Resumo em Português:

Resumo O presente trabalho avalia a influência de adições entre 10 e 25% de CO2 como gases de proteção a base de argônio (Ar) nas propriedades mecânicas e resistência à corrosão de juntas soldadas pelo processo FCAW no aço inoxidável duplex (AID) UNS S31803 fazendo uso de arame eletrodo E2209T1-4. Sob estas condições o efeito da participação de 2% de oxigênio (O2) na mistura foi também levado em consideração. Ensaios mecânicos de tração e impacto Charpy, assim como de microdureza nas fases austenita e ferrita foram realizados em diversos locais das juntas assim produzidas. Paralelamente foram efetuados ensaios de corrosão para determinação da temperatura critica de pites (CPT) e perda de massa por unidade de área baseando-se nas especificações das normas ASTM G150 e G48, respectivamente. O estudo foi complementado com análises metalográficas mediante o emprego de diversos reagentes quantificando-se as fases presentes, assim como revelando características microestruturais nas condições supracitadas. Os valores das propriedades mecânicas obtidos nas juntas analisadas foram satisfatórios quando comparadas com valores normativos assim como de trabalhos publicados recentemente. Contudo, constatou-se ainda um aumento da CPT nas juntas soldadas com o emprego de gases com teores crescentes de CO 2. Finalmente observou-se, que dentre as juntas soldadas estudadas, aquelas obtidas utilizando-se a mistura com composição de 73%Ar+25%CO2 +2%O2, apresentou o melhor desempenho, tanto no que tange às propriedades mecânicas, quanto na resistência à corrosão. Os resultados obtidos permitem considerar a utilização de outras misturas gasosas na soldagem destes aços inoxidáveis com o processo FCAW, atém das indicadas normativamente, visando a grande demanda na construção e montagem de diversos componentes desta família de aço inoxidáveis na indústria offshore.

Resumo em Inglês:

Abstract The present work evaluates the influence of additions between 10 and 25% of CO2 in argon-based shielded gases on the mechanical properties and corrosion resistance of welded joints by the FCAW process in duplex stainless steel (DSS) UNS S31803 using electrode wire E2209T1-4. Under these conditions the effect of the 2% O2 addition in the mixture was also taken into account. Mechanical tensile test, Charpy toughness and microhardness in the austenite and ferrite phases were carried out in several places of the joints thus produced. Besides, corrosion tests were carried out to determine the critical pitting temperature (CPT) and mass loss per unit area based on the specifications of ASTM G150 and G48, respectively. The study was complemented with metallographic analyzes using several reagents, quantifying the present phases, as well as revealing microstructural characteristics in the studied conditions. The mechanical properties values obtained in the analyzed joints were satisfactory when compared with normative values as well in recently published works. However, it was also observed a CPT increase value in the joints welded with the use of gases with higher levels of CO2. Finally, it was observed that, among the welded joints studied, those obtained using the mixture with composition of 73% Ar + 25% CO2 + 2% O2, presented the best performance, both with regard to mechanical properties and the corrosion resistance. The results allow determinates the use of other gaseous mixtures in the welding of DSS with the FCAW process, in addition to the normative one, in view of the great demand in the construction and assembly of several components of this stainless steel family in the offshore industry.

Resumo em Português:

Resumo Uma das novas abordagens em soldagem é a aplicação de técnicas de alimentação pulsada do arame de adição para TIG e MIG/MAG. Entretanto, tais técnicas necessitam de alimentadores de arame e/ou tochas específicos, o que acaba limitando sua implementação pelo custo destes equipamentos. Assim, o presente trabalho tem como objetivo introduzir e avaliar de forma exploratória técnicas para pulsar a alimentação do arame aplicadas de forma independentemente de alimentadores e/ou tochas especiais. São apresentadas uma técnica com acionamento eletromecânico e outra com eletromagnético. Foram avaliados os efeitos da amplitude e frequência da alimentação pulsada sobre a formação de cordões de solda sobre chapa e sobre os sinais elétricos correspondentes. Para TIG, percebeu-se que a pulsação da alimentação tem potencial para modificar o cordão e tornar mais regular a transferência de material para a poça. Já para MIG/MAG, verificou-se que a pulsação da alimentação pode interferir no processo, sendo capaz de modificar uma transferência metálica globular irregular para regular, reduzindo a corrente média e afetando a formação do cordão. A pulsação da alimentação do arame, mesmo de forma independente de alimentadores e/ou tochas especiais, é então capaz de interferir nos processos, abrindo um campo de desenvolvimento de tecnologias de soldagem derivativas.

Resumo em Inglês:

Abstract Applying pulsed wire feeding techniques is one of the new approaches for welding, such as for GTAW and GMAW. However, these techniques invariably require specific feeders and/or welding torches, limiting its implementation due to the high costs of the equipment. Thus, the current work aims to introduce and exploratorily evaluate techniques to pulse the wire feeding that works independently from the feeder and/or torch. The first technique is electromechanically driven, and the second one based on electromagnetics. The effects of amplitude and frequency of the pulsed feeding were evaluated in terms of weld bead formation over plates and of the corresponding electric signals. For GTAW, the pulsed wire feeding is capable of modifying the weld bead and make the metal transfer from the wire to the pool more regular. For GMAW, it was found that the pulsing of the wire feeding can interfere with the process, being capable of turning an irregular globular metal transfer into a regular one, while decreasing the mean current and affecting the bead formation. Overall, it is concluded that pulsed wire feeding can affect the processes, even when made independently from the feeder and torch, opening a field for development of derivative welding technologies.

Resumo em Português:

Resumo Este trabalho tem por objetivo principal implementar o processo de soldagem FCAW com corrente contínua pulsada. Para tanto, foi analisada a influência da Distância de Bico de Contato-Peça (DBCP) em dois níveis (19 e 24 mm) e o tamanho do diâmetro da gota (Dg) de acordo com o seguinte critério: Diâmetro da gota igual ao diâmetro do arame-eletrodo (Dg=De), diâmetro da gota menor que o diâmetro do arame-eletrodo (Dg<De) e, finalmente, diâmetro da gota maior que o diâmetro do arame-eletrodo (Dg>De), mantendo a taxa de deposição fixa. A análise dos resultados obtidos revelou que a metodologia experimental empregada é efetiva na determinação das variáveis da corrente contínua pulsada para o arame tubular rutílico E71T-1M. De posse desta, foi possível produzir cordões de solda de bom aspecto superficial e morfológico, além de se obter boa estabilidade do arco (livre de respingos) quando utilizada uma Distância de Bico de Contato-Peça (DBCP) de 24 mm e diâmetro da gota (Dg) menor que o diâmetro do arame-eletrodo (De). Não obstante, quando empregada DBCP de 24 mm, foi observada uma significativa variação na energia de soldagem quando empregado diferentes diâmetros de gota, sendo obtidos os valores de 9,0 kJ/cm para Dg>De e 12,6 kJ/cm para Dg<De. Isto representa um aumento de cerca de 40% quando são empregados diâmetros de gota menores que diâmetro do eletrodo (Dg<De).

Resumo em Inglês:

Abstract This work has as main objective to implement the FCAW welding process with pulsed current. For this purpose, the influence of nozzle distance (DBCP) on two levels (19 and 24 mm) and droplet diameter (Dg) size were analyzed according to the following criteria: Droplet diameter equal to the diameter of the electrode wire (Dg = De), droplet diameter less than the diameter of the electrode wire (Dg <De) and, finally, droplet diameter larger than the diameter of the electrode wire (Dg> De), without changind the deposition rate. The analysis of the results showed that the experimental methodology used is effective to determine the pulsed current variables for the E71T-1M rutile tubular wire. Thus, it was possible to produce weld beads with good surface and morphological appearance, as well as good arc stability (without weld spatter) when using a 24 mm of distance from the nozzle to the workpiece (DBCP) and smaller droplet diameter (Dg) than the diameter of the electrode-wire (De). Moreover, when using DBCP of 24 mm, a significant variation in the welding energy was observed when different droplet diameters were used. About that, with Dg>De was obtained 9,0 kJ/cm and for Dg<De 12.6 kJ/cm. This represents an increase of about 40% when droplet diameters smaller than the electrode diameter (Dg <De) are used.

Resumo em Português:

Resumo A soldagem de estruturas de combustíveis nucleares de Zircalloy possui uma faixa de parâmetros pequena para soldas de qualidade adequadas, pois o Zircalloy tem a temperatura de fusão maior do que a da liga de cobre usualmente utilizada para os eletrodos. No intuito de aumentar a faixa de parâmetros que produzem soldas de qualidade, foi testado um revestimento de cromo nas superfícies do eletrodo e demais dispositivos de soldagem, pois o cromo apresenta uma temperatura de fusão maior do que o Zircalloy e também daquela apresentada pelo cobre. Foram soldadas amostras com dispositivos de soldagem comumente utilizados, que são sem nenhum revestimento e dispositivos de soldagem revestidos de cromo para uma comparação da ampliação da faixa de parâmetros, garantindo a qualidade adequada para a solda. Foram utilizados ensaios metalográficos para avaliar a medida do tamanho da lentilha, e ensaios de corrosão para verificar a integridade da solda, que são critérios usuais de aceitação da solda. Além disso, foi utilizada simulação computacional para análise da região soldada e possibilitar a disponibilização de uma ferramenta de análise adicional para previsão da zona afetada pelo calor que confere qualidade adequada para a zona afetada pelo calor. A simulação computacional foi capaz de prever o tamanho da lentilha de solda utilizando os parâmetros de controle. Ambas as abordagens indicaram que se obtém ampliação da faixa de parâmetros de soldagem aceitáveis e consequentemente o aumento do tamanho da lentilha de solda, tornando a nova metodologia mais confiável e adequada para a soldagem com a segurança necessária para se decidir sobre sua aprovação.

Resumo em Inglês:

Abstract To weld zircalloy nuclear fuel assembly structures, there is a small parameter range for acceptable welds, since zircalloy has a higher melting temperature than the copper alloy of the electrodes. In order to increase the parameter range, a chromium coating was inserted and on the surfaces of the electrode and on other welding devices, once the melting temperature of the chromium is higher than that of zircalloy, as well as of copper. In order to compare and test the new methodology, samples have been welded with the conventional devices which do not have any coating or welding devices covered by chromium and the new coating devices. A comparison on the improvements and enlargement of the range of the control parameter were measured and predicted to assure that the welded region presents adequate quality. Metallographic tests were used to evaluate welding lens size together with corrosion tests to verify the integrity of the welding regions. The lens dimensions and areas are usual criteria for weld acceptance assuring the quality. In addition, computational simulation was used to analyze the welded region, allowing the use of an additional analysis tool to predict the effect of process parameters on the heat affect zone. The simulation was able to predict the size of the welding lens as a function of process control parameters. Both approaches indicated that an increase in the range of acceptable welding parameters and a consequent increase in the lens size of the weld were obtained for the new chromium coating electrodes. The results of experimental data and model predictions confirmed that the new methodology is more reliable and suitable for safety welding procedure approval.

Resumo em Português:

Resumo Um problema diversas vezes encontrado na produção de tubos está relacionado ao seu transporte dificultado por suas grandes dimensões. Atrelado a isso, a soldagem de campo é complexa e muitas vezes onerosa. Um processo de fabricação alternativo para tubulações é o processo de formação de tubos com costura helicoidal. Este trabalho propõe estudar as características microestruturais e realizar uma avaliação mecânica destas soldas executadas em campo do aço ASTM A1018. Para alcançar o objetivo do trabalho foram utilizados dois tubos de aço fabricados com chapas de espessura de 12,5 mm e diâmetro nominal de 1200 mm, através do equipamento adaptado para a soldagem em campo pelo processo de soldagem por arco submerso. Após soldagem dos tubos, foram retiradas amostras destes para efetuar as análises de micrografia, macrografia, composição química, dobramento e dureza. A principal diferença apresentada entre as amostras foi o aumento da ferrita acicular e redução da ferrita primária de contorno de grão com o decréscimo do aporte térmico nas microestruturas formadas tanto na zona fundida como na ZTA como apresentado. Observou-se, ainda, mudanças na geometria dos cordões de solda. Por fim, identificou-se que o principal parâmetro que influência nas mudanças microestruturais apresentadas é a corrente de soldagem.

Resumo em Inglês:

Abstract A problem commonly found in the production of tubes is related to transportation due its large dimensions. This fact, makes field welding a complex and often costly operation. An alternative fabrication process for pipes is the process of forming tubes with helical welds. This work proposes to study the microstructural characteristics and perform a mechanical evaluation of these welds performed in field of ASTM A1018 steel tubes. In order to reach the aim, two steel tubes manufactured from sheets with a thickness of 12.5 mm and a nominal diameter of 1200 mm were welded by the process of submerged arc welding through the equipment adapted for field welding. Subsequently, samples were taken to perform characterization by microanalysis. Chemical composition, bending and hardness tests were also conducted. The main difference between the samples was the increase of the acicular ferrite and reduction of the primary ferrite of the grain boundary with the decrease of the thermal contribution in the microstructures formed in the molten zone as in the ZTA as presented. Also, changes in the geometry of the weld beads were observed. Finally, it was identified that the main parameter that influences the microstructural changes presented is the welding current.

Resumo em Português:

Resumo A aplicação de juntas soldadas dissimilares, de Inconel 718 endurecível por precipitação e aço inoxidável austenítico AISI316L, ocorre principalmente em indústrias aeroespaciais e plantas de usinas nucleares. Isso ocorre devido à elevada resistência mecânica aliada a boa resistência à corrosão em ambos ambientes e condições de temperaturas. Este trabalho objetivou avaliar o efeito da intensidade da corrente de soldagem e da temperatura de interpasse em juntas dissimilares utilizando o processo de soldagem a arco com eletrodo de tungstênio e proteção gasosa (TIG) autógeno. Este processo de soldagem foi escolhido em função de seus excelentes resultados aliados à facilidade operacional e baixo custo. Foi utilizada a ferramenta de planejamento experimental para maximizar o potencial dos resultados experimentais. Para caracterização metalúrgica foram utilizados análise da macrografia da junta soldada, de perfis de microdureza, e de microscopia ótica (MO). A variação da corrente de soldagem e da temperatura de interpasse ocasionou alteração da geometria da zona fundida (ZF) de até 232% de aumento da área da ZF. A microdureza sofreu uma variação de até 25% de aumento na região da ZF. Quanto a fração volumétrica de ferrita, foi observado um acréscimo de até 139% na região da ZF. Este trabalho objetiva também estabelecer referências de parâmetros de soldagem que possam proporcionar garantias de estabilidade para a união metalúrgica entre metais de dissimilares.

Resumo em Inglês:

Abstract The application of dissimilar welded joints, from Inconel 718 precipitation curable and AISI316L austenitic stainless steel, occurs mainly in the aerospace and nuclear power plant industries. This is due to the high mechanical resistance coupled with good corrosion resistance in both environments and temperature conditions. The aim of this study was to evaluate the effect of welding current and interbody temperature on dissimilar joints using the tungsten electrode and gaseous protection (GTAW) autogenous arc welding process. This welding process was chosen due to its excellent results coupled with ease of operation and low cost. The experimental planning tool was used to maximize the potential of the experimental results. For metallurgical characterization, the weld joint macro-analysis, microhardness profile, and optical microscopy (OM) analysis were used. The variation of the welding current and the interpolation temperature caused a change in the geometry of the molten zone (MZ) of up to 232% increase in the ZF area. The microhardness varied up to a 25% increase in the MZ region. As for the volumetric fraction of ferrite, an increase of up to 139% in the MZ region was observed. This work also aims to establish references of welding parameters that can provide guarantees of stability for the metallurgical union between dissimilar metals.

Resumo em Português:

Resumo O presente trabalho consiste na investigação dos parâmetros de soldagem a ponto por fricção (FSpW) – velocidade de rotação (VR), tempo de soldagem (TS) e profundidade de penetração (PP) – de chapas de AA2198-T8 com 1,6 mm de espessura. O estudo foi realizado com base em ensaios mecânicos de cisalhamento das juntas sobrepostas soldadas nas condições indicadas pelo método Taguchi, visando à determinação da condição ótima de soldagem do ponto de vista de propriedades mecânicas e de processo. Os resultados obtidos indicaram que todas as condições de soldagem avaliadas excedem o limite de carga em cisalhamento mínimo requerido para aplicação aeronáutica. A análise também apontou que as variáveis VR e PP são responsáveis por quase 90% da variação da carga de cisalhamento das juntas, enquanto a contribuição do TS mostrou-se consideravelmente menos significativa. Por fim, a condição ótima de soldagem foi encontrada para os valores mais altos de VR e PP, considerando-se os intervalos dos parâmetros empregados no estudo.

Resumo em Inglês:

Abstract This work features the investigation of the refill friction stir spot welding (RFSSW) parameters – rotational speed (RS), welding time (WT) and plunge depth (PD) – of AA2198-T8 1.6-mm thick sheets. The study was performed based on lap shear strength tests of overlapped joints welded under conditions indicated by the Taguchi method in order to determinate the optimized combination of parameters, considering the mechanical properties and process conditions. Results based on mechanical testing indicate that all the welding conditions evaluated in the current study exceed the minimum criterion for lap shear strength required for aeronautic applications. RS and PD have shown to be responsible altogether for almost 90% of the welds’ lap shear strength variation, while TS presents considerable less significant contribution to the joints’ resistance. The optimized welding condition was found for highest RS and PD levels and lowest TS.

Resumo em Português:

Resumo A solda a laser de aços com plasticidade induzida por transformação (TRIP) são conhecidos por gerar martensita nas zonas de fusão (ZF) e afetadas pelo calor (ZAC). Para resolver este problema, o presente estudo propõe uma soldagem em alta temperatura (HT) para evitar a transformação abaixo da temperatura inicial de martensita após a soldagem a laser. Assim, um aquecimento indutivo foi usado para atingir 500 °C antes da solda a laser da classe 750 de aço TRIP sobreposto de 1,6 mm de espessura. Após a soldagem, a temperatura foi mantida constante a 500 °C por mais 10 minutos para austemperar. As microestruturas das soldas em alta temperatura são compostas por bainita e austenita residual com dureza na ZF de até 300 HV, contra 450 HV da solda em temperatura ambiente (AT). Os valores da dureza HT são ligeiramente superiores ao tratamento térmico tradicional pós-soldagem (TW), 300 HV em comparação com 250 HV, devido à cinética de têmpera em cada caso. Os testes de embutimento Erichsen mostraram que as amostras HT apresentam melhor conformabilidade em comparação com as condições AT ou TW. A presente contribuição destaca uma possível solução para a fragilidade intrínseca durante a conformação a frio do aço TRIP 750 soldados a laser através da aplicação de uma austempera indutiva in situ.

Resumo em Inglês:

Abstract Laser welded Transformation-induced plasticity (TRIP) steels are known to generate martensite in the fusion (FZ) and the heat-affected (HAZ) zones. To solve this issue, the present study proposes a high temperature (HT) welding to avoid decay below the martensite start temperature after laser welding. Therefore, an inductive heating has been used to reach 500 °C before laser weld of superposed 1.6mm thick TRIP steel class 750. After welding the temperature was kept constant at 500 °C for more 10 minutes in order to austemper. The microstructures of the welds at high temperature are composed of bainite and residual austenite with an FZ hardness up to 300 HV, compared to 450 HV of the ambient temperature (AT) weld. The HT values of hardness are slightly higher than a traditional post-weld heat treatment (TW), 300 HV compared to 250 HV, because of the tempering kinetics in each case. Erichsen cup indentation tests shown the HT coupons presents better formability compared to the AT or TW conditions. The present contribution highlights a possible solution to the intrinsic brittleness during cold forming of laser welded TRIP 750 steel by applying an inductive in-situ austempering.

Resumo em Espanhol:

Resumen En el presente artículo se realiza un ajuste de los calores de entrada que se corresponden con los tiempos de enfriamiento “t12/8” y “t 8/5” de interés, en la ZAT de la soldadura GMAW de una chapa de acero inoxidable dúplex 2205, de 10 mm de espesor, empleando la simulación por elementos finitos. Para la modelación de la soldadura se empleó una metodología desarrollada previamente, la cual se enriqueció con la incorporación de un factor de corrección del calor aportado, a los elementos finitos por los que pasa la fuente de calor. La metodología, implementada a través de un código en lenguaje APDL, fue validada inicialmente a través de la comparación con resultados de ciclos térmicos experimentales. En el trabajo además se demuestra que, cuando se utiliza el modelo teórico de Rykalin 2D, son más precisos los resultados que relacionan las variables calor de entrada - tiempo de enfriamiento, empleando las propiedades promedio del acero en el rango de temperatura desde la ambiente hasta la de sólido, que los que se obtienen cuando se sustituyen las propiedades a temperatura ambiente.

Resumo em Inglês:

Abstract In the present paper, an adjustment of the heat inputs corresponding to the cooling times of interest “t12/8” and “t8/5” in the HAZ of the GMAW of a duplex stainless steel 2205, of 10 mm thickness, using finite element simulation is made. For simulation, a welding modeling methodology previously developed was used, and it was enriched with the incorporation of a correction factor of the heat transferred to the finite elements by which the heat source passes. The methodology, using a code in APDL language, was initially validated through the comparison with experimental results of thermal cycles. In the paper is also demonstrated that the results of the relation of the heat input and cooling time variables are more accurate when using the Rykalin 2D theoretical model with the average properties of the steel in the range from room to solid temperature, than those obtained when the properties are replaced at room temperature.

Resumo em Português:

Resumo Uma variação do processo MIG/MAG duplo arame é a soldagem com corrente constante pulsada nos dois eletrodos, empregando a defasagem entre os pulsos de corrente com o objetivo de atribuir uma maior estabilidade aos arcos voltaicos. Em alguns trabalhos disponíveis na literatura, os autores encontraram resultados que mostraram que esse efeito da defasagem não foi significativo. Outra vertente que também é largamente defendida na soldagem MIG/MAG pulsada é a condição de uma gota por pulso com diâmetro de gota próximo ao do eletrodo, porém nas soldagens MIG/MAG com configuração duplo arame utilizando eletrodos com velocidades de alimentação distintas não é possível manter simultaneamente a defasagem entre as correntes e a condição de uma gota por pulso nos dois eletrodos. Os resultados obtidos neste trabalho mostraram que, para soldagens realizadas com processo MIG/MAG na configuração duplo arame com diferentes velocidades de alimentação, a utilização de defasagem entre as correntes passou a ser determinante para estabilidade do arco e para a qualidade do cordão de solda mesmo com diâmetros de gotas distintos entre os dois arames e maiores que o diâmetro do eletrodo.

Resumo em Inglês:

Abstract One of the possibilities of variation of the Tandem GMAW process is the use of out-of -phase current pulse, with the aim of giving greater stability to the voltaic arcs. In some works available in the literature, the authors found results that showed that this effect of out-of -phase current pulse was not significant. Another aspect that is also widely defended in pulsed GMAW welding is the condition of a drop per pulse with droplet diameter close to the electrode, but T- GMAW configuration using electrodes with different feed speeds, it is not possible to maintain simultaneously the out-of -phase current pulse and the condition of one drop per pulse on both electrodes. The results obtained in this work showed that, for welding made with T-GMAW process with different feed speeds, the use of out-of -phase current pulse became determinant for arc stability and for the quality of the weld bead itself with distinct droplet diameters between the two wires and larger than the diameter of the electrode.