirable to weld coatings.

Resumo em Português:

Resumo Apesar da similaridade, os processos MIG/MAG e Eletrodo Tubular apresentam particularidades quanto à estabilidade do arco e variabilidade nas características dos cordões. Assim, a escolha de um dos processos, para aplicação específica deveria considerar como tais particularidades afetam a qualidade destas soldas. Para subsidiar esta escolha, o presente estudo teve como objetivo investigar como a mudança na corrente média afeta a estabilidade e a regularidade das transferências de metal em soldas realizadas com tensão constante e corrente pulsada e comparar a variabilidade da geometria e da diluição destas soldas. Para atingir estes objetivos foram realizadas soldas automatizadas, tendo como metal de base o aço ABNT 1020 e como metais de adição o arame AWS ER70S-6 e AWS E71T-1. Além das soldas com variação da corrente média, os testes envolveram a determinação dos parâmetros para a ocorrência de transferência estável por curto-circuito, goticular e pulsado. Os resultados mostraram que a tensão que determina a maior estabilidade na transferência pelo modo curto-circuito, independe da velocidade de soldagem e aumenta com a velocidade do arame, mostraram também que as soldas com arame tubular apresentaram maiores variabilidades comparadas ao arame maciço.

Resumo em Inglês:

Abstract Despite the similarity, the MIG/MAG and Tubular Electrode processes have particularities regarding the arc stability and variability in the characteristics of beads. Thus, the choice of one of the processes to specific application should consider how such particularities affect the quality of these welds. To support this choice, this study aimed to investigate as change in average current affects the stability and regularity of the metal transfers on welds performed with constant voltage and current pulsed and compare the variability of geometry and dilution of these weld. To achieve these goals automated welds were carried out , based on the metal ABNT 1020 and adding the metal wire ER70S -6 AWS and AWS E71T -1. In addition to the welds with the variation current average, the tests involved the determination of the parameters for the occurrence of stable transfer by short circuit, goticular and pulsed. The results showed that the voltage that determines the greatest stability in the short circuit transfer mode, is independent the welding speed of and increases with the wire speed, also showed that tubular wire solders showed higher variability compared to the solid wire.

Resumo em Português:

Resumo O processo plasma pó é um dos mais recentes na aplicação de revestimento, possuindo como principal característica o controle da diluição. A soldagem de revestimento com aços inoxidáveis superduplex é uma interessante opção para a construção e o reparo de equipamentos para aplicações em ambiente de corrosão severa, permitindo alcançar as características desejadas:resistência à corrosão e boas propriedades mecânicas. Logo, este trabalho tem como objetivo avaliar o teor de ferrita no metal de solda e as características mecânicas através de perfis de microdureza em soldagens de revestimentos de dutos de aço C-Mn com deposição de UNS S32760 depositadas pelo processo Plasma Pó. Foram realizadas soldagens em dutos com deposição de AISD, empregando três níveis de energia de soldagem, variando a velocidade ou corrente de soldagem. Posteriormente, foi feita a análise de geometria e quantificação do teor de ferrita no metal de solda e levantamento do perfil de microdureza. A variação da energia de soldagem acarretou mudanças na geometria do cordão de solda, sendo que a alteração da corrente de soldagem proporcionou alterações mais significativas. O aumento da energia acarretou na redução do teor de ferrita do metal de solda. Em relação à microdureza, apenas a condição de maior nível de corrente de soldagem apresentou níveis bastante elevados de microdureza no metal de solda.

Resumo em Inglês:

Abstract The powder plasma process is one of the latest on weld overlay application and it has as main feature getting the dilution control. The weld overlay with the Super Duplex Stainless Steels is an interesting alternative for the construction and repair of equipment for applications in severe corrosive medium corrosion, allowing reach the desirable characteristics: good resistance corrosion and mechanical properties. Soon, the main objective of the present work is to evaluate the ferrite content in the weld metal and mechanical properties through microhardness profile in weld overlay of C-Mn pipes with UNS S32760 deposition by powder plasma process. Three welding energy levels, varying the speed or welding current, had been carried in the pipes with SDSS deposition. Later, it had carried geometry analysis and quantification of ferrite content in the weld metal and microhardness profile survey. The variation of welding current caused changes in the geometry of weld bead, being the change of welding current provided the most significant changes. Higher levels of heat input resulted in the reduction of the ferrite content of the weld metal. Regarding to the microhardness, just the condition of higher level of welding current high enough levels presented microhardness on weld metal.

Resumo em Português:

Resumo O desempenho em desgaste e a tenacidade das ligas CoCrMoSi estão associados à presença de fase de Laves. Neste sentido, o teor de elementos de liga vem sendo alterado para reduzir a fragilidade em algumas ligas recentemente propostas. O presente estudo avaliou revestimentos por Plasma com Arco Transferido (PTA) para diferentes graus de interação com o substrato de aço AISI 316L. Por hipótese, uma maior diluição promoverá maior teor de ferro, cromo e níquel oriundos do substrato e, portanto, uma menor fração de fase dura de Laves. Os revestimentos foram caracterizados por microscopia ótica e eletrônica e varredura, difração de raios-X e dureza Vickers. O comportamento em desgaste foi avaliado a partir de ensaios tipo pino sobre disco e esfera sobre superfície plana. Microestrutura eutética lamelar composta por fase Laves e solução sólida em Cobalto foi observada para a deposição com corrente de 120 A (18% diluição). A composição química foi deslocada para hipoeutética, mostrando dendritas de solução sólida em Cobalto e região eutética lamelar para os revestimentos depositados com correntes de 150 e 180 A (26 e 38% diluição). A diluição aumentou com a corrente e deposição, levando à redução na dureza de 702 – 526 HV0.5. A taxa de perda de massa em desgaste aumentou em 41.7% enquanto o coeficiente de atrito (μ) variou entre 0.45 – 1.06 à medida que a composição química foi alterada.

Resumo em Inglês:

Abstract Wear performance as well as the low toughness of CoCrMoSi alloys is associated with the presence of Laves phase. In light of this, alloying elements have been altered in order to reduce the brittleness of newly-cast alloys. This study evaluated coatings by Plasma Transferred Arc (PTA) with different interactions with the AISI 316L substrate. The higher the dilution, it was hypothesized, the higher Iron, Chromium and Nickel contents proceeding from substrate and, therefore, the lower hard Laves phase fraction. Coatings were characterized by light and scanning electron microscopy, X-ray diffraction and Vickers hardness. Wear behavior was assessed by pin-on-disc and ball-on-flat tests. Laves phase and Cobalt solid solution eutectic lamellar microstructure was observed for coating processed with 120A (18% dilution). The chemical composition was displaced to hypoeutectic, showing Cobalt solid solution dendrites and interdendrictic eutectic lamellar for the coatings processed with higher current intensity (150 / 180A), due to the higher interaction with the substrate (26 / 38% dilution). Dilution increased with the deposition current, causing hardness to decrease from 702 – 526 HV0.5. Wear mass loss rate increased by up to 41.7% and friction coefficient (μ) ranged from 0.45 – 1.06 as the chemical composition changed.

Resumo em Português:

Abstract In this work an experimental and comparative analysis is realized in order to determine the difference in the heating rate and thus the power consumption, between a magnetic induction soldering iron and another one of low cost composed of electric resistance. By maintaining a constant power supply 40 W, three models of comercial tips designed for the soldering iron of resistances are used, which are classified by the determination of their magnetic parameters, to subsequently determine the best frequency heating in order to feedback the induction soldering iron, resulting a frequency of 100 kHz. Overall the results indicate that for each tip a less power consumption is required using magnetic induction, because the differences between the times required to melt the welding wire ranging from 21.6 to 29.5%, where the tip that exhibited a higher heating speed is the more ferromagnetic.

Resumo em Espanhol:

Resumen En este trabajo se muestra un análisis comparativo experimental para determinar la diferencia en la velocidad de calentamiento y por lo tanto en el consumo de energía de un cautín de inducción magnética propio y otro tradicional de resistencias de bajo precio, manteniendo una potencia de alimentación constante de 40 W. Se utilizaron tres modelos de puntas comerciales diseñadas para el cautín de resistencia, las cuales son catalogadas por medio de la determinación de sus parámetros magnéticos, para posteriormente determinar su mejor frecuencia de calentamiento con el fin de ajustarla al cautín de inducción, resultando una frecuencia de 100 kHz. En general los resultados indican que para cada punta se necesita un menor consumo de potencia usando la inducción magnética, ya que las diferencias entre los tiempos necesarios para fundir el hilo de soldadura van desde el 21,6 al 29,5%, siendo la punta más ferromagnética aquella que presenta una velocidad de calentamiento más elevada.

Resumo em Inglês:

Abstract HVOF thermal spray process produces coatings with low porosity and low oxide content, as well as high substrate adhesion. Small variations on the parameters of the HVOF process can generate coatings with different characteristics and properties, which also is chemical composition depended of the alloy. FeMnCrSi alloy is a cavitation resistant class of material with a great potential for HVOF deposition use. The main goal of this article is to study the influence of some HVOF parameters deposition, as standoff distance, powder feed rate and carrier gas pressure on three different alloys. FeMnCrSi experimental alloys with some variations in nickel and boron content were studied. Taguchi experimental design with L9 orthogonal array was used in this work. Porosity, oxide content, tensile adhesion strength and microhardness of the coatings were evaluated. The results indicated that all factors have significant influence on these properties. Chemical composition of the alloys was the most important factor, followed by the carrier gas pressure, standoff distance and powder feed rate. The addition of Ni, produces coatings with lower levels of oxide content and porosity. An experiment with improved parameters was conducted, and a great improvement on the coating properties was observed.

Resumo em Português:

Resumo Trabalhos recentes têm demostrado que filmes com células bacterianas (CB) podem ser usados como uma nova técnica de Ensaios Não Destrutivos (END) fiável para a deteção e caracterização de micro e nano defeitos superficiais. As CB podem ser usadas também numa perspetiva de caracterização da textura e topografia de superfícies. Esta nova técnica de END pretende explorar a intencionalidade e os atributos de vida das CB, nomeadamente: a sua reduzida dimensão, elevada capacidade de penetração, mobilidade, aderência, fluorescência, sensibilidade a campos elétricos e magnéticos, morte e reprodutibilidade. Neste trabalho descreve-se a metodologia usada para aplicação desta nova técnica de END, e é realizada a sua validação experimental em diferentes materiais com distintas morfologias de defeitos. Os resultados mostram que as CB permitem detetar eficazmente os defeitos presentes no bloco padrão Tipo1 ISO 3452-3 com 0,5 µm de espessura, defeitos do tipo fissura em soldadura laser de titânio, micro indentações em INCONEL, e nano indentações em ouro. Demonstrou-se assim a viabilidade desta técnica e o seu grande potencial para revelar defeitos em peças para diferentes aplicações industriais.

Resumo em Inglês:

Abstract Recent work showed that bacteria cell films (CB) can be used as a new feasible non destructive testing technique (NDT), capable to detect and characterize micro and nano surface defects. Bacterial cells can also be used to characterize the surface texture and topography. This new NDT technique aims to exploit cells intentionality and life attributes, namely: their very small dimension, high penetration capacity, motility, adherence, fluorescence, sensitivity to electric and magnetic fields, death and reproducibility. This paper describes the methodology adopted to apply this technique, and the experimental validation in different materials with distinct defect morphologies. Results show that bacterial cells can effectively detect existing defects in ISO 3452-3 type 1 reference blocks with 0.5 µm thick defects, crack type defects in laser welds in titanium, microindentations in INCONEL and nano indentations in gold. Thus, it was proven the feasibility of this technique, as well as its potential to detect defects in components for industrial applications.