Resumo em Inglês:

Abstract A Virtual Machine has led to a fully automatic spot welding system. All necessary parameters are created by measuring systems and algorithms running in the Virtual Machine. A hybrid operating circuit allows the Virtual Machine to read the exact process voltage between the tips of the electrodes every 50 µs. Actual welding voltage and current allow for the first time reading process impedance, electric power and total energy being transferred to the spot weld. Necessary energy input is calculated by a calorimetric model after measuring the total thickness of the materials to be welded as soon as the welding gun is positioned at the workpiece. A precision potentiometer implemented in the gun delivers the total material thickness within the 0.1 mm range during the pre-pressure phases. The internal databank of the Virtual Machine controls all essential parameters to guide the total welding process. Special generator characteristics of the welding power unit are created by the Virtual Machine just during the upslope and the welding phases. So the process will be initialized in differentiating the kind of material, mild steel or high strengthen steel. This will affect the kind of energy input and current decrease during the upslope and downslope phases.

Resumo em Português:

Resumo Os sistemas comerciais destinados à automação da soldagem orbital enfrentam desafios perante o controle da trajetória e a parametrização do processo. Os tubos e dutos do setor de Petróleo e Gás apresentam descontinuidades, advindas de sua fabricação, críticas para o processo de soldagem. Para superar isto, o presente trabalho investiga a utilização de sensores para correção em tempo real da soldagem orbital. Um robô antropomórfico atua na condução da tocha. Um sensor a arco para seguimento de junta e um sensor baseado no contato elétrico para procura da junta foram empregados. Um programa em forma de algoritmos para geração de uma trajetória orbital automática e alocação dos parâmetros de soldagem foi desenvolvido. A validação da estratégia proposta e do controle da tocha pelo sensor a arco foi realizada com depósitos em corpos de prova de tubos. A soldagem do passe de raiz com um processo MIG/MAG com controle de corrente no curto-circuito também foi executada em conjunto com o sensor a arco.

Resumo em Inglês:

Abstract The commercial welding systems for orbital welding automation face challenges regarding the robot path control and the process parameters. Pipes from oil and gas companies present discontinuities caused by the manufacturing stage that are critical for the welding process. To overcome this, the present paper investigates the use of sensors for real time correction in orbital welding. An anthropomorphous robot guides the torch. A through-arc sensor for seam tracking and an electrical contact sensor for seam finding were employed. A program for automatic path planning and welding parameters allocation was developed. The proposed strategy and the arc sensor torch control were validated based on weld deposits on pipe. The root pass welding was next performed using a short-circuit control GMAW process with the arc sensor.

Resumo em Português:

Resumo As características de propagação de trinca por fadiga de soldas produzidas em condições convencionais (Soldas feitas fora da agua) e de reparo subaquáticas (Solda subaquática molhada) foram avaliadas fora da agua. As velocidades de crescimento da trinca por fadiga da/dN mostraram uma sensível dependência com a densidade e distribuição de poros, fatores que variam significativamente com o processo de soldagem e meio ambiente. Variações na velocidade de propagação da trinca por fadiga foram correlacionadas com a análise da superfície de fratura na zona de propagação estável da trinca. Os resultados deste estudo mostram que o procedimento de soldagem subaquática molhada produz metal de solda resistente à fadiga que é adequado para uso em baixas tensões aplicadas em estruturas offshore.

Resumo em Inglês:

Abstract Fatigue cracks propagation characteristics of welds produced in conventional conditions (welds made out of water) and underwater condition (Underwater wet welding) were evaluated out of the water. The growth rates of fatigue crack da/dN showed a significant dependency on the density and distribution of pores, factors which may vary significantly with the welding process and environment. Variations in the propagation speed of the fatigue crack were correlated with the analysis of the fracture surface on the stable propagation crack zone. The results of this study showed that the underwater wet welding procedure produces weld metal resistant to fatigue that is suitable to be used at low stresses applied to offshore structures.

Resumo em Inglês:

Abstract: When they are damaged by cavitation, hydroelectric power plant turbine blades must be repaired using operations that could benefit from developments in welding technologies. In light of this, the LABSOLDA welding laboratory at the Federal University of Santa Catarina is making efforts to enhance the flexibility and robustness of the powder-fed plasma transferred arc (PTA-P) process so that it can be used in any welding position and with different powders. The use of consumables in powder form in PTA-P welding allows experiments to be carried out to develop an alloy with special properties suitable for use in generator repairs. To this end, the RV-F PF powder feeder, which can operate with consumables with non-standard morphologies and particle sizes, was developed. The feeder was required to provide a regular flow of consumable material in out-of-position welding operations without the need for high gas flow rates and regardless of the morphology or particle size of the consumables. The RV-F PF is shown to operate efficiently with materials whose properties differ greatly from those of standard consumables. It is also suitable for overhead PTA-P welding and provides a constant supply of filler material efficiently with normal gas flow rates. The welding tests carried out involved deposition of a mixture of two alloys and were followed by cavitation testing of the resulting coating.

Resumo em Português:

Resumo O processo de micro soldagem pode ser eficiente para a união de Ligas com Memória de Forma (LMF) do sistema NiTi devido à alta precisão e localização do calor, diminuindo os tamanhos da zona fundida (ZF) e da zona termicamente afetada (ZTA), promovendo melhorias nas propriedades mecânicas destes tipos de juntas. Nesse contexto, este estudo teve como objetivo determinar as variações das propriedades termomecânicas em juntas soldadas de fios de LMF NiTi. Para o trabalho, fios de uma LMF NiTi (ASTM F2063) com 0,9 mm de diâmetro, foram divididos em dois grupos: (a) fios sem tratamento térmico (NiTiA) e (b) fios com tratamento térmico a 400 °C durante 20 minutos (NiTi400). Em seguida estes fios foram soldados de topo e de forma autógena pelo processo micro TIG, por meio de pulsos controlados. A caracterização termomecânica dos fios sem solda e micro soldados foi realizada utilizando ensaios de calorimetria diferencial de varredura (DSC), análise dinâmico-mecânica (DMA), ensaios de tração uniaxial, microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microindentação Vickers. Os resultados mostraram a eficiência do processo TIG ao soldar os fios NiTi de ambos os grupos, mesmo com a redução das temperaturas de transformação de fase da junta com relação ao metal de base original. Os fios com as juntas soldadas apresentaram patamares de deformação superelástica máxima de aproximadamente 8%, com tensões de indução de martensita entre 400 e 500 MPa. Este desempenho das juntas soldadas permitiram a realização de ciclos superelásticos com 4% de deformação com segurança. A análise das superfícies de fratura das juntas soldadas permitiram constatar características dúcteis no processo de ruptura.

Resumo em Inglês:

Abstract Micro welding can be an efficient way for joining shape memory alloys (SMA) due to high accuracy and location of heat, reducing the size of the molten zone and heat affected zone (HAZ) promoting improvements in mechanical properties in these types of joints. This study aimed to determinate variations in thermomechanical properties of welded joints of NiTi SMA wires. For this, NiTi wires (ASTM F2063) with 0.9 mm diameter were divided into two groups: (a) as received wires (NiTiA) and (b) heat treated wires at 400 °C for 20 min (NiTi400). These wires were welded by TIG process, using controlled pulses (spots). The thermomechanical characterization of micro welded wires was performed using differential scanning calorimetry (DSC), dynamic mechanical analysis (DMA), uniaxial tensile tests, optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), and Vickers microhardness. The results show the efficiency of TIG welding NiTi wires of both groups, even with the reduction of the phase transformation temperatures of the joint with respect to the original base metal. The wires with welded joints showed showed maximum superelastic strain levels of about 8% with martensite induction stresses between 400 and 500 MPa. This performance of welded joints allow the realization of superelastic cycles up to 4% deformation safely. The analysis of welded wire fracture surfaces allowed verifying ductile characteristics at the rupture process.

Resumo em Português:

Resumo Este trabalho constitui um estudo dos vergalhões CA-50 da classe dos aços SAE 1026. Para um melhor controle das propriedades mecânicas da junta soldada foi realizado este estudo, o conhecimento de certas variáveis é de grande importância para encontrar os parâmetros ideais de soldagem, e os respectivos resultados microestruturais e consequentemente sobre as propriedades mecânicas da junta soldada. Para realização deste estudo foi realizado um estudo do material como recebido para a fixação de uma base sólida de comparação. Foi realizada a soldagem do material utilizando como gás de proteção argônio com 20% de dióxido de carbono, o arame utilizado foi o cobreado ER70S-6, as juntas soldadas foram do tipo transpasse com monitoramento de temperatura através de termopares para dois aportes térmicos distintos. Um código numérico computacional foi desenvolvido para simular os fenômenos que ocorrem no processo (gradiente de temperatura, transformações de fases, transferência de calor). As juntas soldadas não apresentaram martensita como fase frágil, o metal de solda apresentou estrutura dendrítica, a ZTA apresentou duas regiões distintas com tamanhos de grão diferentes tudo isso devido ao gradiente de temperatura, que também originou características distintas do cordão de solda, ZTA, fases formadas e tamanhos de grão distintos.

Resumo em Inglês:

Abstract This work is a study of rebar CA-50 class of steels SAE 1026. To better control the mechanical properties of the weld was carried out this study, knowledge of certain variables is very important to find the optimal parameters of welding, and the results microstructure and therefore on the mechanical properties of the welded joint. For this study was conducted a study of the material as received for establishing a solid basis for comparison. Welding the material using argon as protective gas of 20% carbon dioxide was performed, the wire used was ER70S-6 coppered, welded joints were of the type with crossover temperature monitoring thermocouple through two distinct thermal contributions. A computational numerical code was developed to simulate the phenomena occurring in the process (temperature gradient, phase transformations, heat transfer). Welded joints did not show how fragile martensite phase, the weld metal showed dendritic structure, the ZTA presented two distinct regions with different grain sizes all this due to the temperature gradient, which also originated distinct characteristics of the weld bead, ZTA, stages formed and different grain sizes.

Resumo em Português:

Resumo A característica mais marcante da soldagem TIG Orbital é a constante alteração na posição de soldagem enquanto a tocha acompanha o perfil geométrico dos tubos. No contexto da soldagem TIG orbital de tubos de grande diâmetro e paredes espessas, é investigada a relação entre a posição de soldagem, uso de corrente constante ou pulsada e ainda valor da corrente média nas características geométricas dos cordões obtidos. Foram realizadas soldas de deposição em tubos de aço carbono SAE 1020, bem como macrografias das seções transversais dos cordões via microscopia óptica. Filmagens em alta definição contribuíram para a compreensão do comportamento da poça de fusão nas diferentes posições de soldagem. As características geométricas foram quantificadas através das macrografias com o uso de um software e foi traçada a relação destas com as variáveis citadas. Além disso, foi feita uma análise microestrutural das amostras, correlacionando com a microdureza Vickers. Concluiu-se que cordões soldados com corrente pulsada apresentam maiores reforço e largura, bem como maior dureza e microestrutura mais refinada. A posição vertical ascendente resulta em cordões com menor fator de forma e maior penetração, e a posição sobre cabeça resulta em cordões de baixo fator de forma.

Resumo em Inglês:

Abstract The most important characteristic of TIG Orbital welding is the constant change in weld position while the torch follows the geometric profile of the pipes. In this context, large diameter and thick wall pipes orbital TIG welds were investigated, by studying the relation between the welding position, use of constant or pulsed current and magnitude of welding current and the resulting geometric characteristics. Weld beads were made on SAE 1020 carbon steel pipes, as well as transversal section macrographs via optical micrograph. High definition filming contributed to comprehension of the weld pool trend on different welding positions. Geometric characteristics were quantified through the macrographs by using software, and its relations with the cited variables were made. Besides that, a microstructural analysis was made, comparing it to Vickers micro hardness. One could conclude that beads made with pulsed current had higher reinforcement and width, as well as higher hardness and a finer microstructure. The ascendant vertical position resulted in low reinforcement form factor and higher penetration, and the overhead position results in low reinforcement form factor beads.

Resumo em Espanhol:

Resumen El acero HSLA (High Strength Low Alloy) API 5L X70 es utilizado para fabricación de tuberías para transporte de hidrocarburos. La construcción de tuberías de este material involucra alta cantidad de soldadura, donde los parámetros empleados influyen directamente en las estructuras metalúrgicas y en las propiedades mecánicas del mismo cuando soldado. Así, para estudiar el impacto de los parámetros de soldadura por arco sumergido en la resistencia mecánica y dureza de la Zona Afectada por el Calor (ZAC), fue llevado a cabo un diseño central compuesto que totalizó 17 pruebas. Las variables de entrada fueron corriente, voltaje y velocidad de avance; como variables de salida se consideró resistencia a la tensión y dureza Vickers de la ZAC. Para tal estudio fue utilizado el proceso de soldadura por arco sumergido, pruebas de tensión y pruebas de dureza Vickers. Se utilizó la metodología de superficie de respuesta para el modelado y la optimización fue realizada utilizando algoritmos genéticos y la gráfica de frente de Pareto. Fueron obtenidas 16 combinaciones de parámetros con la optimización, de las cuales fue escogida una para validar los modelos. Con los resultados fue posible establecer modelos matemáticos empíricos satisfactorios para las variables de respuesta.

Resumo em Inglês:

Abstract The HSLA steel API 5L X70 is used to manufacture pipes for transporting hydrocarbons. The construction of pipe of this material involves high amount of welding, where the parameters used affect directly in the metallurgical structure and in the mechanical properties thereof when welded. Thus, to study the impact of the parameters of the submerged arc welding in mechanical strength and hardness of the heat affected zone (HAZ), it was held a central composite design which totaled 17 tests. The input variables were current, voltage and travel speed; as output variables was considered tensile strength and Vickers hardness of the HAZ. For this study it was used the SAW process (Submerged Arc Welding), tensile testing and Vickers hardness testing. The response surface methodology was used for modeling and the optimization was done using genetic algorithms and Pareto front graph. Sixteen combinations of parameters were obtained with the optimization, of which one was chosen to validate the models. With the results it was possible to establish satisfactory empirical mathematical models for the response variables.

Resumo em Português:

Resumo O presente trabalho visa investigar a microestrutura formada na soldagem dissimilar entre chapas de aços inoxidáveis ferríticos AISI 410S e aços inoxidáveis austeníticos AISI 304L pelo processo friction stir welding. A soldagem foi realizada com o ajuste dos seguintes parâmetros: rotação 450 rpm; velocidade de soldagem de 1,0 mm/s; e força axial 40 kN. O aço AISI 410S foi posicionado no lado de avanço enquanto que o aço AISI 304L foi posicionado no lado de retrocesso. A análise consistiu de preparação metalográfica e caracterização microestrutural por microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura. Para o aço AISI 410S foi observada a formação de martensita associada com ferrita na zona de mistura (ZM), zona termomecanicamente afetada (ZTMA) e na zona afetada pelo calor (ZAC). As características do processo de soldagem FSW resultaram num refino de grão para o aço inoxidável ferrítico, posicionado no lado de avanço, tanto na ZM quanto nas ZTMA e ZAC. O mesmo comportamento não foi observado para o lado austenítico.

Resumo em Inglês:

Abstract This study aims to investigate the microstructure formed in dissimilar welding between AISI 410S ferritic stainless steel and AISI 304L austenitic stainless steels plates by friction stir welding process. The welding was performed setting the following parameters: rotation 450 rpm; welding speed of 1.0 mm/s; and axial force 40 kN. The AISI 410S was positioned on the advancing side while the AISI 304L steel was positioned in the retracting side. The analysis consisted of metallographic preparation and microstructural characterization by optical microscopy and scanning electron microscopy. For AISI 410S ferritic stainless steel was found martensite formation in association with ferrite in the stir zone (SZ), thermomechanically affected zone (TMAZ) and heat-affected zone (HAZ). The characteristics of the FSW welding process for the ferritic stainless steel resulted in grain refining, whether in the SZ, TMAZ and HAZ. In the austenitic stainless steel side, the same behavior was not found.

Resumo em Português:

Resumo Revestimentos são crescentemente utilizados como alternativa de engenharia em projetos avançados. Diversas técnicas e processos estão disponíveis para a aplicação de revestimentos, dependendo da condição específica a que se destinam. Revestimentos para barreira térmica, conhecidos como TBC, fazem parte de uma série especial de revestimentos metal-cerâmicos com tradicional utilização na indústria aeronáutica e crescente aplicação nas indústrias automotiva e de turbinas industriais. Um dos maiores problemas dos TBCs é sua degradação devido à oxidação em alta temperatura da camada de ligação, levando à falha do revestimento por desplacamento. O presente estudo investiga e compara o comportamento de oxidação da camada de ligação de revestimentos para barreira térmica (TBC), tendo como material a liga NiAl, que é uma liga bastante utilizada devido a suas características em altas temperaturas e por ter uma boa adesão em vários substratos. A camada de ligação foi aplicada em um substrato de Aço ABNT 1020 pelo processo Flame Spray (Aspersão a chama). Para a realização dos testes de oxidação isotérmica, o forno utilizado foi regulado a uma temperatura de 1000°C em atmosfera de ar estático, com exposição das amostras por 24, 48, 96 horas e o resfriamento feito em ar atmosférico à temperatura ambiente. A análise do óxido crescido termicamente (TGO – Thermally Grown Oxide) em cada amostra foi feita relacionando os tempos de exposição, avaliando a taxa de óxidos por meio de medições de ganho de massa das amostras com revestimentos oxidados e análises por Microscopia Eletrônica de Varredura e Microscopia Ótica.

Resumo em Inglês:

Abstract Coatings are increasingly used as an alternative in advanced engineering projects. Coatings can be applied by various techniques and processes, depending on the specific condition as intended. Thermal Barrier Coatings, known as TBC, are part of a special series of metal-ceramic coatings with traditional use in the aviation industry and increasing application in the automotive and power generation turbine industries. They consist basically of two layers, a metallic bond coat and a ceramic top coat. A major problem is TBC degradation due to oxidation at high temperature of the bond coat, forming an oxide layer known as TGO, leading to complete failure of the coating. The present study investigates and compares the oxidation behavior of a NiAl bond coat, which is one of the widely used materials due to its characteristics at high temperatures and good adhesion to various substrates. The bond coat was applied to an SAE 1020 steel substrate by Flame Spray. To achieve the isothermal oxidation tests, the furnace equipment was set to a temperature of 1000 °C in static air atmosphere, with exposure of the samples at 24, 48 and 96 hours and cooling done in air at room temperature. Analysis of the thermally grown oxide (TGO) in each sample was performed by relating the exposure times, assessing the oxidation rate by measuring the mass gain of the samples with oxidized coatings and analysis by Optical and Scanning Electron Microscopy (SEM).

Resumo em Português:

Resumo O uso de estruturas híbridas metal-polímero é uma alternativa para a redução de peso e de consumo de combustível na indústria de transporte que visa minimizar a emissão de gases nocivos ao efeito estufa. A Rebitagem por Fricção (‘Friction Riveting) é uma técnica relativamente nova para união de estruturas híbridas metal-polímero. O processo baseia-se na geração de calor friccional entre os componentes resultando na deformação plástica da extremidade do rebite metálico, que é ancorado dentro do componente polimérico. O presente estudo avaliou a viabilidade técnica da união de AA 6056 T6 e PA6, com foco na influência da velocidade de rotação do rebite no desempenho mecânico das juntas. A máxima temperatura atingida no processo aumentou com o acréscimo na velocidade de rotação, de 291 ± 6°C com 10000 rev/min para 375 ± 5°C com 15000 rev/min. A utilização de maiores valores de velocidade de rotação causou a deformação plástica da ponta do rebite durante a fase de fricção. Isso levou a juntas mecanicamente mais resistentes, devido à maior ancoragem do rebite metálico na placa polimérica. As juntas de AA 6056 T6-PA6 apresentaram bom desempenho de resistência à tração atingindo 85% da resistência à tração do rebite metálico. Portanto, verificou-se que é possível unir AA 6056 T6 e PA6 pela técnica de rebitagem por fricção e que a velocidade de rotação influencia diretamente a resistência à tração das juntas.

Resumo em Inglês:

Abstract Hybrid metal-polymer structures are an alternative solution to reduce weight and fuel consumption in the transportation industry in order to minimize the emission of noxious gases in regard to the greenhouse effect. Friction Riveting is a relatively new technique for joining metal-polymer hybrid structures. The process relies on the generation of frictional heat between the components causing the plastic deformation of the metallic rivet and its anchoring in the polymer component. This study evaluated the technical feasibility of friction-riveted AA 6056 T6 and PA6 joints, and the influence of the rotational speed (RS) on the maximum process temperature and on the mechanical performance of the joints. The maximum temperature reached increased with the rotational speed, from 291 ± 6 °C at 10000 rev/min to 375 ± 5 °C at 15000 rev/min. The use of greater rotational speeds induced the plastic deformation of the tip of the metallic rivet during the frictional phase. This led to mechanically stronger joints due to the larger anchoring of the metallic rivet within the polymeric plate. The AA 6056 T6-PA6 joints had good tensile strength, achieving 85% of the metallic rivet’s tensile strength. Therefore, the feasibility of friction-riveted AA 6056 T6-PA6 joints was proven. Furthermore, it was shown that the rotational speed influences directly the rivet anchoring and thus the tensile strength of the joints.

Resumo em Português:

Resumo Um adequado controle da poça fundida é de fundamental importância para obtenção de soldas em conformidade geométrica com as especificações de projeto. O processo “Plasma-MIG” com Arcos Concêntricos tem sido apresentado como uma alternativa inovadora neste sentido. Desta forma, este trabalho objetivou ampliar os estudos relacionados ao balanço das correntes entre o eletrodo consumível e o arco externo, ao ângulo de inclinação da tocha e à distância entre a tocha e a peça sobre a performance do processo. Soldagens de simples deposição sobre chapa foram executadas na posição plana, visando identificar individualmente o efeito de cada das variáveis sobre a geometria do cordão. A corrente no arco externo foi avaliada em quatro níveis e os efeitos dos demais parâmetros foram avaliados em três níveis. Foi observado que incrementos na corrente do arco externo favorece o aumento da largura, penetração e área fundida e redução do reforço. O aumento da distância da tocha até a peça fez o reforço aumentar e as larguras, penetração e área fundida diminuíram. Quanto ao ângulo de ataque da tocha, a largura e área fundida aumentaram e o reforço e penetração diminuíram quando se muda do modo puxando para empurrando.

Resumo em Inglês:

Abstract An appropriate control of the welding pool is essential for obtaining welds in conformity with design specifications. The “Plasma-MIG” with concentric arcs process has appeared as an innovative option in this direction. Thus, this work aimed to expand the studies related to the influence of the balance of current between the consumable electrode and the external arc, to the torch angle and to torch-plate distance on the process performance. Bead on plate welds were carried out aiming to identify individually the effect of each of the variables on the bead geometry. The extern arc current was evaluated at four levels and the effect of the remaining parameters was evaluated at three levels. Increases of extern arc current promotes wider beads, deeper penetration, larger molten area and lower reinforcement. When the distance electrode-plate was lengthened, the reinforcement increased and the width, penetration and melt area decreased. Concerning the torch angle, the width and melt area increased and the reinforcement and penetration decreased when the position changes from pulling to pushing.