Resumo em Português:

Soldagem de ligas ferrosas tem sido amplamente utilizada por muitos anos no México. Com o advento da indústria aeroespacial , novas ligas , os processos e os desafios também. Um exemplo disto é o material de soldadura TIG 6AL4V como titânio usados em peças de aeronaves . Neste trabalho, ensaios mecânicos e não destrutivos , a fim de testar os parâmetros fixos e móveis para a obtenção de determinados critérios de qualidade para o processo e fornecer dados da indústria que vão melhorar esses processos foram realizados e ser competitivo. Para isso três níveis de parâmetros de entrada e calores foram selecionados para esta variável está relacionada com as características metalúrgicas e até certo ponto com a cura. Baixos níveis de alta, média e foram testados através da variação da tensão , corrente e velocidade constatação de que os valores assumidos não cumpriu a Charpy entalhe tenacidade. A fim de otimizar e alcançar o valor-alvo, um desenho composto central foi realizada utilizando a médio e tratamentos de alta apresentou melhores propriedades encontrando cumprimento dos critérios e parâmetros de qualidade e fornecimento de calor adequada para resposta óptima. O experimento não conseguiu melhorar a tenacidade da solda até 12 Joules cumprindo a resistência à tração , limite de escoamento e alongamento mínimo especificado para o material de base.

Resumo em Espanhol:

La soldadura de aleaciones ferrosas ha sido ampliamente utilizada durante muchos años en México. Con la llegada de la industria Aeroespacial, nuevas aleaciones, procesos y retos también. Un ejemplo de esto es la soldadura GTAW en materiales como el Titanio 6Al4V utilizada en partes de los aviones. En este trabajo se realizaron pruebas mecánicas y no destructivas con la finalidad de probar parámetros fijos y móviles para la obtención de los criterios de calidad adecuadas al proceso y aportar a la industria datos que le permitan mejorar dichos procesos y ser competitiva. Para esto se seleccionaron tres niveles de parámetros y calores de aporte pues esta variable está relacionada con las características metalúrgicas y en cierto grado con la sanidad. Se probaron niveles altos, medios y bajos variando el voltaje, amperaje y la velocidad encontrando que los valores supuestos no cumplían la tenacidad a la entalla Charpy. Para optimizarlo y alcanzar el valor objetivo se realizó un diseño central compuesto utilizando los tratamientos medio y alto que arrojaron mejores propiedades encontrando el cumplimiento con las criterios de calidad y los parámetros, y el calor de aporte adecuados para tener una respuesta óptima. El experimento logró mejorar la tenacidad de la soldadura hasta 12 Joules cumpliendo con la resistencia a la tensión, esfuerzo de cedencia y elongación mínimo especificado para el material base.

Resumo em Inglês:

Welding of ferrous alloys has been widely used for many years in Mexico. With the arrival of the Aerospace industry, new alloys, processes and challenges as well. An example of this is the GTAW welding materials such as Titanium 6AL4V, which is applied in the manufacturing of aeronautical components. In this work, mechanical and non-destructive tests were carried out, in order to get fixed and adjustable parameters for achieving a suitable quality in the welding process and to provide data to the industry with which improving in this process is attainable. In order to reach the goal of this work, three heat levels and parameters were chosen and the results were related to the metallurgical characteristics of the weldment, with which a smooth weld can be achieved. High, medium and low parameters in voltage, amperage and speed were tested. There was found that the assumed values for the titanium welding did not meet the Charpy notch toughness. To optimize and achieve the target value, there was a central design using medium and high treatments that yielded best properties. The results met the critical to quality parameters; and the heat input was suitable for an optimal response. The results achieved with the experiment were an improvement on the toughness up to12 Joules. The other properties like tensile strength, yield strength and elongation fulfil the base metal specification.

Resumo em Português:

Os aços 9%Cr são amplamente utilizados à alta temperatura, principalmente em aplicações relacionadas à geração de energia. Ultimamente têm sido desenvolvidas variantes desses materiais incorporando B, W e Co, entre outros elementos, ao sistema de liga. Devido à escassez de informação sobre a influência do procedimento de soldagem sobre a junta soldada, neste trabalho se estudou o comportamento do metal base e do metal de solda em juntas circunferências soldadas com dois consumíveis diferentes pelo processo de soldagem semi-automático FCAW, sob proteção gasosa de Ar/20%CO2. Realizaram-se tratamentos térmicos pós-soldagem a 760ºC durante 4 e 2 horas. Utilizaram-se dois arames tubulares de escória rutílica, ligados ao 9Cr1Mo e 9Cr0,5Mo1WCo. Analisou-se a microestrutura nas zonas do metal de solda, afetada pelo calor (zonas de grão grosso, grão fino, intercrítica e subcrítica) e metal base. Determinaram-se a composição química do metal de solda e as propriedades de tração transversal da junta, e realizaram levantamento do perfil de microdureza. Em todos os casos se observaram valores máximos de dureza na zona correspondente ao metal de soldadura e uma diminuição na zona afetada pelo calor desde a zona de grão grosso até o metal base, obtendo se valores mínimos na zona intercrítica, inferiores aos correspondentes ao aço base. Tanto a dureza como a resistência à tração aumentaram quando foi utilizado o arame 9Cr0,5Mo1W. O tratamento térmico mais curto permitiu alcançar maior resistência em todos os casos. Numa próxima etapa se fará as medições de tenacidade e de resistência ao creep.

Resumo em Inglês:

9Cr steels are widely used for high temperature service, principally in applications related to energy generation. Lately several variants of these materials have been developed through the addition of B, W and Co, among others. Due to the fact that information on influence of welding procedure on the welded joint is scarce, the objective of this work was to study the behavior of both the base metal and the weld metal of circumferential weldments performed using semiautomatic welding process under gas mixture protection. Two FCAW rutilic slag wires, alloyed with 9Cr1Mo and 9Cr0.5Mo1W1Co respectively, were used under Ar/20%CO2 gas shielding. Post weld heat treatments of 4 and 2 hours have been carried out. The microstructure was analyzed in the different zones: weld metal, heat affected (coarse and fine grain, intercritical and subcritical) and not affected base metal. Chemical composition of the weld metal, transversal tensile properties of the joint and microhardness along the weld transversal section were determined. In all cases it was obtained maximum hardness values in the weld metal and a decrease in this property in the heat affected zone from the coarse grain zone to the base metal one. The minimal hardness values were achieved in the intercritical zone, lower than those of the metal base. Hardness and tensile strength increased when the weldment was performed with the 9Cr0,5Mo1W wire. The shorter heat treatment allowed obtaining higher values of tensile strength, in all the cases. Toughness and creep resistance determinations will be the next step.

Resumo em Português:

A Soldagem Pontual por Fricção ('Friction Spot Welding - FSpW') é uma técnica inovadora que foi desenvolvida e patenteada em 2005 pelo centro de pesquisa alemão Helmholtz Zentrum Geesthacht (HZG). A técnica apresenta ciclos rápidos, baixo custo operacional e gera soldas com alto desempenho mecânico. Foi inicialmente projetada para a soldagem de ligas metálicas leves. A soldagem de polímeros é alvo de pesquisas recentes e a soldagem de compósitos poliméricos por FSpW ainda é inédita. Este estudo demonstrou a viabilidade técnica da soldagem de chapa de poliamida 6 (PA6) e laminado de poliamida 66 e fibra de carbono (CF-PA66) por FSpW. O histórico térmico, o acabamento superficial, a microestrutura da região da solda e a resistência mecânica ao cisalhamento de juntas sobrepostas PA6/CF-PA66 foram investigados. O aumento do tamanho do anel de fixação da ferramenta original, projetada para a soldagem de metais, possibilitou a seleção de parâmetros de soldagem que resultaram em grande aporte térmico, resultando no aumento da área soldada, num menor entalhe (inscrição) deixado pela ferramenta na amostra, produzindo melhoria no acabamento superficial da solda. Essa otimização resultou em uma junta PA6/CF-PA66 com resistência ao cisalhamento de 35 MPa (2196 N), com fratura predominante na placa superior de PA6.

Resumo em Inglês:

Friction Spot Welding is an innovative technique developed and patented in 2005 by the research center Helmholtz Zentrum Geesthacht (HZG). Advantages of the process include fast joining cycles, low operational costs and good mechanical performance. It was originally developed to weld lightweight metals and has been continuously improved to weld polymers. There are only few studies on friction spot welding of thermoplastics and the welding of polymeric composites by FSpW is still unpublished. This study demonstrated the technical feasibility of welding a polyamide 6 (PA6) plate over a carbon fiber polyamide 66 laminate (CF-PA66) by FSpW. The thermal history, the surface finish, the microstructure of the weld region and the mechanical shear strength of PA6/CF-PA66 lap joints were investigated. The increase of the diameter of the clamping ring - originally designed for welding lightweight metals - led to the selection of welding parameters that result in high heat input, resulting in an increased welded area, and lower notch left by the tool in the sample that improved the surface finish of the weld. This optimization resulted in a PA6/CF-PA66 joint with lap shear strength of 35 MPa (2196 N), with fracture occurring mainly in the top plate of PA6.

Resumo em Português:

O processo A-TIG (soldagem TIG com fluxo ativo) consiste em depositar uma fina camada de fluxo sobre a superfície da peça antes da soldagem. A deposição da camada pode ser feita através de pincel ou spray, e a soldagem é realizada após a secagem. Verifica-se que com este processo é possível aumentar a produtividade (velocidade de soldagem) em até três vezes em comparação ao processo TIG convencional. Entretanto, os fenômenos físicos associados a este ganho prático de produtividade ainda permanecem sob discussão. Desta forma, o objetivo deste trabalho é analisar a eficiência térmica (rendimento térmico) e aporte térmico na soldagem com o processo A-TIG em comparação com o processo TIG convencional, utilizando-se de um calorímetro por nitrogênio líquido, como forma de contribuir para o melhor entendimento dos fenômenos físicos associados. Pelos resultados encontrados, se verifica que os efeitos da soldagem A-TIG sobre a geometria do cordão de solda se apresentaram de acordo com trabalhos anteriores. Em adição, de forma inédita, se destaca a menor eficiência térmica da soldagem A-TIG em comparação com a soldagem TIG convencional. A partir dos resultados encontrados, se nota que a constrição do arco é mais importante que a redução da eficiência térmica.

Resumo em Inglês:

The A-TIG process (TIG welding with active flux) consists in depositing a thin layer of flux on the workpiece surface just before the welding. The layer deposition can be done by brushing or spraying over the surface, and welding is performed after it dries out. It is found that with this process it is possible to increase productivity (travel speed) up to three times higher compared to the conventional TIG process. However, the physical phenomena associated with this practical gain of productivity still remains under discussion. Thus, the aim of this paper is to analyze the thermal efficiency and heat input in the welding process with the A-TIG compared with conventional TIG process by using liquid-nitrogen calorimeter, as a contribution to better understanding the physical associated phenomena. From the presented results, it is observed that the effects of A-TIG welding on the weld bead geometry are in agreement with previous work. In addition, it is possible to conclude that the thermal efficiency of the A-TIG welding is lower than the efficiency in conventional TIG welding. Thus, it is possible to conclude that the arc constriction is more important than the reduction of thermal efficiency.

Resumo em Português:

O aço inoxidável AISI 444 tornou-se uma opção para substituir a liga AISI 316L devido ao seu menor custo e satisfatória resistência à corrosão. Entretanto, o uso da liga AISI 444 no feixe tubular de trocadores de calor acarreta na soldagem de uma junta dissimilar. O presente estudo teve por objetivo avaliar a resistência à corrosão da junta tubo-espelho soldada pelo processo TIG composta pelas ligas AISI 316L e AISI 444. A manufatura das amostras consistiu em replicar o projeto da junta tubo-espelho de trocadores de calor. Realizou-se em juntas soldadas ensaios de sensitização, perda de massa por imersão desde a temperatura ambiente até 90 ºC, e ensaios eletroquímicos de polarização potenciodinâmica nos eletrólitos 0,5 mol/L de HCl e 0,5 mol/L de H2SO4. Os resultados mostraram que a junta dissimilar sofreu corrosão galvânica com maior degradação na zona afetada pelo calor (ZAC) do tubo AISI 444. Porém, os mecanismos de corrosão localizada (pite e intergranular) demonstraram ser mais ativos para a liga AISI 316L. Conclui-se que a junta dissimilar apresentou melhor resistência à corrosão do que a junta soldada composta unicamente pela liga AISI 316L em temperaturas de até 70 ºC, conforme as condições observadas neste trabalho.

Resumo em Inglês:

The AISI 444 stainless steel (SS) has become an option to substitute the AISI 316L SS because its low cost and satisfactory corrosion resistance. However, the use of AISI 444 alloy tubes in heat exchangers cause the welding of a dissimilar joint. The aim of this study was evaluate the corrosion resistance of the tube-to-tubesheet welded by TIG process composed of AISI 316L and AISI 444. Preparation of samples was executed through replication of tube-to-tubesheet joints. In order to test the corrosion resistance of welded joint the following tests were applied, sensitization, mass loss from room temperature up to 90 ºC, and electrochemical corrosion tests in 0,5 mol/L HCl and 0,5 mol/L H2SO4 electrolytes. The results have shown that the dissimilar joint suffers galvanic corrosion with increased degradation of the heat affected zone (HAZ) of the AISI 444 tube. Nevertheless, the mechanisms of localized corrosion (pit and intergranular) was more active in the AISI 316L alloy. It is concluded that the dissimilar joint showed better corrosion resistance than the welded joint composed solely by AISI 316L at temperatures up to 70 ºC, as the conditions observed in this work.

Resumo em Português:

Este trabalho teve como objetivo avaliar o efeito produzido pela refusão superficial por meio de uma tocha plasma na resistência à fadiga de um aço inoxidável martensítico macio utilizado na fabricação de rotores de turbinas hidráulicas. As refusões foram efetuadas na superfície deste tipo de aço utilizando corrente contínua e pulsada sendo os ensaios de fadiga realizados por meio de flexão em quatro pontos nas tensões de 750, 850 e 1000 MPa. Foi constatado um melhor desempenho da condição refundida em relação ao material sem este tratamento. Não foram constatadas diferenças significativas de desempenho à fadiga para as refusões utilizando corrente contínua e convencional. A presença de tensões residuais compressivas decorrentes da transformação martensítica em parte justifica o melhor desempenho da condição refundida. Análises microscópicas complementares revelaram que o menor desempenho à fadiga do material base sem refusão estava associado também à presença de defeitos (microrechupes) provenientes do processo de fundição os quais promoviam à nucleação de trincas de fadiga junto aos mesmos. A presença de ferrita delta, situada junto às ripas de martensita orientadas a 45º em relação à direção de carregamento, promoveu a nucleação das trincas de fadiga nos corpos de prova com tratamento de refusão superficial.

Resumo em Inglês:

This study aimed to evaluate the effect of surface remelting by a plasma torch on fatigue resistance of a soft martensitic stainless steel used in the manufacture of hydraulic turbine rotors. The remelting was performed on the surface of this type of steel using direct and pulsed current with the fatigue tests performed by bending at four points at 750, 850 and 1000 MPa stresses. It was found better performance of the remelted condition in relation to cast material without this treatment and no significant differences in fatigue performance between the two remelted processes. The presence of compressive residual stresses resulting from the martensitic transformation partly explains the better performance of the remelted condition. Microscopic analysis further revealed that the lower the fatigue performance of the base material was also associated with the presence of defects (microshrinkage) from the casting process which promoted the nucleation of fatigue cracks next to them. The presence of delta ferrite together with martensite laths oriented at 45º to the loading direction, promoted fatigue cracks nucleation in specimens with surface remelted treatment.

Resumo em Português:

Neste trabalho estudou-se a perda de massa de revestimento duro aplicado pelo processo de soldagem com arame tubular com a variação de energia de soldagem, gás de proteção e número de camadas do revestimento. Com arame tubular autoprotegido de liga Fe-Cr-C-Ti foram depositados cordões sobrepostos na formação de camadas de revestimento sobre chapas de aço ao Carbono AISI 1020 para a análise da perda de massa, dureza, microestrutura. Foram realizadas medições de dureza na superfície dos corpos de prova de desgaste. Abrasômetro tipo roda de borracha foi usado para determinar a perda de massa dos revestimentos. Os revestimentos apresentaram microestrutura martensítica e austenita retida com carbonetos finamente dispersos na matriz. Os principais fatores que contribuíram para o aumento na perda de massa foram as trincas devido a maior taxa de resfriamento das amostras depositadas com baixa energia de soldagem, a diluição na primeira camada de todas as amostras também contribuiu para o aumento na perda de massa. As menores perdas de massa foram dos revestimentos de duas e quatro camadas depositados com alta energia de soldagem. A fração volumétrica de carbonetos de Titânio contribuiu para a diminuição do caminho livre médio entre as partículas de carbonetos aumentando a resistência ao desgaste dos revestimentos.

Resumo em Inglês:

In this papper, have been studied the mass loss of hardfacing applied by flux cored arc welding. Heat input, shielding gás and number of layers coating were changed to application of Fe-Cr-Ti-C self-shielded tubular wire. Beads overlapped were deposited on plates of carbon steel AISI 1020 to analyze the mass loss, hardness and microstructure. For the analysis of mass loss were deposited beads forming overlapped layers coatings. Hardness measurements were performed on the surface of the specimens of wear. Rubber wheel abrasion tester was used to access the mass loss of coatings. The coatings had retained austenite and martensite microstructure with carbides finely dispersed in the matrix. The main factors that contributed to the increase in mass loss were the cracks due to higher cooling rate of the samples deposited with low heat input, the dilution in the first layer of all samples also contributed to the increase in mass loss. The smallest mass losses were those deposited coatings with high heat input the second and fourth layer, the samples AC2, AC4 and AS2. The volume fraction of titanium carbides contributed to the decrease in the mean free path between the particles of carbides increase the wear resistance of the coatings.

Resumo em Português:

O processo de Soldadura por Impulso Magnético aplica os princípios do electromagnetismo postulados no século XIX e verificados mais tarde experimentalmente. Recentemente, o processo tem sido alvo de desenvolvimentos de modo a satisfazer requisitos do mercado, envolvendo ligações dissimilares ou de materiais difíceis de soldar. É um processo de elevada produtividade com tempos de soldadura muito curtos que usa a força electromagnética para acelerar um material contra o outro, resultando numa ligação no estado sólido sem calor adicionado externamente, nem distorções de origem térmica. Uma fonte de alta potência, um interruptor de descarga e uma bobina constituem os elementos fundamentais do equipamento. Uma corrente de elevada intensidade circulando através de uma bobina próxima de um material condutor produz uma corrente induzida, que por sua vez origina um campo magnético intenso que se opõe ao campo magnético original. O efeito desta segunda corrente movendo-se no campo magnético inicial é a geração de uma força de Lorentz que acelera o elemento "voador" a alta velocidade. Se se colocar um material no campo do elemento voador, no impacto produz-se uma ligação a nível atómico no estado sólido entre os dois elementos. Este artigo discute os fundamentos do processo em termos fenomenológicos, de modelação analítica e simulação numérica. Apresenta aplicações na industria em termos de materiais, configuração de juntas, vantagens e desvantagens do processo.

Resumo em Inglês:

Magnetic Pulse Welding (MPW) applies the electromagnetic principles postulated in the XIXth century and later demonstrated. In recent years the process has been developed to meet highly demanding market needs involving dissimilar material joining, specially involving difficult-to-weld materials. It is a very high speed joining process that uses an electromagnetic force to accelerate one material against the other, resulting in a solid state weld with no external heat source and no thermal distortions. A high power source, the capacitor, a discharge switch and a coil constitute the minimum equipment necessary for this process. A high intensity current flowing through a coil near an electrically conductive material, locally produce an intense magnetic field that generates eddy currents in the flyer according to Lenz law. The induced electromotive force gives rise to a current whose magnetic field opposes the original change in magnetic flux. The effect of this secondary current moving in the primary magnetic field is the generation of a Lorentz force, which accelerates the flyer at a very high speed. If a piece of material is placed in the trajectory of the flyer, the impact will produce an atomic bond in a solid state weld. This paper discusses the fundamentals of the process in terms of phenomenology and analytical modeling and numerical simulation. Recent industrial applications are presented in terms of materials, joint configurations and real examples as well as advantages and disadvantages of the process.

Resumo em Português:

Neste trabalho é apresentado um modelo descritivo para explanar a geração de tensões térmicas em soldagem, denominado de Modelo de 5 Barras. Tomando como base o Modelo de 3 Barras amplamente utilizado com a mesma finalidade, se reivindica que o modelo proposto seja capaz de explicar a geração das tensões também na ZAC. Essas tensões seriam progressivamente menores do que na ZF e se anulando no ponto do material em que as tensões térmicas atuantes não alcancem o limite de escoamento do material nesta região. Também mostrou ser capaz de explicar que as maiores tensões vão ser geradas na ZF e que as tensões finais na junta serão definidas pelo limite de escoamento do material do cordão e pela capacidade do material em consumir essas tensões por deformação plástica. Mas, as tensões na ZAC podem ser tão altas como as do metal de solda (ZF), desde que o material da ZAC grosseira possua limite de escoamento mais alto do que do material da ZF, passando a definir o valor da tensão térmica final gerado. Já o Modelo de 1 Barra, com a mesma abordagem, permite demonstrar que as tensões térmicas são geradas quando da ausência de empenamento angular ou sob limitada deformação plástica da peça e são sempre trativas. De forma similar, as tensões finais na junta serão definidas pelo limite de escoamento do material do cordão e pela capacidade de todo o material em absorver essas tensões por deformação plástica.

Resumo em Inglês:

A descriptive mode, named Five Bar Model, is presented in this work to explicate thermal stress generation in welding. Taking as base the widely known Three Bar Model, it is claimed that the proposed model is also capable of explaining stress generation at the HAZ. This stress would be progressively smaller than in the FZ, turning null at the material point in which the thermal stress do not reach the material yielding stress. In addition, the model also showed to be able to explain that the highest stress will be generated in the FZ and that the resultant stress will be defined by the yielding stress of the bead material and by the capability of the material in consuming these stresses through plastic deformation. However, the stresses in the HAZ might be as high as in the BM, once the coarse grain region of the HAZ sustains a higher yielding stress than in the FZ, defining the final intensity of the generated stress. The One bar Model, in turn, based on the same approach, allows to demonstrate that the generated thermal stresses happen when the piece is free of angular bending or at limited plastic deformation and they are always tensile stresses. Analogy, the resultant stresses on the component are defined by the yielding stress of the weld bead material and by the capacity of the whole material in accommodate the stress through plastic deformation.

Resumo em Português:

Uma das principais características da soldagem é o grande número de parâmetros e variáveis envolvidas, além da complexidade de suas inter-relações. Isto dificulta a elaboração de modelos matemáticos adequados para descrever processos e/ou prever os resultados de uma operação e levou ao desenvolvimento de várias relações empíricas. Nesse contexto, encontra-se na literatura um número elevado de equações que, usadas corretamente, podem ser bastante úteis no dia a dia dos profissionais da área, Um inconveniente dessas equações é estarem dispersas em um grande número de publicações e textos, o que dificulta muito a sua utilização Nesse trabalho juntou-se em um único documento diversas equações que são úteis na solução de problemas, com destaque para o trabalho rotineiro dos profissionais da soldagem. Optou-se por agrupar as equações por assunto e, na medida do possível, adotar sempre a mesma nomenclatura, com o sacrifício da simbologia originalmente usada, com o objetivo de facilitar a procura, o entendimento e a utilização do material apresentado.

Resumo em Inglês:

Most welding processes are characterized by a large number of variables, many of them related to each other by complex and mostly unknown relationships. This makes it rather difficult to develop mathematical models, to simulate different aspects of welding, and to preview the results of a welding procedure beforehand. As a result, a great number of empirical, or semi-empirical, equations have been developed by many authors since welding has been of some industrial importance. Many of those models can be useful to welding professionals but they are generally scattered in many different papers and in other publications. In this paper, an attempt is make to put together some equations related with different aspects of the welding technology. It is expected that this could assist welding professionals to resolve some problems in their daily work. The meaning of the different terms in those equations, their units, and values of some of the constants present are shown. Equations are grouped according with their application and, when it was possible, an attempt was made to unify the terminology and units used by the different authors.