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Publisher: SciELO   (Total: 745 journals)

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Soldagem & Inspeção
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ISSN (Print) 0104-9224 - ISSN (Online) 1980-6973
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  • Thermal Dissipation Effect on Temperature-controlled Friction Stir Welding

    • Abstract: Abstract During Friction Stir Welding (FSW) of complex geometries, the thermal dissipation, induced by geometric features or the surrounding environment, may strongly affect the final weld quality. In order to guarantee a consistent weld quality for different conditions, in-process welding parameter adaptation is needed. This paper studies the effect of thermal dissipation, induced by the backing bar thermal conductivity, on the weld temperature and the temperature controller response to it. A new temperature sensor solution, the Tool-Workpiece Thermocouple (TWT) method, was applied to acquire online temperature measurements during welding. An FSW-robot equipped with temperature control, achieved by rotation speed adaptation, was used. AA7075-T6 lap joints were performed with and without temperature control. The cooling rate during welding was register plus macrographs and tensile tests were assessed. The controller demonstrated a fast response promoting the heat input necessary to maintain the set welding temperature. The results demonstrated that temperature control using the TWT method is suitable to achieve higher joint performance and provides a fast setup of optimal parameters for different environments.Resumo Durante a Soldagem por Fricção linear (FSW) de geometrias complexas, a dissipação térmica, induzida por características geométricas ou pelo ambiente circundante, desempenha um papel importante na qualidade final da junta. Para garantir uma qualidade consistente em condições diferentes é necessário a adaptacão de parâmetros durante o processo. Este artigo estuda o efeito da dissipação térmica, induzida pela condutividade térmica do material da barra de suporte, na temperatura da soldadura e na resposta do controlador de temperatura a esta. Um novo método para adquirir temperatura, Tool-Workpiece Thermocouple (TWT), foi aplicado para a aquisição de medições de temperatura online durante a soldadura. Um robô-FSW equipado com controle de temperatura, obtido pela adaptação da velocidade de rotação, foi usado. Foram producidas soldaduras de juntas sobrepostas de AA7075-T6 com e sem controle de temperatura. A taxa de arrefecimento durante a soldagem foi registrada, assim como macrografias e testes de tração foram analisados. O controlador demonstrou uma resposta rápida promovendo o aquecimento necessária para manter a temperatura de soldadura selecionada. Os resultados mostram que o controle de temperatura usando o método TWT é adequado para alcançar juntas com melhor desempenho e fornece uma selecção rápida de parâmetros ideais para diferentes ambientes.
       
  • Effect of Propylene Addition to Conventional Shielding Gases on GMAW
           Applied to Top and Angle Joints

    • Abstract: Resumo O presente trabalho teve por objetivo avaliar a adição de 1,3% de C3H6 ao CO2 puro e 0,6% de C3H6 à mistura de Ar+25%CO2, na soldagem de aço carbono utilizando o processo Gas Metal Arc Welding (GMAW) aplicado em juntas de topo com chanfro em V e ângulo em T. As soldas foram realizadas utilizando chapas de aço SAE 1020, arame de solda ER70S-6 de 1,2 mm, distância bico de contato à peça (DBCP) de 12 mm, velocidade de soldagem de 300 mm/min e vazão do gás de proteção de 15 l/min. As velocidades de alimentação de arame (Valim) utilizadas foram de 4 m/min e 5 m/min com a tensão regulada na fonte definida com base nos sinais elétricos gerados. A análise qualitativa não apontou alterações dos cordões de solda causadas pela adição de C3H6. A avaliação dos sinais elétricos mostrou que a adição de C3H6 afetou a estabilidade do processo apenas para o Ar+25%CO2. Os resultados mostram que adição de C3H6 foi benéfica ao CO2, reduzindo a taxa de escória e de respingos, gerando um pequeno aumento na taxa de deposição, e aumentando os valores de garganta efetiva e penetração de raiz. Por outro lado, a adição de C3H6 ao Ar+25%CO2 não foi vantajosa, resultando em maiores quantidades de escória e respingos, e redução da taxa de deposição e penetração de raiz. A adição de C3H6 se mostrou mais efetiva na Valim de 5 m/min, proporcionando uma melhora do comportamento operacional do processo para o CO2, e uma redução nos valores dos índices de estabilidade para o Ar+25%CO2. A adição de C3H6 não resultou em alterações tanto da microestrutura da zona fundida (ZF) quanto nos valores de dureza. Foi possível concluir que a adição de C3H6 foi benéfica para o CO2, resultando em uma melhoria da estabilidade do processo e aumento da produtividade de forma geral, mas não apresentou vantagens para o Ar+25%CO2, reduzindo a eficiência e a estabilidade do processo.Abstract The objective of this work was to evaluate the addition of 1.3% C3H6 to pure CO2 and 0.6% C3H6 to the mixture of Ar+25%CO2 in the welding of carbon steel using the Gas Metal Arc Welding (GMAW) applied to V-groove and T-angle joints. The welds were made using SAE 1020 steel sheets, ER70S-6 weld wire of 1.2 mm, contact tube to workpiece distance (CTWD) of 12 mm, welding speed of 300 mm/min and shielding gas flow of 15 l/min. The wire feed speed (Valim) used were 4 m/min and 5 m/min with the voltage defined based on the electrical signals generated. The qualitative analysis did not indicate alterations of the weld beads caused by the addition of C3H6. The evaluation of the electrical signals showed that the addition of C3H6 affected the stability of the process only for Ar+25%CO2. The results show that addition of C3H6 was beneficial to CO2, reducing the slag and spatter rate, generating a small increase in deposition rate, and increasing the values of effective throat and root penetration. On the other hand, the addition of C3H6 to Ar+25%CO2 was not advantageous, resulting in higher amounts of slag and spatter, and reduction of deposition rate and root penetration. The addition of C3H6 was more effective at Valim of 5 m/min, providing an improvement in the process operational behavior for CO2, and a reduction in the stability index values for Ar+25%CO2. The addition of C3H6 did not result in changes in both the fusion zone (ZF) microstructure and hardness values. It was possible to conclude that the addition of C3H6 was beneficial for CO2, resulting in improved process stability and higher productivity, but did not present advantages for Ar+25%CO2, reducing the efficiency and stability of the process.
       
  • Effects of Metallic Sheath Width on Weld Metal Microstructure by Applying
           Titanium Chips as Flux Compounds of Tubular Wire Aiming to React TiC

    • Abstract: Resumo Cavacos de titânio foram utilizados como componentes do fluxo em arames tubulares fabricados a partir da conformação e trefilação de fitas metálicas com espessuras diferentes. Os arames apresentaram diâmetros internos com dimensões diferentes afetando as taxas de preenchimento do fluxo. Para as mesmas condições de soldagem, os arames fabricados com as fitas de maior espessura promoveram maiores taxas de curto circuito na transferência metálica, enquanto que nas fitas finas houve uma transferência mista com curto circuito e globular. O processo se mostrou mais estável nos arames fabricados com a fita mais grossa. Apesar das micrografias evidenciarem áreas com maior presença de TiC, os carbonetos apresentaram uma distribuição bastante uniforme ao longo da solda. Nestas regiões nota-se que os carbonetos apresentaram partículas com tamanhos maiores e formato mais arredondado. Os valores de microdureza apresentaram relação direta com a oferta de titânio no fluxo. Abstract Titanium chips were used with flux components in tubular wires made from the conformation and drawing of metallic strips with different thicknesses. The wires showed internal diameters of different dimensions, affecting fluxes rates filling efficiency. For the same welding conditions, the wires made with the thicker tapes promoted higher short circuit rates in the metallic transfer, while in the thin tapes there was a mixed transfer with short circuit and globular. Stability of welding process was more notable by tubular wire made of the thicker tapes. The variation in the supply of titanium from the flow affected the morphology and size of the carbide particles considerably. The microhardness values presented a direct relation with the titanium supply in the flux.
       
  • Contributions of the High Frequency Dynamic Wire Feeding in the GTAW
           Process for Increased Robustness

    • Abstract: Abstract: The GTAW process is recognized as a process of high metallurgical quality, being widely used in the pipelines welding, mainly in the root pass. The relative independence between the heat delivered to the melting pool and the amount of material added helps to control the melting of the material and to avoid the appearance of welding discontinuities such as lack of fusion and lack ok penetration. When orbital welding is carried out, mainly in the overhead position, there is a tendency of electrode contamination by the melted wire, reducing process productivity and quality. In this scenario, there are some strands of the GTAW process that aim for increased productivity, reconciled with the already present high metallurgical quality. These includes low and high frequency dynamic wire feeding, preheating wire and tangential wire insertion. The present work deals with the contribution of the high frequency dynamic wire feeding for the increase of robustness in the GTAW process, evidencing through voltage monitoring and high speed filming the formation of regular and uniform drops for the process stability.
       
  • Influence in the Mechanical Properties and Residual Stresses of ASTM A572
           Grade 50 Material Welded by Submerged Arc Welding with Post Weld Heat
           Treatment

    • Abstract: Resumo O aço ASTM A572 Grau 50 é utilizado na fabricação de conjuntos soldados para aerogeradores, por este motivo, a realização de alívio de tensões é de grande importância para correção dos impactos causados pelos processos de soldagem, bem como, o conhecimento das propriedades finais obtidas com a realização deste processo. O objetivo desse estudo é comparar as propriedades mecânicas e tensões residuais (método de furo cego) em amostras de aço ASTM A572 Grau 50, soldadas pelo processo de arco submerso, submetidas ao alívio de tensões na condição térmica (PWHT) e na condição como soldado (SST), seguindo os requisitos normativos da AWS D1.1-2015. Os resultados da condição PWHT referente a dureza, limite de escoamento, resistência a tração e tensões residuais são menores e os valores de alongamento e energia absorvida ao impacto são maiores do que a condição SST. Ambas as condições foram aprovadas no ensaio de dobramento lateral. Os resultados obtidos demonstram a importância do processo de alivio de tensões que minimiza os efeitos indesejados dos processos de soldagem aos componentes.Abstract The ASTM A572 Grade 50 material is used in welded structural components in the manufacture of wind turbines. In this way, it is important to apply the stress relief process to correct the effects caused by the welding processes, and then assess the final properties obtained with this process. The objective of this article is to evaluate the mechanical properties of specimens of the ASTM A572 Grade 50 material welded by the submerged arc welding, comparing the thermal stress relief condition (PWHT) with the as welded condition (SST), following the normative requirements of AWS D1. 1-2015. Tensile testing, impact test, lateral bending, hardness and residual stresses measured by hole drilling method for the conditions tested. The results showed lower values of hardness, residual stress, yield strength, and ultimate tensile strength of the PWHT specimens. On the other hand, the values of elongation and impact energy absorbed of the PWHT specimens were higher than those of the SST specimens. Both conditions tested were approved in the lateral bending test. The results demonstrate the importance of the stress relief process, which reduces the unwanted effects of the welding processes, thereby delivering better quality of the components.
       
  • Mechanical Characterization of the Welded Region of Tailor Welded Blanks
           (TWB) from the Microhardness Profile

    • Abstract: Resumo No Tailor Welded Blank (TWB) são soldadas chapas de especificações distintas, antes da conformação. Sua caracterização, na região soldada, por métodos convencionais de tração, pode ser dificultada pelo estreito comprimento da solda. Novas metodologias e alternativas são analisadas. Este trabalho visou caracterizar mecanicamente a região soldada de um painel interno de porta veicular, fabricado por TWBs. Realizou-se a caracterização mecânica indireta da região soldada a partir de ensaio de microdureza - normas ASTM-E140 e ISO 18265-2013 - e equação de conversão direta de dureza em limite de resistência à tração (LRT). Os resultados obtidos foram correlacionados com ensaio de tração dos materiais de base, evidenciando qual a melhor conversão. A norma ISO 18265-2013 foi a que mais se aproximou do ensaio direto, com desvio máximo de 30% e mínimo de 9%, sendo o desvio mais acentuado conforme a resistência mecânica do material aumenta. Nos outros métodos, o desvio máximo pode chegar a 40%, sendo menor (11% a 18%, para equação) quando o material apresenta menor LRT. Apesar do desvio observado, a técnica utilizada mostrou-se útil para predizer os estados de deformações e a extensão da zona fundida (ZF) e da zona termicamente afetada (ZTA) de um TWB.Abstract Tailor Welded Blank (TWB) are plates of different specifications welded before forming. The narrow weld length may hamper its characterization in the welded region by conventional tensile methods. New methodologies and alternatives are analyzed. This work aimed to mechanically characterize the welded region of an internal vehicle door panel, manufactured by TWBs. Indirect mechanical characterization of the welded region was performed from micro hardness test - ASTM-E140 and ISO 18265-2013 - and the direct conversion of hardness to ultimate tensile strength (UTS) equation. The results were correlated with tensile test of the base materials, showing the best conversion. ISO 18265-2013 was the one that came closest to the direct test, with a maximum deviation of 30% and a minimum of 9%, with the most pronounced deviation as the mechanical strength of the material increases. In other methods, the maximum deviation can reach 40%, being smaller (11% to 18%, for equation) when the material has lower UTS. Despite the observed deviation, the technique used proved to be useful for predicting the deformation states and the extent of the weld zone (WZ) and the heat affected zone (HAZ) of a TWB.
       
  • Time of Flight Diffraction Technique (ToFD) Assists in Quality Assurance
           of Parts Production and Mechanical Structures

    • Abstract: Resumo A Técnica Tempo de Voo da Onda Difratada (ToFD) é uma técnica de ensaio não destrutivo por ultrassom utilizada para a detecção de falhas e descontinuidades em diferentes componentes, garantindo a qualidade, confiabilidade e segurança. É amplamente utilizada na indústria, principalmente na avaliação de peças e estruturas mecânicas. É largamente utilizada nos setores petróleo/petroquímico, químico, aeronáutico, aeroespacial, siderúrgico, naval, eletromecânico, papel e celulose, entre outros. Seu desenvolvimento e implementação no Laboratório de Ultrassom do Inmetro foi baseado na norma ISO 16828:2012 (Non-Destructive testing – Ultrasonic Testing – Time-of-Flight Diffraction Technique as a Method for Detection and Sizing of Discontinuities). Tendo controle sobre as diferentes características do sistema, desde a especificação das suas características ultrassônicas, até a formação das imagens, foi possível conhecer as fontes incertezas envolvidas e estimar a incerteza de medição da técnica. Abstract The Time of Flight Diffraction Technique (ToFD) is a technique of non-destructive testing by ultrasound used for detecting faults and discontinuities in different components, ensuring the quality, reliability and safety. It is widely used in industry, particularly in the evaluation of mechanical parts and structures. It is widely used in the sectors oil/petrochemical, chemical, aeronautical, aerospace, steel, shipbuilding, electromechanical, pulp and paper, among others. The development and implementation of this technique was based on ISO 16828:2012 (Non-Destructive testing – Ultrasonic Testing – Time-of-Flight Diffraction Technique as a Method for Detection and Sizing of Discontinuities). Controlling the different characteristics of the system, from the specification of the ultrasonic characteristics, to the imaging technique, it was possible to identify the sources of uncertainty and estimate the ToFD measurement uncertainty.
       
  • Mechanical Characterization and Micro-structural Analysis of Plates
           Obtained by the Tailor Welded Blank process (TWB)

    • Abstract: Resumo Um dos maiores desafios da indústria automobilística, a nível global, trata-se de desenvolver veículos que sejam, simultaneamente, leves e resistentes mecanicamente. O Tailor Welded Blank (TWB) surge como solução, pois é um processo que permite a soldagem de topo de chapas de diferentes especificações (material, espessura e/ou revestimento), antes da conformação. Nesta pesquisa trabalhou-se com chapas de aços livre de intersticiais (IF –Intertitial Free), da Companhia Siderúrgica Nacional (CSN), de códigos FEE 210 de 1,2 mm de espessura e IF CSN FEP 05 de 0,7 mm de espessura, soldadas a laser. Foram feitos ensaios de tração uniaxial e de microdureza Vickers. A linha de solda foi orientada de 0° a 70° (variando de 5° em 5°). A partir dos resultados obtidos espera-se que se possa consolidar uma metodologia para avaliação do melhor ângulo possível para a linha de solda de um TWB. Constatou-se que a carga máxima suportada aumenta à medida que se inclina a linha de solda (até um determinado limite) e que ângulos complementares de inclinação geram cargas cisalhantes similares. Deve-se trabalhar então com ângulos que permitam otimização de resistência mecânica, melhor conformabilidade e maior redução de massa e de custos. A seleção desse ângulo ficará atrelada a questões de projeto e não mais a tentativas e erros. Abstract One of the biggest challenges facing the auto industry globally is to develop vehicles that are both lightweight and mechanically resistant. Tailor Welded Blank (TWB) comes as a solution as it is a process that allows butt welding of sheets of different specifications (material, thickness and / or coating) prior to forming. In this research we worked with Interstitial Free (IF) steel plates of the Companhia Siderúrgica Nacional (CSN), with FEE 210 codes of 1.2 mm thickness and IF CSN FEP 05 of 0.7 mm thickness, welded. Laser Uniaxial tensile and Vickers microhardness tests were performed. The weld line was oriented from 0° to 70° (ranging from 5° to 5°). From the results obtained it is expected that a methodology can be consolidated to evaluate the best possible angle for the weld line of a TWB. It has been found that the maximum load supported increases as the weld line is tilted (up to a certain limit) and that additional bending angles generate similar shear loads. Then work with angles that allow optimization of mechanical strength, better conformability and greater mass and cost reduction. Selecting this angle will be tied to design issues.
       
  • Corrosion Resistance of Dissimilar Joints of AISI 316L and Inconel 718
           Alloys

    • Abstract: Resumo A soldagem dissimilar (Dissimilar Metal Welds – DMWs), união de dois diferentes materiais metálicos, tem muitas aplicações industriais, com destaque para trocadores de calor nas usinas nucleares. Portanto, devem resistir à corrosão e a esforços mecânicos, entre outros requisitos. Neste trabalho foi abordada a susceptibilidade à corrosão da junta de união (feita por soldagem TIG – Tungsten Inert Gas), de forma autógena, de dois materiais distintos: Inconel 718 e o aço AISI 316L. Foram realizadas soldagens sob diferentes condições de aportes térmicos e correspondentes quantificações de fases utilizando microscopias e ferritoscopia e correlacionadas com o comportamento eletroquímico desta união em meios contendo cloretos. As análises microscópicas e ferromagnéticas mostraram que não houve formação da fase sigma durante a soldagem e a existência de altos teores de ferrita na região da zona fundida próxima a ZAC (zona afetada pelo calor) do aço 316L. Os ensaios eletroquímicos de corrosão mostram que as amostras nas diferentes regiões apresentaram a seguinte ordem decrescente de resistência à corrosão localizada: Amostra com maior aporte térmico (0,50 J/mm), na interface ZF/Inconel > Amostra com menor aporte térmico (0,33 J/mm) na interface ZF/Inconel > Amostra com menor aporte térmico, na interface ZF/316L > Amostra com maior aporte térmico, na interface ZF/316L> aço 316L. Finalmente, os diferentes aportes térmicos não provocaram diminuição da resistência à corrosão comparados ao aço 316L nas diferentes regiões de solda. Abstract Dissimilar Metal Welds (DMWs) union of two different metallic materials has many industrial applications, with emphasis for heat exchangers in nuclear power plants. Therefore, they must have enhanced corrosion and mechanical stress resistances, among other properties. The focus of this work is the analysis of the susceptibility to corrosion of the joint (made by TIG welding – Tungsten Inert Gas) of two different materials: Inconel 718 and AISI 316L stainless steel, without filler metal. Micrographic and ferroscopy analyses were performed for different heat input conditions and correlated with the electrochemical behavior of this joint in an environment containing chlorides. The metallographic and ferroscopy analyses did not reveal sigma phase formation during welding and showed high ferrite content in the region of the fusion zone near the HAZ (heat affected zone) of the 316L. The electrochemical corrosion tests showed that the samples in the different regions presented the following decreasing order of localized corrosion resistance: Sample with higher heat input (0.50 J / mm), at the interface ZF / Inconel > Sample with lower heat input (0.33 J / mm) at the interface ZF / Inconel > Sample with lower heat input, at interface ZF / 316L > Sample with higher heat input at interface ZF / 316L > 316L . Finally, the different heat inputs did not cause a significant decrease in the corrosion resistance in the different regions of the weld in relation to 316L.
       
  • Applied Methodology for Qualification of Welding Procedures of Industrial
           Pipes According to ASME B 31.3 and ASME SECTION IX

    • Abstract: Resumo Este trabalho foi desenvolvido visando auxiliar os profissionais de soldagem quanto as incertezas relacionadas às atividades de fabricação, montagem e manutenção de tubulações em plantas industriais no qual se refere à maneira adequada para a condução de atividades de qualificação de procedimentos de soldagem. Discorre sobre a metodologia de qualificação de procedimentos de soldagem de tubulações industriais conforme os parâmetros dos códigos ASME B31.3 (Tubulação de Processos), sobre trabalhos executados em tubulações de processos industriais e ASME BPV Code SECTION IX (Qualificação de Soldagem, Brasagem e Fusão), norma largamente empregada para a qualificação de operadores e procedimentos de soldagem. O enfoque desse estudo é uma abordagem interpretativa destas normas visando à aplicabilidade para a qualificação de procedimento de soldagem destinados à fabricação de tubulações industriais. A condução desta qualificação, em conformidade com as normas citadas, apresentou resultados bastante satisfatórios dos corpos-de-prova submetidos aos ensaios mecânicos de dobramentos e de resistência à tração. Esses resultados demonstraram a assertividade das variáveis de soldagem empregadas na qualificação a partir dos códigos utilizados. Viabiliza-se, ainda, possibilidades do emprego desse material como complemento e apoio didático nos currículos de engenharia – mais precisamente – nas disciplinas de processos de fabricação. Abstract This work was developed to help welding professionals concerning the uncertainties related to the activities of manufacturing, assembly and maintenance of pipes in industrial plants in which it refers to the proper way to conduct activities to qualify welding procedures. It discusses about the methodology for the qualification of industrial tube welding procedures according to the parameters of the ASME B31.3 code (Processes Piping), about work performed on industrial process pipes and ASME BPV code SECTION IX (Welding, Brazing and Fusing Qualification), widely used for the qualification of welders and welding procedures. The purpose of this study is an interpretative approach of these codes aiming at the applicability of the qualification of welding procedure intended for the manufacture of industrial pipes. The conduction of this qualification, in accordance with the cited codes, presented quite satisfactory results of the specimens submitted to the mechanical bend and tensile strength tests. These results demonstrated the confidence of the welding variables used in the qualification from the codes used. It also makes possible the use of this material as a complement and didactic support in engineering curriculum - more precisely - in the disciplines of manufacturing processes.
       
  • Flux for Hardfacing by Submerged Arc Welding from Ferrochrome-manganese
           and Slag from the Simultaneous Reduction of Chromite and Pyrolusite

    • Abstract: Resumen Se aborda la obtención de un fundente para recargue duro por Soldadura con Arco Sumergido (SAW), empleando ferrocromo-manganeso y escoria obtenidos de la reducción carbotérmica simultánea de cromita y pirolusita. El ferrocromo-manganeso y la escoria fueron obtenidos, concibiendo que ambos productos satisfagan los requisitos de los componentes (sistema de aleación y matriz) de un fundente aglomerado para el recargue. El proceso de fusión-reducción para la obtención de la aleación y la escoria fue realizado en horno de arco eléctrico de corriente continua. El vertido fue realizado en agua para facilitar la separación y molienda de los productos de colada. Fue elaborado un fundente experimental, empleando la aleación y escoria obtenida. Fueron obtenidos depósitos por SAW, los cuales fueron caracterizados en cuanto a: composición química, microestructura y dureza. Se concluyó que el fundente obtenido a partir de ferrocromo-manganeso y escoria de la reducción carbotérmica simultánea de cromita y pirolusita, permite depositar un metal apropiado para el trabajo en condiciones de abrasión, que se caracteriza por significativos contenidos de carbono y cromo y una microestructura predominantemente martensítica, con dureza de 63 HRc. Abstract The obtaining of a flux for hardfacing by Submerged Arc Welding (SAW), using ferrochrome-manganese and slag obtained from the simultaneous carbothermal reduction of chromite and pyrolusite is addressed. The ferrochrome-manganese and the slag were obtained, conceiving that both products satisfy the requirements of the components (alloy system and matrix) of an agglomerated flux for hardfacing. The fusion-reduction process to obtain the alloy and the slag was carried out in a direct current electric arc furnace. The pouring was carried out into water to facilitate the separation and grinding of the cast products. An experimental flux was manufactured, using the obtained alloy and slag. Deposits were obtained by SAW, which were characterized in terms of: chemical composition, microstructure and hardness. It was concluded that the flux obtained from ferrochrome-manganese and slag from the simultaneous carbothermal reduction of chromite and pyrolusite, allows to deposit an appropriate metal for work under abrasion conditions, characterized by significant carbon and chromium contents and a martensitic microstructure predominantly, with hardness of 63 HRc.
       
  • Influence of Nb Content on Sensitization and Pitting Corrosion of Welded
           AISI 430 Ferritic Stainless Steel

    • Abstract: Abstract In this work, the effect of Nb addition on sensitization and pitting corrosion of welded AISI 430 ferritic stainless steel subjected to autogenous GTAW was investigated by microstructural characterization and electrochemical techniques. The three distinct regions of welding process, weld metal, heat affected zone and base metal of AISI 430 steel with and without Nb were evaluated. The degree of sensitization was measured by double loop electrochemical potentiodynamic reactivation and pitting corrosion was studied by potentiostatic polarization test. The microstructural analyses reported martensite network in the weld metal and heat affected zone of AISI 430 non stabilized. The electrochemical studies revealed that the highest degree of sensitization and the lowest pitting potential are in the weld metal of AISI 430 without Nb. Resumo Neste trabalho, o efeito da adição de Nb na sensitização e corrosão por pite de aço inoxidável ferrítico AISI 430 submetido à soldagem TIG foi investigado por caracterização microestrutural e técnicas eletroquímicas. As três regiões distintas do processo de soldagem, zona fundida, zona termicamente afetada e metal de base do aço AISI 430 com e sem Nb foram avaliadas. O grau de sensitização foi medido por reativação potenciodinâmica eletroquímica de “double loop” e a corrosão por pite foi estudada por testes de polarização potenciostática. As análises microestruturais revelaram uma fase martensítica na zona fundida e zona termicamente afetada do AISI 430 não estabilizado. Os estudos eletroquímicos mostraram que o maior grau de sensitização e o menor potencial de pite estão na zona fundida do aço sem adição de Nb.
       
  • Proposition of an Empirical Model for Determination of Critical
           Temperatures During Continuous Cooling in Heat Affected Zones of IF Steels
           Welded by the TIG Process

    • Abstract: Resumo Aços IF são amplamente empregados na indústria automobilística. No decorrer das aplicações de soldagem, eles passam pela transformação de fase austenita (γ) → ferrita (α) que ocorre por nucleação e crescimento de grão e, em condições isotérmicas, é descrita pela equação JMAK. Todavia, as transformações de fases pós-soldagem acontecem a partir de resfriamento contínuo. Assim, o presente trabalho caracterizou a cinética de transformação γ → α e propôs um modelo empírico para prever as temperaturas críticas durante o resfriamento contínuo em zonas termicamente afetadas de três tipos de aços IF. Amostras dos aços foram submetidas a ensaios dilatométricos com diferentes taxas de resfriamento contínuo. Determinaram-se as temperaturas críticas de transformação de fase (γ→α) e obteve-se uma equação empírica que correlacionou a temperatura crítica com a taxa de resfriamento e que viabilizou a previsibilidade da cinética de transformação de fases. Processo de soldagem TIG mecanizado foi aplicado nos aços IF com monitoramento de ciclos térmicos e, em regiões da ZTA com condições de austenitização e taxa de resfriamento similares às utilizadas nos ensaios dilatométricos, verificou-se que a equação empírica obtida é uma alternativa viável para prever as temperaturas críticas e a microestrutura durante o resfriamento contínuo na ZTA destes materiais. Abstract IF steels are widely used in the automotive industry. In the course of the welding applications, they undergo the transformation of austenite (γ) → ferrite (α) phase that occurs by nucleation and grain growth and, under isothermal conditions, is described by the JMAK equation. However, post-weld phase transformations occur under continuous cooling conditions. Thus, the present work characterized the transformation kinetics γ → α and proposed an empirical model to predict critical temperatures during continuous cooling in heat affected zones of three types of IF steels. Samples of the steels were submitted to dilatometric tests with different rates of continuous cooling. The critical phase transformation temperatures (γ → α) were determined and an empirical equation was obtained which correlated the critical temperature with the cooling rate, which enabled the predictability of phase transformation kinetics. Mechanized TIG process was applied to IF steels with thermal cycling monitoring and, in regions of the HAZ with austenitizing conditions and cooling rates similar to those used in the dilatometric tests, it was verified that the obtained empirical equation is a viable alternative to predict the critical temperatures and the microstructure during the continuous cooling in the HAZ of these steels.
       
  • Comparison of Aluminum Based Alloys Reinforced with Intermetallic
           Developed by Powder Metallurgy and Arc Melting Routes

    • Abstract: Abstract In this work, Al-Ti alloys were prepared using metallic powders of Al and Ti via Powder Metallurgy (PM) and Arc Melting (AM) route. Four chemical compositions including pure aluminum were studied. Metallic powders were mixed with three compositions, Al-5Ti, Al-10Ti and Al-10Ti-2SiC. All the compositions were in atomic percentage. In case of PM, samples were pressed uniaxially at 170 MPa to fabricate 10 mm diameter compacts followed by pressure-less sintering at 620°C under argon atmosphere for 4 hr. Pure Al showed densification up to 96% whereas sample with 5 at.% Ti decreased in densification to 90%. For samples with 10 at.% of Ti and with 2 at.% SiC, densification values were 92% and 93%, respectively. In the case of AM method, the process was carried out under vacuum in Argon atmosphere followed by homogenization at 600°C for 1 hr. The resulting microstructure and composition of samples were analyzed. X-ray diffraction (XRD) results confirmed the formation of TiAl3 intermetallic phase in the alloy. The mechanical test used to assess samples performance was hardness. Hardness results showed a strong increase in hardness with increasing Ti contents and SiC addition for both types of samples. The developed Al-Ti and Al-Ti-SiC alloy exhibit better hardness properties and have the potential to be used for light-weight materials applications.
       
  • Influence of the Heat Flow Transient State on the Microstructure and
           Microhardness of ASTM-A36 and SAE-1045 Steels Welded by GMAW Process

    • Abstract: Resumo O regime quase-estacionário pode não ser alcançado em soldagens a arco elétrico de peças de pequenas dimensões e/ou de materiais de maior condutividade térmica. Entretanto, o regime transiente sempre ocorrerá no início e no final da soldagem. Neste regime, a variação do fluxo de energia via calor pode promover variações microestruturais e, consequentemente, variações de propriedades físicas. Portanto, o objetivo deste estudo é analisar as variações de dureza e de microestrutura ao longo do cordão de solda nos regimes transiente e quase-estacionário, com o processo GMAW e consumível ER70S-6, nos aços ASTM-A36 e SAE-1045. Foram realizados cordões sobre chapa e coletados ciclos térmicos na face oposta à face soldada, a partir de termopares soldados em diferentes posições ao longo de uma linha paralela à linha central do cordão. Também foram realizados ensaio de microdureza e metalografia. Obtiveram-se maiores taxas de resfriamento no início do cordão, durante o regime transiente, resultando em maiores frações volumétricas de ferrita acicular e menores frações de ferrita de contorno de grão e de Widmanstätten. Consequentemente, obteve-se um aumento de dureza em torno de 20% no início do cordão, tendo-se como referência aos valores de dureza do regime quase estacionário.Abstract The quasi-stationary state may not be achieved in electrical arc welding of small parts and/or materials of higher thermal conductivity. However, the transient state will always occur at the beginning and end of the welding. In this case, the variation of the energy flow through heat can promote microstructural variations and, consequently, variations of physical properties. Therefore, the objective of this study is to analyze the hardness and microstructure variations along the weld bead in the transient and quasi-stationary states, with the GMAW process and consumable ER70S-6, in the ASTM-A36 and SAE-1045 steels. The welds were carried on plate and collected thermal cycles on the face opposite the welded face, from thermocouples welded in different positions along a line parallel to the center line of the welds. Also, microhardness test and metallography were carried out. Higher cooling rates were obtained at the beginning of the cord during the transient regime, resulting in larger volumetric fractions of acicular ferrite and smaller fractions ferrite of the grain contour and Widmanstätten. Consequently, a hardness increase was obtained at around 20% at the beginning of the weld, with reference to the hardness values of the quasi-stationary state.
       
  • Investigation of Bubbles Phenomenon in Underwater Wet Welding with
           Self-Protected Tubular Wire

    • Abstract: Resumo O fenômeno de formação de bolhas está fortemente ligado a variação dos sinais elétricos e estabilização do arco de solda na soldagem subaquática molhada com arame tubular (FCAW). O bom entendimento desses fenômenos pode ser usado para uma melhor otimização dos parâmetros de soldagem e consequentemente uma melhoria na qualidade final da solda. Com este trabalho observou-se o comportamento dinâmico das bolhas formadas, uma possível relação de mudança de frequência e do tamanho das bolhas geradas com a mudança dos parâmetros de soldagem. Analisou-se ainda a ocorrência dos modos de evolução de bolhas e sua correlação com os valores dos sinais elétricos, e a comparação da formação de bolhas com um diferente tipo de tocha com a qual é possível utilizar bico de contato mantido seco e molhado. A formação de bolhas se mostrou um fenômeno instável e a geometria da bolha está em constante mudança. Assim, por meio do controle dos parâmetros de soldagem percebeu-se que é possível otimizar um tamanho de bolha ideal para melhorar a proteção do arco elétrico e evitar a sua extinção. Abstract The bubble formation mechanism is strongly associated with variation in electrical signals and arc stability in underwater wet flux cored arc welding (FCAW). Good understanding of bubble formation mechanism can be helpful in achieving welding parameters that produce better weld beads. This work aims to investigate the dynamic behavior of bubbles formed in underwater wet welding, searching for a relation between frequency of formation and size of formed bubbles associated with changes in welding parameters. Verify the bubble evolution modes related to electrical signals and compare bubble formation in two different conditions, welding with the contact tip immerged in water and with the contact tip dry inside a welding torch that isolates it from the water environment were achieved. The bubble formation mechanism was an unstable phenomenon and bubble geometry is constantly changing. Thus, it was possible to conclude that controlling the welding parameters is possible to optimize bubble diameter and, so, improve arc protection avoiding its extinction.
       
  • Keyhole GTAW with Dynamic Wire Feeding Applied to Orbital Welding of 304L
           SS Pipes

    • Abstract: Abstract Currently, in the Brazilian Oil and Gas scenario the execution of welding processes for stainless steel consists mostly of manual applications, rendering hard any increase in productivity and repeatability. Therefore, the automation of this step allows several advances such as more reliable results, lower costs and healthier condition for welders. With the aim of developing automation for GTAW welding of these applications, experimental tests were carried out in a 304L stainless steel pipe laid out at 5G position. The samples were orbitally welded by GTAW with dynamic wire feeding process, using a robotic manipulator in two steps of 180º in vertical down progression. The welding parameters and the stable condition obtained are discussed and the weld pool behavior during the root pass was online monitored by HDR (High Dynamic Range) videography. It was possible to reach high welding speed in the root pass, 50 cm/min in a keyhole mode. The wire dynamic movement contributed to reach great process stability and robustness for all joint passes, from root to finishing. The macrographs and x-ray analysis did not indicate discontinuities as porosity nor lack of fusion. Resumo Atualmente, no cenário brasileiro de óleo e gás a execução dos processos de soldagem para aços inoxidáveis consiste em sua grande maioria de aplicações manuais, dificultando qualquer aumento de produtividade e repetibilidade dos processos. Portanto, a automação desta etapa permite grandes avanços com resultados mais confiáveis, menores custos relacionados à mão-de-obra e condições de saúde mais favoráveis para os soldadores. Com o objetivo de automatizar a soldagem GTAW em aplicações orbitais, testes experimentais foram realizados em tubos de aço inoxidável 304 L, posicionados na posição 5G de soldagem. As amostras foram soldadas pelo processo GTAW com alimentação dinâmica de arame, utilizando um manipulador robótico em 2 etapas de 180º na progressão vertical descendente. Os parâmetros de soldagem e a condição estável de soldagem obtidos foram discutidos e o comportamento da poça durante a soldagem do passe de raiz foi monitorado por videografia em HDR. Foi possível se alcançar alta velocidade de soldagem no passe de raiz, 50 cm/min com o modo keyhole. O movimento dinâmico do arame contribuiu para alcançar-se grande estabilidade do processo e robustez na soldagem de todos os passes, da raiz ao acabamento. As macrografias e ensaios de raio-x realizados na junta não indicaram a presença de descontinuidades como poros e falta de fusão.
       
  • Automatic Capacitive Welding Equipment for Thermocouples

    • Abstract: Resumo Os termopares são dispositivos elétricos de simples concepção utilizados na medição de temperatura, e possuem um grande uso na indústria. O termopar necessita de uma junção eficiente para os dois fios metálicos que o compõem, que comumente é feita pela soldagem. O processo de soldagem utilizado para construir um termopar pode ser feito de várias maneiras, e a mais comum e eficiente é a soldagem por descarga capacitiva, que irá fundir a liga e criar uma união, mantendo as propriedades dos metais envolvidos e resultar e uma união homogênea dos dois metais. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um equipamento capaz de realizar automaticamente esta solda em ambiente inerte, por descarga capacitiva, cujo valor da energia a ser descarregada para a união do termopar é determinada utilizando o princípio da conservação da massa e energia em ligas metálicas e bitolas preestabelecidas de alguns tipos de termopares. Os resultados obtidos com a soldagem de diferentes tipos e bitolas de termopar foram analisados com relação ao aspecto visual e de softwares de análise de imagens, juntamente com curvas de calibração. Os termopares foram considerados de boa qualidade de acordo com os parâmetros de análise estabelecidos, e comparações com termopares comerciais. Abstract Thermocouples are electrical devices of simple design used in temperature measurement and have great use in industry. The thermocouple needs an efficient junction for the two metal wires, commonly done by welding. The welding process can be done in several ways, and the most common and efficient is the capacitive discharge welding, that will fuse the alloy and create a joint, maintaining the metal properties and results and a homogeneous joint. This work aims to develop an equipment capable of performing automatically this welding, by capacitive discharge, in inert environment, whose value of energy to be discharged is determined using the principle of conservation of mass and energy in pre-established alloys and gauges of some types of thermocouples. The results obtained with the welding of different types and thermocouple gauges were analyzed according to visual aspect and image analysis software along calibration curves. The thermocouples were considered of good quality according to analysis parameters established, and comparation to commercial thermocouples.
       
  • Behaviors of Embrittlement and Softening in Heat Affected Zone of High
           Strength X90 Pipeline Steels

    • Abstract: Abstract The embrittlement and softening behaviors in heat affected zone of X90 pipeline steel were studied, and the influence of weld thermal cycle on microstructure and mechanical properties were discussed by combining the effect of peak temperature on the phase transition point (Ar3). Results show that there are embrittlement and softening zones existed in heat affected zone of X90 pipeline steel. The peak temperature greatly affected the austenitizing and its grain size, thereby affected phase transition during cooling process. The embrittlement in critical heat affected zone at 750 °C was caused by brittle bainite and M /A islands formed during cooling, because little austenite was formed during heating. While, the embrittlement in coarse grain heat affected zone was caused by austenite grain coarsen, which transformed to the coarse bainite after cooling. The softening zone attributed to the polygonal ferrite and granular ferrite after cooling, which came from fine and ununiformed austenite formed during reheating process. Ar3 decreased with the increase of Cu, Cr or Mo content in steel, and the BF content in CGHAZ and GB and AF content in FGHAZ increased.
       
  • Development and Evaluation of a Smart Welding Torch

    • Abstract: Resumo A soldagem de estruturas destinadas à construção naval em estaleiros é realizada, em sua maioria, de forma manual no cenário brasileiro. Assim como em qualquer aplicação, nesta os parâmetros de soldagem devem ser ajustados conforme a posição de soldagem a fim de garantir a qualidade desejada da união. Todavia, na prática o que se observa é que esta regulagem é continuamente negligenciada devido à falta de preparo dos profissionais envolvidos ou, em uma tentativa de diminuir o tempo de máquina parada durante a operação. Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo apresentar o desenvolvimento de uma tocha de soldagem capaz de reconhecer sua orientação no espaço e, por meio de uma interface com a fonte de soldagem, selecionar automaticamente os parâmetros do processo de acordo com a posição de soldagem em que a mesma se encontra. A fim de avaliar o desempenho do protótipo desenvolvido, foram realizados ensaios de soldagem alternando-se entre as posições 1G, 2G, 3G e 4G. Nestes, o protótipo apresentou um funcionamento adequado às aplicações de soldagem, sendo capaz de reconhecer não somente a posição na qual a soldagem está sendo executada, mas também, de controlar os parâmetros de soldagem presentes na fonte de energia.Abstract Welding of structures intended for shipbuilding in Brazilian shipyards is often carried out manually. The welding parameters should be adjusted according to the welding position to ensure the quality of the welding joint. However, this adjustment is frequently ignored due to the lack of preparation of professionals or to reduce the machine's downtime. In this context, the present work aims to present the development of a welding torch capable of recognizing its orientation within space and use an interface with the welding power supply to select the parameters according to the welding position. In order to evaluate the performance of the developed prototype, welding tests were carried out alternating welding positions 1G, 2G, 3G, and 4G. The prototype worked well for welding applications, being able to recognize not only the position but also to control the welding parameters on the welding power supply.
       
  • Simulation of Flash-Butt Welding Process of a Railway Steel. Part 1:
           Residual Stress Analysis Via FEM

    • Abstract: Resumo Trilhos longos, soldados pelo processo Flash Butt Welding (FBW), são a realidade das ferrovias brasileiras de média e alta carga por eixo. Embora apresentem características desejáveis do ponto de vista do comportamento dinâmico da via, as soldas são regiões de descontinuidade estrutural e mecânica onde se originam tensões residuais, e que estão associadas a falhas prematuras por fadiga. Simulações numéricas termomecânicas, fisicamente não-lineares, no domínio do tempo, pelo Método dos Elementos Finitos (MEF), foram empregadas para avaliar o desenvolvimento de tensões residuais originadas durante o processo de soldagem. Uma nova abordagem para a inclusão do aporte de calor envolvido no processo é proposta. Os resultados numéricos são comparados a medidas experimentais de tensões residuais superficiais e aspectos macrográficos das juntas, incluindo largura da Zona Termicamente Afetada (ZTA) e dados de taxas de resfriamento. Os resultados mostram boa correlação entre as análises numéricas e medidas experimentais de tensões residuais. Aspectos fundamentais relacionados ao desenvolvimento de tensões residuais são esclarecidos a partir da correlação entre análises numérica e experimental. Ademais, verifica-se que os modelos computacionais podem ser utilizados na previsão de pontos críticos para nucleação de trincas por fadiga e/ou avaliar efeitos de variáveis de processo sobre o campo de tensões residuais.Abstract Long rails, welded by the Flash-Butt Welding (FBW) process, are the reality of the Brazilian railroads for medium and high axle loads. Although they present desirable characteristics concerning the dynamic behavior of the track, welded joints are regions of structural and mechanical discontinuity where high residual stresses originate, and, consequently, premature fatigue failures may take place. This paper employs the Finite Element Method (FEM) to carry out transient, physically non-linear thermo-mechanical analyses to evaluate residual stresses evolved in the welding process. A new approach is proposed to take into account the heat input involved in the process. The numerical results are compared to experimentally measured surface residual stresses, and to the macrographic joint aspects, including the HAZ width and cooling rate data. The results show a good correlation between the numerical and experimental measurements of residual stresses. Fundamental aspects related to the development of residual stresses are clarified, correlating numerical and experimental analyses. In addition, it is verified that the computational models can be used to predict critical crack nucleation points by fatigue, and/or to evaluate effects of process parameters on the residual stress field.
       
  • Behavior of the C-Mn Steel Welded Joints Obtained by GMAW-RE Process with
           Rotating Electrode

    • Abstract: Resumo O presente trabalho tem como objetivo estudar o comportamento de juntas soldadas obtidas pelo processo GMAW com eletrodo rotativo (GMAW-RE), de modo a permitir uma análise comparativa de produtividade e propriedades mecânicas com o processo GMAW convencional (GMAW). Foram realizadas soldagens multipasse pelos dois processos GMAW com preaquecimento de 100 °C em chapas de dimensões 500 × 150 × 10 mm em aço ASTM A36, na posição plana e energia de soldagem média de 2,30 kJ/mm. Após a soldagem, foram realizados ensaios de impacto Charpy-V, microdureza e metalográficos em corpos-de-prova removidos transversalmente ao cordão de solda. Adicionalmente, foi realizada uma análise comparativa de produtividade entre os processos. Os resultados mostram que o processo GMAW-RE propicia um aumento de produtividade e redução de custos significativos em relação ao processo GMAW. Adicionalmente, foram observados valores equivalentes de tenacidade ao impacto para o metal de solda, mas uma redução nesta propriedade na zona termicamente afetada. Embora a literatura disponível destaque o elevado potencial deste processo para substituição do processo GMAW convencional em aplicações industriais, verifica-se a necessidade de mais evidências experimentais para um maior suporte a esta indicação.Abstract The main goal of the present work is to evaluate the behavior of welded joints obtained by the GMAW with rotating electrode process (GMAW-RE) in comparison to the Conventional GMAW process (GMAW). Multipass welding by both processes were performed in ASTM A36 steel plates with dimensions of 500 × 150 × 10 mm, preheating of 100 °C in the flat position and average welding energy of 2.30kJ/mm. After welding, Charpy-V notch and microhardness tests and metallographic examination were performed in samples removed transversally to the weld bead. Additionally, a comparative analysis of productivity and costs between processes were done. The results show that the GMAW-RE promotes higher productivity and reduction of costs in comparison to GMAW. Additionally, similar impact toughness results were observed in weld metals and a reduction on this property at the HAZ. Although the literature states the high potential of the GMAW-RE for replacement of the conventional GMAW in industrial applications, it was concluded that other experimental results are still necessary before the final conclusion.
       
  • Mechanical Properties Assessment of Structural Carbon Steel Welded Joints
           by Means of Submerged Arc Welding Process with Single Arc and Double Arc
           (Tandem-Arc)

    • Abstract: Resumo Diante de um cenário econômico onde a concorrência é cada vez mais acirrada, a busca por processos, técnicas e equipamentos de soldagem que proporcionem ganhos na produtividade é uma exigência para garantir a competitividade das empresas no mercado. Com o desenvolvimento e a adoção de novas tecnologias é possível inovar os processos convencionais, otimizando o desempenho e aumentando a produtividade dos mesmos, sem detrimento dos requisitos de qualidade exigidos. O processo de soldagem arco submerso permite a obtenção de juntas soldadas de excelente qualidade e produtividade e, com a utilização de múltiplos arames, é possível aumentar ainda mais a taxa de deposição. Entretanto, o emprego de múltiplos arames implica na necessidade de maiores correntes e, mesmo com o aumento da velocidade de soldagem, o aporte de calor sofre um acréscimo considerável, o que pode afetar a tenacidade da junta. Assim, em estruturas soldadas onde há requisitos de impacto torna-se necessário avaliar os efeitos dos altos aportes de calor. Neste trabalho foi comparada a tenacidade de duas juntas soldadas em aço carbono ASTM A36 pelo processo arco submerso, sendo a primeira soldada com arco simples e a outra com arco duplo (Tandem-Arc). Após a soldagem, as peças de testes foram submetidas ao tratamento térmico de alívio de tensões (TTAT) e submetidas aos ensaios de tração, dobramento, impacto Charpy, perfil de dureza Vickers, exame macrográfico e caracterização microestrutural realizada por meio de microscopia óptica. Os resultados obtidos em todos os ensaios foram considerados satisfatórios e aprovados, mostrando assim que é possível o emprego do processo Tandem-Arc na soldagem de aços carbono quando há requisitos de impacto.Abstract Faced with an economic scenario where competition is increasingly intense, the search for processes, techniques and welding equipment that provide gains in productivity is a requirement to ensure the competitiveness of companies in the market. With the development and adoption of new technologies it is possible to innovate the conventional processes, optimizing the performance and increasing their productivity, without detriment to the required quality requirements. The process of submerged arc welding allows the obtainment of welded joints of excellent quality and productivity and, with the use of multiple wires, it is possible to increase the deposition rate even further. However, the use of multiple wires implies the need for higher currents and, even with increasing welding speed, the heat input increases considerably, which can affect the tenacity of the joint. Thus, in welded structures where there are impact requirements it becomes necessary to evaluate the effects of high heat inputs. In this work the strength of two welded joints in ASTM A36 carbon steel was compared by the submerged arc process, the first being welded with single arc and the other with double arc (Tandem-Arc). After welding, the test pieces were submitted to tensile stress treatment (TTAT) and subjected to tensile tests, folding, Charpy impact, Vickers hardness profile, macrographic examination and microstructural characterization performed using optical microscopy. The results obtained in all tests were considered satisfactory and approved, thus showing that it is possible to use the Tandem-Arc process in the welding of carbon steels when there are impact requirements.
       
  • Additive Techniques to Refurbish Ni Based Components

    • Abstract: Abstract The attractiveness of additive techniques to refurbish worn components requires the availability of data from different process. This study correlates two additive techniques, Plasma Transferred Arc (PTA – AM) and Direct Laser Deposition (DLD), using IN 625 wire. Specific features of each technique are discussed regarding their potential use to recover geometry and properties of worn components. Multilayers were processed with each technique on a section of a blade and the interaction between materials together with the effect of post deposition heat treatment were characterized. Results show that there are differences in the final microstructure and in the interaction with the part being refurbished imposed by the additive technique used. Competitive changes can be made by changing the feedstock. PTA-AM using powder material exhibits a microstructure that approaches that obtained in DLD using wire.
       
  • A Methodology for the Counting Distribution Analysis of the Reignition
           Voltage Peaks for Stability Evaluation of Short Circuit GMAW Process

    • Abstract: Resumo A estabilidade do arco tem sido estudada através de análises estatísticas obtidas dos sinais de tensão de arco e corrente de soldagem. Histogramas e cálculo de estatísticas dos parâmetros tempo de arco aberto e tempo de curto circuito são meios de avaliação da estabilidade dos processos de soldagem. Contudo, estudos relacionados aos picos de tensão de reignição do arco elétrico ainda são pouco explorados. Desta forma, este trabalho apresenta uma metodologia de avaliação da distribuição de picos de reignição do arco do processo Gas Metal Arc Welding por curto-circuito (GMAW-CC). Cordões de solda depositados em chapa plana, variando o gás, foram executados a fim de produzir diferentes distribuições de picos de reignição. O teste qui-quadrado foi aplicado para avaliar a distribuição de frequências observadas de picos de tensão e compará-la com a distribuição hipotética. Um cordão padrão foi comparado com sua repetição e testada a hipótese de distribuições iguais. Os resultados mostraram que existem distribuições estatisticamente iguais de picos de tensão entre cordões de solda. Concluiu-se que a metodologia proposta permitiu o estudo da distribuição de picos de reignição. Também foi demonstrada haver potencialmente uma outra forma de avaliar a estabilidade de arcos em soldagem GMAW-CC, através do teste χ2.Abstract The stability of the welding arc has been studied through statistical analysis, obtained mainly from the voltage and current signals. Histograms and statistics of open arc time and short circuit time are important means of evaluating the welding processes stability. However, studies related to electric arc reignition voltage peaks are still poorly explored. Thus, this work presents a methodology for the evaluation of the arc re-ignition voltage peaks of the Short-Circuit Gas Metal Arc Welding (GMAW-SC) process and its relation with the regularity of the welding voltage signals. Weld beads were deposited on flat plate, varying the gas, in order to produce different distributions of re-ignition peaks. Pearson's chi-square test was applied to evaluate the distribution of peak voltage frequencies and compared with the hypothetical distribution. A standard weld bead was compared to its replication and tested for equal distributions. The results showed that exist equal voltage peaks distributions between weld beads, being dependent on the welding parameters. It was concluded that the proposed methodology is able to the statistical study of the distribution of welding arc re-ignition peaks. It was also demonstrated that the arc stability in GMAW-SC can be evaluated by the analysis of the voltage peaks distribution.
       
  • Choice of Welding Energies for Application in Double Welding Technique in
           Welding of Steel ASTM 131 Grade AH 36

    • Abstract: Resumo Durante o processo de soldagem o aço microligado ASTM A131 Grau AH36 pode apresentar defeitos oriundos dos ciclos térmicos (distorções) que demandarão procedimentos onerosos como o tratamento térmico pós-soldagem. Somando-se a isto, este aço não é indicado a sofrer normalização, normalização seguida por revenimento, ou por têmpera e revenimento. Neste caso, a técnica da dupla camada, que se baseia na deposição controlada dos passes da primeira e segunda camada através da escolha apropriada da relação de energias de soldagem, surge como alternativa. Diante disto, este trabalho teve por objetivo encontrar a relação de energia de soldagem que satisfizesse os critérios de microdureza e macrografia. Para isto foram realizadas soldagens preliminares para cada energia e após isto a comprovação com a soldagem de dupla camada em chapa plana. Os resultados indicaram que as relações de energias de soldagem 5/14 e 5/17 kJ.cm-1 foram aprovadas, porém a energia de 5/14 kJ.cm-1 foi a que apresentou o maior afastamento no critério baseado na microdureza. A soldagem com dupla camada comprovou que a relação de energia encontrada foi adequada apresentando microdurezas com valores inferiores ao limite da zona endurecida (300 HV0,1) demonstrando a possibilidade de revenimento ocasionado pela sobreposição dos passes.Abstract During the welding process ASTM A131 Grade AH36 microalloyed steel may exhibit thermal cycling defects (distortions) that will require costly procedures such as post-weld heat treatment. In addition, this steel is not indicated to undergo normalization, normalization followed by tempering, or quenching and tempering. In this case, the double layer technique, which is based on the controlled deposition of the first and second layer passes through the appropriate choice of the welding energies ratio, appears as an alternative. In view of this, this work had as objective to find the relation of welding energy that satisfies the criteria of microhardness and macrography. For this purpose, preliminary welds were carried out for each energy and after that the verification with the welding of double layer in flat plate. The results indicated that the welding energy ratios 5/14 and 5/17 kJ.cm-1 were approved, but the energy of 5/14 kJ.cm-1 was the one that presented the greatest distance in the criterion based on microhardness. The double layer welding showed that the found energy ratio was adequate, presenting microhardness values ​​lower than the limit for the hardened zone (300 HV0,1), demonstrating the possibility of tempering by the overlapping of passes.
       
  • Influence of Welding Thermal Cycle on Grain Growth, Microstructural
           Transformations and MA Formation on CGHAZ of TMCP Steel

    • Abstract: Resumo A soldagem com elevado aporte térmico é uma das alternativas adotadas pelos estaleiros e fabricantes de torres eólicas para aumento da produtividade. No entanto, os ciclos térmicos gerados no processo podem provocar transformações microestruturais prejudiciais à tenacidade na zona afetada pelo calor, especialmente na região de grãos grosseiros (GGZAC). Neste trabalho foram avaliados o crescimento de grão e as alterações microestruturais na GGZAC de um aço de 355 MPa de limite de escoamento produzido por laminação controlada seguida de resfriamento acelerado (TMCP - Thermomechanical Controlled Process) em comparação com um aço convencional de mesma classe de limite de escoamento. Condições de soldagem de elevado aporte térmico foram simuladas em dilatômetro e na Gleeble®. Foi observado que o tamanho de grão da austenita prévia na GGZAC segue uma distribuição log-normal e que o aço TMCP apresentou menores tamanhos de grão. Esse resultado foi associado ao efeito de ancoramento por precipitados de TiN homogeneamente distribuídos e coerentes com a matriz em regiões onde a máxima temperatura não é suficiente para a sua dissolução. Os resultados indicam que é possível obter excelente tenacidade a baixa temperatura em juntas soldadas com elevado aporte térmico quando empregado o aço TMCP.Abstract High heat input welding is one of the alternatives adopted by shipyards and wind tower manufacturers for increasing productivity. However, the thermal cycles generated during welding may cause microstructural transformations that are detrimental to the toughness in the heat-affected zone, especially in the coarse-grained region (CGHAZ). In this work, the grain growth and the microstructural changes in the CGHAZ of 355 MPa class steel, produced by controlled rolling followed by accelerated cooling - TMCP (Thermo-Mechanical-Control-Process) were compared to a conventional steel of the same grade. High heat inputs welding conditions were simulated in the dilatometer and Gleeble®. It was observed that previous austenite grain size in the CGHAZ follows a log-normal distribution and the TMCP steel showed significantly lower values of grain size. This result was associated with pinning effect of TiN precipitates homogeneously distributed and coherent with the matrix in regions where the maximum temperature is not enough for its dissolution. The results showed that it is possible to obtain excellent toughness at low temperature in high heat input welded joints when using TMCP steel.
       
  • Fatigue Failure Analysis on Precracked 304 Stainless Steel Components
           Repaired by Laser with Addition of Nanocomposites

    • Abstract: Abstract The service life of components can be extended by repairing fatigue crack with laser so as to improve resource utilization rate. However, the effect of laser repair may be influenced by the instability of laser treatment. To investigate the addition of nanocomposites on the laser repairing effect, fatigue test under uniaxial tension was carried out to evaluate the fatigue life of precracked 304 stainless steel components repaired by laser. According to the results obtained from fatigue tests, a probabilistic fatigue life distribution model considered the sampling size and discreteness of data was established based on the three-parameter Weibull distribution model and three-parameter stress-life equation. The results of probabilistic fatigue life distribution model show that the fatigue life of components repaired by laser with addition of WC nanocomposites can be enhanced significantly, especially the high cycle fatigue life. Moreover, the microstructure of repaired region show that the WC nanoparticles could refine the recrystallized grains and lead to the improvement of strength and toughness of material around crack tip, which are the main reason of improved fatigue life. Meanwhile, smooth surface of repaired region caused by WC nanoparticles can also prevent the initiation of microcracks.
       
  • Microstructural Evaluation and Corrosion Resistance of a Dissimilar Joint
           between a High Strength Low Alloy Steel and a Duplex Stainless Steel

    • Abstract: Resumo A união entre materiais dissimilares tem sido amplamente aplicada na indústria de petróleo e gás. Em geral, este tipo de soldagem é mais sensível às diferenças de composição química existente entre os metais envolvidos. Diante dessa perspectiva, este trabalho tem por objetivo avaliar, por união autógena, a microestrutura de uma junta soldada entre um aço de alta resistência e baixa liga da classe API 5L X80 e um aço inoxidável duplex UNS S32304. Além disso, estudou-se o comportamento quanto à resistência à corrosão em uma solução simuladora de água do mar. A microestrutura e composição da junta soldada foram avaliadas por microscopia ótica e eletrônica, espectrometria de energia dispersiva (EDS). A resistência à corrosão foi estudada por polarização potenciodinâmica anódica e por ensaios de espectroscopia de impedância eletroquímica. As juntas soldadas apresentaram uma microestrutura que se difere em morfologia de ambos os metais de base, além disso, notou-se a migração de cromo e níquel do duplex para esta região que apresentou uma resistência à corrosão ligeiramente superior ao API. Desta forma, podemos concluir que as propriedades da junta dissimilar são compatíveis com as aplicações, sendo possível sua utilização usufruindo-se das vantagens da soldagem dissimilar.Abstract The union between two dissimilar materials has been widely applied in the oil and gas industry. In general, this type of welding is more sensitive to differences in chemical composition between the metals involved. From this perspective, this work aims, by autogenous welding, to evaluate the microstructure of a joint welded between a high strength and low alloy steel of class API 5L X80 and a duplex stainless steel UNS UNS S32304. Furthermore, the corrosion resistance of the dissimilar welding region was evaluated in a solution which simulates the seawater environment. The microstructural properties and composition of the welding region were studied using optical microscopy, scanning electronic microscopy (SEM) with energy dispersive spectroscopy (EDS). The corrosion resistance was studied by anodic potentiodynamic polarization and by electrochemical impedance spectroscopy. The dissimilar region differs from both materials in their microstructural characteristics and presented significant migration of chromium and nickel from duplex materials to the dissimilar region, which enhanced their corrosion resistance compared with the API. Therefore, we concluded that the dissimilar regions are compatible with the applications which allow taking the advantage of join these two materials.
       
  • Study of Diffusion Bonding Parameters of AISI 316L Stainless Steel

    • Abstract: Resumo A união por difusão é uma técnica de união no estado sólido capaz de ligar dois materiais metálicos por meio da difusão atômica na interface de contato, sem o uso de metal de adição. Este processo é adequado para a união de grandes áreas com uma alta resistência mecânica, permitindo ao equipamento operar com elevadas pressões de trabalho, características essenciais em aplicações com mini e micro canais, como em trocadores de calor compactos e reatores. O presente trabalho tem como objetivo estudar a influência dos principais parâmetros de união: temperatura, pressão e tempo, na união de uma junta de aço inoxidável AISI 316L/316L, além de encontrar o conjunto de parâmetros que apresente os melhores resultados. No total, 9 conjuntos de parâmetros foram estudados. As amostras foram avaliadas por ensaios de tração e análises micro estruturais da interface de união. Uma amostra, do metal base na condição de fornecimento (“as received”), foi usada como padrão para as comparações. Com base nos resultados, verificou-se que o parâmetro temperatura foi o que apresentou a maior influência na qualidade da união e que as amostras produzidas com 1040 °C apresentaram resistência mecânica da mesma ordem do metal base.Abstract Diffusion bonding process is a solid state joining technique capable of joining two flat metal surfaces by diffusion of atoms in the contact interface, without the use of addition metal. This process can bond large areas with a high mechanical strength at the bonded interfaces, allowing the equipment to operate at high working pressures, which is an essential characteristic in applications involving mini and micro channels, such as compact heat exchangers and reactors. The present work focus on the study of the influence of the main welding parameters: temperature, pressure and time, in the join of stainless steel AISI 316L/316L plates, in addition to finding the set of parameters that present the best union results. In total, 9 sets of parameters were studied. The samples were evaluated by tensile tests and microstructural analysis of the bonding interface. A sample of the base metal was used as the standard for comparison. Based on the tensile test results, it was verified that the temperature parameter presented the highest influence on the bond quality, and that the samples produced at 1040 °C temperature level showed mechanical strength of the same order of the base material.
       
  • Evaluation of the addition of Ti, Nb and (Ti+Nb) on the microstructure and
           susceptibility to sensitization of ferritic stainless steels submitted to
           TIG welding

    • Abstract: Resumo Neste estudo, a microestrutura e a resistência à corrosão intergranular de aços inoxidáveis ferríticos com adições de Nb, Ti e (Ti+Nb) submetidos à soldagem TIG foram investigadas. A caracterização estrutural dos cordões de solda foi realizada através de microscopias óptica (MO) e eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia por energia dispersiva (EDS). A susceptibilidade à sensitização foi avaliada qualitativamente através da Prática W da norma ASTM 763 e quantitativamente através da técnica DL-EPR. Observou-se uma rede de martensita nos contornos de grão na região da solda do aço não estabilizado e uma microestrutura completamente ferrítica nas amostras dos aços com adições de estabilizantes. A Prática W revelou corrosão generalizada no interior dos grãos do aço AISI 430 e a presença de valas no AISI 430 Ti e concomitantemente com a técnica DL-EPR constatou-se que esses aços foram sensitizados pela soldagem. Já as amostras dos aços com adições de Nb e (Ti+Nb) mantiveram boa resistência à corrosão, estando livres de sensitização após a soldagem.Abstract In this study the microstructure and the resistance to intergranular corrosion of ferritic stainless steels with additions of Nb, Ti and (Ti+Nb) submitted to the TIG welding were investigated. The microstructure of the weld beads was characterized by optical (MO) and scanning electron (SEM) microscopies and by energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS). The susceptibility to sensitization was assessed qualitatively by Practice W of ASTM 763 and quantitatively by the DL-EPR technique. Martensite was observed at the ferrite grain boundaries in the fusion and heat affected zones of the non-stabilized steel and a completely ferritic microstructure in the steels samples with addition of stabilizers. Practice W revealed general corrosion inside the grains of the AISI 430 steel and the presence of ditches in the AISI 430 Ti. Concomitantly, with the DL-EPR technique, it was found that the weld region of these steels was sensitized. On the other hand, the samples of the steels with Nb and (Ti + Nb) additions maintained good resistance to corrosion and presented no sensitization after welding.
       
  • Influence of Forging Pressure on Microstructural and Mechanical Properties
           Development in Linear Friction Welded Al-Cu Dissimilar Joint

    • Abstract: Abstract Dissimilar AA5083 and C101 pure copper linear friction welds were prepared using different forging pressures (60 MPa, 80 MPa, and 110 MPa) to investigate the influence of the forging pressure on the microstructural and mechanical properties development using optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), hardness measurements, and tensile testing. The in-situ generated intermetallic particles in the vicinity of the weld line were characterised using electron probe micro-analyser (EPMA), to rationalise their impact on the mechanical properties. The results showed that the process led to the formation of various intermetallic phases as well as the entrainment of base material fragments in the vicinity of the weld interface. In general, high forging pressure corresponding to high welding heat input resulted in the formation of a layered intermetallic phase (identified as Al2CuMg), which was the most detrimental to the mechanical properties, compared with a scattered distribution of fragmented Cu and intermetallic particles across the joint interface.
       
 
 
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