• Editorial Editorial

    Marques, Paulo Villani
  • Um modelo qualitativo para explicar a influência da polaridade na taxa de fusão no processo MIG/MAG Artigos Técnicos

    Souza, Daniel; Resende, André Alves de; Scotti, Américo

    Abstract in Portuguese:

    Uma das principais vantagens do processo MIG/MAG é a alta produtividade. Na maioria das aplicações utiliza-se a polaridade positiva, devido a maior estabilidade do arco, geração de menos respingos e formação de cordões com geometria adequada. No entanto, em algumas aplicações, se demanda uma maior capacidade de produção do que a que o MIG/MAG convencional oferece. Na literatura é citado que a polaridade negativa proporciona maior taxa de fusão do que a positiva, apesar de levar à grande produção de respingos e formação inadequada do cordão. Lamentavelmente, não há muita informação disponível sobre os efeitos das variáveis do processo nessa polaridade, tão pouco justificativas sobre tal. Assim, neste trabalho se procurou entender a razão para que uma maior taxa de deposição aconteça na polaridade negativa, assim como o respectivo efeito sobre a geometria dos cordões. Para isto, foram realizadas soldagens MIG/MAG comparativas na polaridade positiva e negativa, usando duas composições de gases de proteção em dois valores de corrente. O modo de transferência e o comportamento do arco foram analisados por perfilografia sincronizada. O perfil geométrico do cordão foi avaliado por meio de procedimentos metalográficos. A partir dos resultados, que discordam em parte da literatura corrente, foi observado que tanto o modo de transferência como a morfologia e aspecto do cordão são dependentes da composição do gás de proteção. Para explicar os fenômenos inerentes à maior taxa de fusão do arame em CC-, sugere-se que o fato de o arco escalar as laterais do arame nesta polaridade seja o fator governante.

    Abstract in English:

    One of the main advantages of the MIG/MAG process is its high productivity. Usually, the positive polarity is employed, due to a higher arc stability, less spattering and adequate bead profiles. However, a higher production capacity than observed in the conventional MIG/MAG process has been demanded for some applications. In the current literature related to MIG/MAG, it is mentioned that the negative polarity provides a higher fusion rate than the positive one, despite of leading to higher spattering and bead misshapen. Unfortunately, there is no much information available about the effects of process variables in this polarity, as much as concerning justifications. Thus, in this work was attempted to understand the reasons for a higher fusion rate at CC-, as well as the respective effect on the bead geometry. For that, MIG/MAG comparative welds were carried out at both polarities, using two shielding gas blends and two current values. The transfer mode and arc behavior were assessed by synchronized shadowgrafy technique. The bead geometry was evaluated through metallographic procedures. From the results, which does not agree entirely with the current literature, it was observed that as much the transfer mode as the bead morphology and finish depend on the shielding gas composition. To explain the phenomena inherent to a higher fusion rate at CC-, it is claimed that the fact of the arc to climb the wire surface at this polarity is the governing factor.
  • Avaliação das propriedades mecânicas de juntas cerâmicas usando fitas amorfas como metal de adição Artigos Técnicos

    Santos, Danielton Gomes dos; Soares, Emanuel Pereira; Marinho, Mary Roberta Meira; Maciel, Theophilo Moura; Castro, Walman Benício de; Alves Júnior, Clodomiro

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho teve como objetivo determinar os melhores parâmetros para brasagem de juntas cerâmicas de Al2O3 pré-metalizadas com Ti por processo a plasma utilizando fitas amorfas de ligas Cu49Ag45Cx e como metal de adição. As ligas foram preparadas em forno a arco, e, posteriormente processadas por melt-spinning, variando conteúdo Ce de 4-6. %. A brasagem foi realizada em forno à vácuo e as seguintes variáveis analisadas: tempo de deposição do filme de Ti e temperatura e tempo de brasagem , que foram relacionados com a resistência à flexão em 3 pontos da junta brazada. A equação de regressão linear foi obtida, e verificou-se a interação entre estes fatores. As superfícies cerâmicas metalizadas apresentaram excelente uniformidade e as juntas brasadas muito boa adesão atingindo valores de resistência à flexão de até 176,8 MPa.

    Abstract in English:

    This work had as objective to establish de best brazing parameter to joint Al2O3 pre-metalized with Ti by plasma process using amorphous ribbons of Cu49g45Ce x alloys as filler metals. The alloys were prepared in arc furnace and processed by melt-spinning process varying the Ce percentiles from 4 to 6. % . The brazing was accomplished in vacuum furnace and the following variables analyzed: deposition time of Ti film, brazing temperature and brazing times which were related to the brazed joint 3-point bending resistance. The interaction between those factors was obtained by linear regression equation. The metalized ceramic surfaces presented an good uniformity and the joint a very good adhesion reaching bending resistance up to 176,8 MPa.
  • Avaliação da susceptibilidade à fragilização induzida por hidrogênio na soldagem de um aço microligado para blindagens por meio de um ensaio de implante com geometria modificada Artigos Técnicos

    Silgado, Jimy Unfried; Lopez, Edwar Torres; Ramirez, Antonio Jose; Barrada, Jorge Giraldo

    Abstract in Portuguese:

    A susceptibilidade à fragilização induzida pelo Hidrogênio (FIH) foi avaliada em soldas de aço para blindagem temperado e revenido (T&R) de 4,5mm de espessura. As soldas foram desenvolvidas utilizando o processo SMAW com um baixo aporte de calor e consumível AWS E11018M de 2,4 mm. A susceptibilidade a FIH foi avaliada por médio de um ensaio de implante com geometria modificada em juntas soldadas com e sem aplicação de preaquecimento, utilizando consumíveis em condições de estocagem ideais e expostos à atmosfera. Encontrou-se que a condição de estocagem do consumível foi mais relevante que o preaquecimento na susceptibilidade ao FIH.

    Abstract in English:

    The Hydrogen Induced Cracking (HIC) susceptibility of 4,5mm thickness quenched and tempered (Q&T) armor plate steel welding joints was evaluated. The joints were obtained using low heat input and SMAW process with 2,4 mm AWS E11018M electrode. The HIC susceptibility was evaluated using a geometry modified implant test for thin plates. The joints studied were produced with and without preheating and using welding electrodes with and without exposure to atmospheric conditions. The HIC resistance was severely impaired by improperly storage while preheating conditions did not preclude HIC.
  • Avaliação da geometria de ferramenta e parâmetros do processo FSW na soldagem da liga de alumínio AA 5052 Artigos Técnicos

    Capelari, Tiago Valdameri; Mazzaferro, José Antônio Esmerio

    Abstract in Portuguese:

    A soldagem de ligas de alumínio sem degradação excessiva das propriedades originais do metal base apresenta-se como um obstáculo a ser superado pelas indústrias em seus processos de fabricação, uma vez que o alumínio tem sido usado cada vez de forma mais intensiva. Neste sentido, o processo de soldagem denominado Friction Stir Welding (FSW) tem recebido atenção por suas potencialidades onde o aporte de calor deve ser minimizado ou quando metais dissimilares devem ser soldados. Neste processo, uma ferramenta de alta resistência mecânica e com um perfil especial é utilizada para, por meio de atrito com as peças a serem soldadas, gerar calor e misturar mecanicamente o material da junta, consolidando a solda. Este trabalho visa implementar o processo FSW utilizando uma fresadora universal de elevada rigidez na soldagem de chapas de alumínio AA 5052-H34 com 6,35mm de espessura. Para tanto, três geometrias de ferramentas de soldagem foram projetadas, fabricadas e testadas, de forma a definir-se parâmetros de soldagem compatíveis com as condições fornecidas pela máquina fresadora, por meio de testes preliminares. Definidos estes parâmetros, juntas foram obtidas com as três geometrias de ferramenta disponíveis e seus desempenhos foram comparados. Ensaios mecânicos de dobramento e tração, medição do perfil de microdurezas e análise macrográfica da seção transversal das soldas foram os métodos empregados na caracterização das propriedades resultantes. Em adição, soldas pelo processo MIG também foram obtidas e sujeitas às mesmas avaliações. considerando-se a tensão de escoamento como parâmetro de comparação, as três geometrias testadas apresentaram desempenho similar (em torno de 80% da tensão de escoamento do metal base). Porém, se comparadas com respeito aos valores de ductilidade ou aos testes de dobramento transversal, observou-se que uma das geometrias testadas tem desempenho inferior às demais devido a presença de uma descontinuidade longitudinal no cordão de solda. O perfil de microdureza das amostras soldadas pelo processo FSW demonstrou homogeneidade entre as diferentes zonas microestruturais existentes ao longo da seção transversal, ao passo que as amostras soldadas através do processo MIG apresentaram variação característica dos processos ao arco elétrico.

    Abstract in English:

    Welding of aluminum alloys with no considerable degradation of the properties of the base metal is a problem to be overcomed by industry manufacturing processes. In the aeronautical industry, no-melt joining processes such as adhesive bonding or riveting are often considered when designing aluminum connections. Alternatively, a welding process named Friction Stir Welding (FSW) is receiving crescent attention for its potential applications where heat input shall be minimized or when dissimilar metals must be joined. In this process a high strength rotating tool with a special profile is introduced at the interface of the materials to be joined and translated along the joint at controlled speeds. Heat generated softens the material and allows the tool to stir while traveling along the joint. This work aimed to product welds on AA 5052-H34 plates, 6.35mm (0,25 inches) thickness, using a conventional milling machine. In order to do that, three tool geometries were designed, manufactured and tested so as to define which welding parameters could generate the best results. Once these parameters were chosen, each tool produced three welds and their performance was evaluated. Transversal bending, tensile tests, micro-hardness measurements along the weld cross-section and macrographical analysis were carried out in order to assess weld properties. In addition, MIG welds were produced and subjected to the same test conditions. Considering yield stress as an efficiency parameter, all the tested tools presented similar results (around 80% of the base metal yield stress). However one of these tools showed inferior performance when considering elongation or transversal bending test as a comparison parameter due to the presence of a longitudinal groove, as observed in macrographical analysis. FS welded samples have not showed considerable variation along the different microstructure zones in micro-hardness measurements, while MIG welds presented well defined zones as characteristic to electric-arc processes.
  • Avaliação da suscetibilidade à corrosão sob tensão da ZAC do aço inoxidável AISI 316L em ambiente de reator nuclear PWR Artigos Técnicos

    Schvartzman, Mônica Maria de Abreu Mendonça; Quinan, Marco Antônio Dutra; Campos, Wagner Reis da Costa; Lima, Luciana Iglésias Lourenço

    Abstract in Portuguese:

    Aços carbono de baixa liga e aços inoxidáveis são amplamente utilizados nos circuitos primários de reatores nucleares do tipo PWR (Pressurized Water Reactor). Ligas de níquel são empregadas na soldagem destes materiais devido a características como elevadas resistências mecânica e à corrosão, coeficiente de expansão térmica adequado, etc. Nos últimos 30 anos, a corrosão sob tensão (CST) tem sido observada principalmente nas regiões das soldas entre materiais dissimilares existentes nestes reatores. Este trabalho teve como objetivo avaliar, por comparação, a suscetibilidade à corrosão sob tensão da zona afetada pelo calor (ZAC) do aço inoxidável austenítico AISI 316L quando submetida a um ambiente similar ao do circuito primário de um reator nuclear PWR nas temperaturas de 303ºC e 325ºC. Para esta avaliação empregou-se o ensaio de taxa de deformação lenta - SSRT (Slow Strain Rate Test). Os resultados indicaram que a CST é ativada termicamente e que a 325ºC pode-se observar a presença mais significativa de fratura frágil decorrente do processo de corrosão sob tensão.

    Abstract in English:

    In pressurized water reactors (PWRs), low alloy carbon steels and stainless steel are widely used in the primary water circuits. In most cases, Ni alloys are used to joint these materials and form dissimilar welds. These alloys are known to accommodate the differences in composition and thermal expansion of the two materials. Stress corrosion cracking of metals and alloys is caused by synergistic effects of environment, material condition and stress. Over the last thirty years, CST has been observed in dissimilar metal welds. This study presents a comparative work between the CST in the HAZ (Heat Affected Zone) of the AISI 316L in two different temperatures (303ºC and 325ºC). The susceptibility to stress corrosion cracking was assessed using the slow strain rate tensile (SSRT) test. The results of the SSRT tests indicated that CST is a thermally-activated mechanism and that brittle fracture caused by the corrosion process was observed at 325ºC.
  • Preliminary study on the mechanical behavior of friction spot welds Technical Papers

    Mazzaferro, José Antônio Esmerio; Rosendo, Tonilson de Souza; Mazzaferro, Cíntia Cristiane Petry; Ramos, Fabiano Dornelles; Tier, Marco Antônio Durlo; Strohaecker, Telmo Roberto; Santos, Jorge Fernandes dos

    Abstract in Portuguese:

    O processo de Soldagem a Ponto por Fricção (FSpW - Friction Spot Welding) caracteriza-se por possibilitar a união no estado sólido de duas ou mais chapas de material sobrepostas sem deixar o furo residual característico do processo FSW. O presente trabalho apresenta os primeiros resultados de estudos visando determinar a resistência mecânica de juntas em ligas de alumínio soldadas por FSpW. Recentemente diversos estudos sobre o modelamento numérico de soldas realizadas por processos de soldagem baseados em fricção têm sido realizados, entretanto a maioria destes estudos está relacionada à física do processo. Alguns trabalhos estabelecem a relação entre as variáveis de processo e as propriedades mecânicas da junta resultante, mas é muito difícil encontrar na literatura resultados quantitativos que possam ser usados diretamente para projeto destas uniões. O presente trabalho objetiva desenvolver um processo de análise baseado nas características do processo que permita avaliar como a geometria e microestrutura das regiões da solda afeta o comportamento mecânico das juntas resultantes. Com este objetivo, os resultados de ensaios mecânicos realizados em juntas de alumínio AA2024-T3 foram usados para validar e calibrar um modelo numérico desenvolvido para prever o modo de falha da união. O modelo numérico reproduz as dimensões e carregamento utilizados nos ensaios de cisalhamento e traçao. As dimensões e propriedades das regiões principais da junta (ZM - zona de mistura, ZTMA - zona termo-mecânicamente afetada, ZAC - zona afetada pelo calor e MB - metal base) foram definidas com base na medição da dureza e análises macrográficas de corpos de prova soldados com diferentes parâmetros. Pode-se comprovar uma ótima correlação entre os resultados obtidos nas simulações e os dados experimentais. O modelamento numérico das juntas pernite a previsão das propriedades mecânicas da junta e auxilia na compreensão da influência da geometria e propriedades de cada região sobre o seu desempenho em serviço. Baseado nos resultados obtidos, o procedimento de análise pode ser facilmente adaptado para o processo de Soldagem a Ponto por Fricção e Mistura Mecânica (FSSW - Friction Stir Spot Welding).

    Abstract in English:

    The Friction Spot Welding - FSpW is a solid-state process that allows joining two or more metal sheets in lap configuration with no residual keyhole as occurs in the Friction Stir Welding - FSW process. The present work reports part of the efforts made at GKSS Research Centre to better understand the complex phenomena that take place during FSpW of aluminum alloys and establish the mechanical response of the resulting joints. Over the recent years the research on modeling friction based welding processes has increased considerably. Most of the works related to this subject deal with the process mechanics. On the other hand, some investigations have shown how the process variables affect the mechanical properties of the joints, but it is very difficult to find quantitative results that can be readily used for mechanical design purposes. The aim of this work is to develop an analysis procedure based on the process characteristics that allows evaluating how the resulting geometry and microstructure affect the joint mechanical behavior. For this, the results of the mechanical tests obtained on AA2024-T3 aluminum alloy were used to calibrate and validate a numerical model that was used to predict the joint failure mode. The model reproduced the specimen geometry and load conditions adopted in the lap-shear and cross-tensile tests. The joint was considered as formed by three main regions (SZ - stir zone, TMAZ - thermo mechanically affected zone and HAZ - heat affected zone) whose properties and dimensions were based in microhardness evaluation and macrographic analysis of welded specimens. It was observed a good agreement between the simulation results and experimental data. The numerical modeling of the joints allows the prediction of the joint mechanical properties, as well as to understand how a change in geometry and property of each region affects the final mechanical behavior. Based in the obtained results, the analysis procedure can be easily extended to the related friction based spot processes as Friction Stir Spot Welding - FSSW.
  • 3D modeling of material flow and temperature in Friction Stir Welding Technical Papers

    Santiago, Diego; Urquiza, Santiago; Lombera, Guillermo; Vedia, Luis de

    Abstract in Portuguese:

    O processo denominado "Friction Stir Welding" (FSW) é um método de soldagem desenvolvido pelo "The Welding Institute" (TWI) na Inglaterra em 1991. O equipamento de soldagem consiste de uma ferramenta que gira e avança ao longo da interface entre duas chapas fixas. A junção é produzida pelo calor gerado por fricção o qual causa o amolecimento de ambos os componentes atingindo uma condição visco-plástica e também pelo escoamento resultante entre as laminas a ser unidas. A modelagem numérica do processo pode fornecer uma predição real das principais variáveis do processo, reduzindo o número de testes experimentais, acelerando, portanto os processos de projeto ao mesmo tempo em que reduz custos e permite a otimização das variáveis tecnológicas envolvidas. Neste trabalho, o processo de soldagem por fricção é modelado empregando um programa de propósito geral baseado no método dos elementos finitos, procurando reproduzir a distribuição térmica e o correspondente escoamento de massa. Os resultados numéricos térmicos são comparados com distribuições termográficas experimentais e os resultados numéricos de escoamento de massa são comparados com aqueles obtidos a partir de técnicas experimentais de visualização, atingindo uma concordância aceitável.

    Abstract in English:

    The process of Friction Stir Welding (FSW) is a welding method developed by the "The Welding Institute" (TWI) of England in 1991. The welding equipment consists of a tool that rotates and progresses along the joint of two restrained sheets. The joint is produced by frictional heating which causes the softening of both components into a viscous-plastic condition and also by the resultant flow between the sheets to be joined. Numerical Modeling of the process can provide realistic prediction of the main variables of the process, reducing the number of experimental tests, thus accelerating the design processes while reducing costs and optimizing the involved technological variables. In this study the friction stir welding process is modeled using a general purpose finite element based program, reproducing the material thermal map and the corresponding mass flow. Numerical thermal results are compared against experimental thermographic maps and numerical material flow results are compared with material flow visualization techniques, with acceptable concordance.
  • The use of submerged-arc welding flux slag as raw material for the fabrication of multiple-use mortars and bricks Technical Papers

    Viana, Caroline Espinosa; Dias, Dylmar Penteado; Holanda, José Nilson França de; Paranhos, Ronaldo Pinheiro da Rocha

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho tem como objetivo avaliar possíveis usos para a reciclagem da escória de fluxo de soldagem (EFS) na construção civil. Foi pesquisada a possibilidade do uso da EFS como substituto da areia na produção de argamassas de múltiplo-uso e substituição da argila na produção de tijolos. A EFS tem origem na soldagem a arco submerso (SAS), e foram usadas escórias dos tipos ácida, neutra e básica, conforme sua neutralidade. As argamassas foram preparadas usando os três tipos de EFS e ainda uma argamassa de referência feita com areia. As características físicas e mineralógicas de cada EFS foram estudadas, e as propriedades físicas (consistência e densidade) e propriedades mecânicas (resistência à compressão e à tração) das argamassas foram analisadas. Corpos de prova cerâmicos foram preparados contendo argila caulinítica sedimentar com até 10% em peso de EFS. Estes foram confeccionados por pressão uniaxial e calcinados a 950ºC. As seguintes propriedades após a queima foram determinadas: deformação linear, absorção de água, densidade aparente e resistência à flexão. Os resultados mostraram que para as argamassas de múltiplo-uso, a EFS atingiu resultados excelentes, podendo substituir totalmente a areia como agregado miúdo. Para os tijolos cerâmicos, a EFS também pode ser usada como substituto parcial da argila vermelha. Ambas as aplicações da EFS contribuem significativamente para a redução de impacto ambiental: por um lado, reduzindo a extração de areia natural e da argila e, por outro lado, contribuindo para a redução do risco de contaminação do subsolo devido ao despejo inadequado da EFS.

    Abstract in English:

    This work has as objective to analyze the recycling possible uses of the slag of welding flux (SWF) in the civil construction. It was searched the liability of SWF as substitute of sand in the production of multiple-use mortars and clay for the production of ceramic bricks. SWF has origin in the submerged-arc welding (SAW), and have been used slags of the acid, neutral and basic types, according to its neutrality. Mortars have been made containing the three types of SWF and in addition a reference mortar made with sand. Physical and mineralogical characteristics of each SWF were studied, and the physical properties (consistency and density) and mechanical properties (compressive and tensile strengths) of the mortars were analyzed. Ceramic pieces have been made containing kaolinitic sedimentary clay up to 10 wt. % of SWF. The pieces were prepared by uniaxial pressing and fired at 950ºC. The following properties after firing were determined: linear shrinkage, water absorption, apparent porosity, apparent density, and flexural strength. The results show that for multiple-use mortars, SWF reached excellent results, being an overall substitute for sand as fine aggregate. For ceramic bricks, SWF can also be used as partial substitute for red clay. Both applications of SWF significantly contributes for the reduction of the ambient impact: on one hand, reducing the extraction of natural sand and clay, on other hand, contributing for the reduction of the risk of ground water contamination due to the inadequate disposal of the SWF.
  • Incerteza na medição da largura de cordões de solda Artigo Convidado

    Arencibia, Rosenda Valdés; Ribeiro, José Ribamar dos Santos

    Abstract in Portuguese:

    O presente trabalho aborda a estimativa da incerteza associada à medição da largura do cordão de solda conforme recomendado pelo ISO GUM. A metodologia aplicada consistiu das seguintes etapas: identificação e estudo das variáveis que afetam a medição da largura do cordão, com paquímetro; adoção de um modelo matemático que relaciona as variáveis de entrada e de saída do sistema avaliado; planejamento e execução dos experimentos para o levantamento dos dados; estimativa da incerteza de medição e, finalmente, análise e discussão dos resultados. No final do trabalho foi possível concluir que a variabilidade associada às leituras, foi a fonte de maior contribuição para a incerteza final, e que a incerteza expandida atingiu o valor ± 1,03 mm para 95,45 % de abrangência.

    Abstract in English:

    This paper addresses the estimation of the uncertainty associated to welding bead width measurement according to the ISO GUM recommendations. The applied methodology consisted of the following steps: identification and study of the variables that affect measurement of the bead width with a caliper; adoption of a mathematical model that relates the input and output variables of the evaluated system; planning and execution of experiments to gather data; estimation of measurement uncertainty and, finally, analysis and discussion of results. By the end of this work it was possible to conclude that the variability associated to the readings was the source of the largest contribution for the final uncertainty, and that the expanded uncertainty has reached the value ± 1,03 mm to 95,45 % of coverage.
  • As dimensões do arco elétrico Desafio Tecnológico

    Vilarinho, Louriel O.

    Abstract in Portuguese:

    Dada a complexidade intrínseca de um arco elétrico utilizado como fonte de energia para a fusão nos processos de soldagem a arco, onde existem gradientes muito elevados de propriedades e material, torna-se difícil estabelecer limites para as dimensões do arco. Em termos práticos esta definição é importante para se estabelecer, por exemplo, preparação de juntas e geometria de peças, de tal forma que interfira de forma adequada na formação do arco. Algumas características podem ser utilizadas para definir as dimensões do arco, como a radiação luminosa (raio óptico) e o campo elétrico (raio elétrico), além da mancha/raiz anódica (peça). Desta forma, é objetivo apresentar e discutir as dimensões do arco elétrico com base nestas características. Espera-se que haja discussão das idéias e resultados aqui apresentados com réplica ao texto escrito a partir da contribuição feita por observações de outros pesquisadores.

    Abstract in English:

    The definition of the electric arc dimensions is a complex task, due to its intrinsic complexity, where very high steep gradients of properties and material are found. In practical terms, this definition is important to establish, for instance, joint preparation and workpiece geometry, in such way that they positively interfere on the arc formation. Some characteristics can be used to define the arc dimensions, such as light radiation (optical radius) and the electrical field (electrical radius), besides the anode spot (workpiece). Therefore, it is aimed to present and discuss the electrical arc dimensions basing on these characteristics. It is expected that discussion of the presented ideas and results arises through the reply of other researchers from their own observations.
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