Tendo em vista a tendência mundial de se buscar a diminuição de peso de estruturas metálicas de veículos, o desenvolvimento de aços de resistência mecânica superior apresenta-se como um importante fator para a competitividade e sustentabilidade da indústria brasileira, além da segurança do usuário. No setor automobilístico, as reduções no peso e no consumo de combustível requerem não somente a pesquisa de novos aços, mas também a utilização de componentes híbridos, resultantes, entre outros, da união entre os aços austeníticos inovadores de alta liga e baixo custo (TRIP) e aços ferríticos comerciais (ARBL). Na presente dissertação foram investigadas as propriedades mecânicas microestruturais, antes e após o processo de soldagem TIG, dos aços TRIP e ARBL utilizados pela indústria automotiva. O principal objetivo do trabalho foi avaliar possíveis estruturas e modificações nas propriedades das juntas soldadas de acordo com parâmetros de soldagem pré-determinados. Primeiramente, verificaram-se as extensões da zona termicamente afetada dos corpos de prova soldados. Os perfis de microdureza indicaram que não houve uma alteração significativa de dureza na zona termicamente afetada do aço de efeito TRIP, enquanto que para o aço ARBL observa-se um considerável aumento. Os limites de escoamento determinados pelos ensaios de tração realizados permitiram a obtenção dos níveis de resistência mecânica das juntas soldadas. Através dos ensaios de microscopia eletrônica de varredura e microscopia ótica foi possível observar a influência do aporte térmico na zona termicamente afetada do aço ARBL. A análise de EDX nas juntas dissimilares permitiu observar a presença de zonas parcialmente diluídas na zona fundida do lado do metal de base ARBL, a caracterização da composição química nas interfaces entre os metais de base e o metal de solda e prever a microestrutura destas regiões. As fases presentes nos metais de base e na zona fundida foram caracterizadas também pela difração de raios x. Por meio da estereologia quantitativa caracterizou-se as fases presentes na zona fundida e determinou-se suas proporções em função do aporte térmico. / In view of the global trend of searching for the weight reduction of metal frames in vehicles, the development of superior mechanical resistance steels presents itself as an important factor for the competitiveness and sustainability of the Brazilian industry, as well as to user safety. In the automotive industry, the reductions in vehicle weight and fuel consumption not only require research of new types of steel but also the use of hybrid components, which result, amongst other things, between the union of austenitic innovative high alloy and low cost (TRIP) with commercial ferritic steels (HSLA). This dissertation analyses the microstructural mechanical properties before and after the TIG welding process, the TRIP steel, and HSLA used by the automotive industry. The main objective of this study was to evaluate possible phase changes in steel structures and transformation in the properties of the welded joints according to pre-determined welding parameters by analyzing extensions of the heat-affected and melted zones of welded specimens. The micro hardness profiles showed no significant changes in hardness in the heat affected HSLA steel, while the TRIP steel showed considerable increase. Additionally, the yield point determined by the traction tests performed, allowed the obtainment of the mechanical resistance levels of the welded joints. Through the tests of scanning electron and optical microscopy was observed the influence of heat input on heat affected zone of HSLA steel. EDX analysis allowed us to observe the presence of molten zones partially diluted in the side of the base metal HSLA, characterization of the chemical composition at the interface of the base metal and weld metal and predicting the microstructure in these regions. The phases present in the base metal and weld zone were characterized too by x-ray diffraction. By quantitative stereology characterized by the phases present in the weld zone and their proportions were determined as a function of heat input.

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2019-02-08T11:08:03Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Willian Ricardo.pdf: 8465496 bytes, checksum: a01921f9da37abb9909a79e5b398408c (MD5) / Made available in DSpace on 2019-02-08T11:08:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Willian Ricardo.pdf: 8465496 bytes, checksum: a01921f9da37abb9909a79e5b398408c (MD5) Previous issue date: 2018-08-24 / Turbinas hidráulicas usadas em usinas hidrelétricas podem apresentar desgastes por cavitação e trincas em sua operação, as quais em alguns casos reparadas por soldagem a arco elétrico, por ser um processo de menor custo em comparação à troca da turbina. O aço inoxidável martensítico A743 grau CA6NM é empregado em serviços que requerem boa resistência mecânica associada a resistência à corrosão, principalmente em equipamento para extração de petróleo nos rotores e componentes de turbinas hidráulicas. Este trabalho tem por escopo analisar a microestrutura formada após processo de soldagem TIG (Tungsten Inert Gas) de um aço ASTM A743 CA6NM, usando material de adição similar, avaliando a presença da estrutura ferrita delta, austenita retida e carbonetos. Variando as espessuras das amostras e parâmetros de soldagem como passe único de soldagem e multipasse, mantendo temperatura de pré-aquecimento e interpasse de150ºC. Estimando a influência dos parâmetros na microestrutura com a dureza dos cordões e da ZTA. Os experimentos revelaram que um único passe de solda é suficiente para a formação de ferrita delta na forma de rede ao longo do cordão de solda e nas regiões expostas a altas temperaturas na zona termicamente afetada (ZTA), assim como o perfil de durezas da seção transversal do cordão de solda apontam durezas que variam desde 344 ± 6 HV para a região fundida, passando por um pico de dureza de 379 ± 4 HV na ZTA e terminando no metal base com 290 ± 5 HV, na solda multipasse a origem das diferentes morfologias de ferrita é múltipla, havendo uma diferença da taxa de resfriamento nos cordões,sendo que entre a base e o topo da solda pode ser percebido acumulo de ferrita delta na região interpasse e no topo do ultimo cordão de solda e a variação de largura da ZTA pelos passes subsequentes, a morfologia da ferrita delta zona termicamente afetada (ZTA) na condição multipasse, assim como o perfil de durezas da seção transversal dos cordões de solda apontam durezas que variam desde 311 ± 24 HV para a região fundida, passando por um pico de dureza de 326 ± 33 HV na ZTA. / Hydraulic turbines used in hydroelectric plants may present wear by cavitation and cracks in their operation, and in some cases repaired by electric arc welding, being a process of lower cost compared to the turbine exchange. A743 grade martensitic stainless steel CA6NM is used in services that require good mechanical resistance associated with corrosion resistance, especially in oil extraction equipment, rotors and hydraulic turbine components. This work aims to analyze the microstructure formed after TIG (Tungsten Inert Gas) welding of an ASTM A743 CA6NM steel, using similar addition material, evaluating the presence of the delta ferrite, retained austenite and carbides structure. By varying the sample thicknesses and welding conditions as single pass welding and multipass, maintaining preheating temperature and interpass of 150ºC. Estimating the influence of the parameters in the microstructure with the hardness of the strands and the ZTA. The experiments revealed that a single soldering pass is sufficient for the formation of delta ferrite in the form of a net along the weld bead and in the regions exposed to high temperatures in the thermally affected zone (ZTA), as well as the hardness profile of the section cross section of the weld beads indicate hardness ranging from 344 ± 6 HV to the molten region, passing through a hardness peak of 379 ± 4 HV in the ZTA and ending in the base metal with 290 ± 5 HV, in the multipass weld the origin of the different In the present study, the ferrite morphologies are multiple, with a difference in the cooling rate in the cords, between the base and the top of the weld it is possible to detect the accumulation of delta ferrite in the interpass region and at the top of the last weld bead and the ZTA The thermally affected zone delta ferrite (ZTA) morphology in the multipass condition, as well as the cross section hardness profile of the weld beads, point to hardnesses that vary from 311 ± 24 HV for the molten region, passing through a hardness peak of 326 ± 33 HV in the ZTA.

Tungsten Inert Gas (TIG) welding is extensively used in aerospace applications, due to its unique ability to produce higher quality welds compared to other shielded arc welding types. However, most TIG welding is performed manually and has not achieved the levels of automation that other welding techniques have. This is mostly attributed to the lack of process knowledge and adaptability to complexities, such as mismatches due to part fit-up. Recent advances in automation have enabled the use of industrial robots for complex tasks that require intelligent decision making, predominantly through sensors. Applications such as TIG welding of aerospace components require tight tolerances and need intelligent decision making capability to accommodate any unexpected variation and to carry out welding of complex geometries. Such decision making procedures must be based on the feedback about the weld profile geometry. In this thesis, a real-time position based closed loop system was developed with a six axis industrial robot (KUKA KR 16) and a laser triangulation based sensor (Micro-Epsilon Scan control 2900-25).

Os aços inoxidáveis do tipo duplex possuem grande importância na indústria, principalmente na do petróleo e gás natural, por apresentarem elevada resistência mecânica e excelente resistência à corrosão. Caracterizam-se por apresentar estrutura bifásica, constituída de proporções praticamente iguais de ferrita e austenita. O presente trabalho caracterizou juntas soldadas por TIG autógeno de aço inoxidável duplex UNS S32760. Foram confeccionados quatro grupos de amostras, provenientes da variação da corrente de soldagem e consequentemente do aporte térmico (corrente de pico: 25A e 40A - aporte térmico: 0,12KJ/mm e 0,19KJ/mm) e da composição do gás de proteção (argônio puro ou argônio contendo 2,5% nitrogênio). Foram utilizadas técnicas de caracterização por metalografia colorida, análise e processamento digital de imagens, ensaios de microdureza Vickers. Para avaliar a resistência à corrosão foram realizados ensaios de potencial em circuito aberto com solução de cloreto férrico (FeCl3) e eletrodo de referência de calomelano saturado. A análise quantitativa das fases ferrita e austenita presentes nas juntas soldadas mostrou que a adição de nitrogênio no gás de proteção favoreceu a formação da fase austenita, variando de 11% (sem nitrogênio) para 26% (com nitrogênio) a quantidade desta fase. Em uma análise qualitativa a variação do aporte térmico: 0,12KJ/mm para 0,19KJ/mm resultou no aumento do tamanho de grãos da fase ferrita. / The duplex stainless steels are of great importance in industry, mainly in oil and natural gas due to their high mechanical strength and excellent corrosion resistance. They are characterized by having biphasic structure, consisting of nearly equal proportions of ferrite and austenite. The present work characterized welded joints by autogenous TIG process of duplex stainless UNS S32760. Four groups of samples were prepared, from the variation of welding current and consequently of heat input (20A and 40A - heat input: 0.12KJ/mm and 0.19KJ/mm) and the composition of shielding gas (pure argon or argon containing 2.5% nitrogen). Techniques of characterization by colored metallography, analysis and digital image processing and Vickers microhardness tests techniques were used. To evaluate the corrosion resistance, tests were performed at open circuit potential with a solution of ferric chloride (FeCl3) and reference electrode of saturated calomel. The quantitative analysis of ferrite and austenite phases present in the welded joints showed that the addition of nitrogen in shielding gas favored the formation of austenite phase, ranging from 11% (without nitrogen) to 26% (with nitrogen) the amount of this phase In a qualitative analysis the variation of heat input (0.12KJ/mm and 0.19KJ/mm) resulted in an increase of the ferrite phases grain size.

Cette thèse est consacrée au développement d'outils de simulation numérique permettant d'appréhender les phénomènes multi-physiques complexes (thermique, mécanique des solides, mécanique des fluides et sciences des matériaux) mis en jeu lors d'opérations de soudage TIG (Tungsten Inert Gas) de tôles minces de type 316L utilisées dans l'industrie agroalimentaire. La fusion locale des éléments à assembler par soudage présente en effet l'inconvénient d'induire des déformations locales importantes qui compliquent le montage des pièces. Un autre désavantage est l'apparition de contraintes résiduelles qui impactent la durabilité de la structure soudée. Afin de prédire ces déformations et contraintes pendant la phase de conception, en vue par exemple de les minimiser en jouant sur des paramètres tels que la vitesse d'exécution et l'intensité du courant de soudage, des outils numériques prédictifs ont été développés dans le cadre de ce travail.Un modèle éléments finis 3D de couplage entre la thermique et la mécanique, dans les domaines transitoire et nonlinéaire,a notamment été programmé en langage APDL (Ansys Parametric Design Language) à l'aide du logiciel multi-physique ANSYS. La source mobile de chaleur par soudage a été représentée par un profil Gaussien dont les paramètres ont été calibrés de manière à optimiser la forme géométrique du cordon. Pour ce faire, la surface de réponse d'un plan d'expérience factoriel a été utilisée. Les résultats numériques obtenus sont tout à fait satisfaisants puisque les paramètres de la source de chaleur gaussienne identifiés à l'aide du plan d'expérience factoriel permettent une reproduction fidèle de la géométrie du cordon. La comparaison entre les valeurs expérimentales et calculées de la déviation montre par ailleurs une bonne cohérence avec un écart relatif inférieur à 5%. Afin d'étudier la tension et la conductibilité électrique lors de l'amorçage et du maintien de l'arc de soudure, un modèle axisymétrique bidimensionnel de l'arc électrique a été réalisé en utilisant le logiciel FLUENT. La géométrie réelle des composantes de la torche telles que le diffuseur de gaz, la buse et l'électrode a été prise en compte. Lemodèle intègre un couplage fluide-structure dans lequel les équations électromagnétiques et thermiques sont résolues dans la cathode solide. Les équations supplémentaires régissant l'écoulement sont considérées dans le domaine gazeux où l'arc est généré. Pour le maintien de l'arc, ces équations, qui ont été programmées en langage C++, permettent de s'affranchir de la conductibilité artificielle souvent utilisée dans la littérature. Le modèle permet d'obtenir les champs de température du plasma, les chutes de tension à l'anode et à la cathode de l'appareil de soudage, la tension dans l'arc ainsi que le rendement de l'apport d'énergie. Les résultats numériques indiquent que la température et la vitesse d'écoulement du plasma augmentent avecl'intensité du courant et avec la distance inter électrode. Il en va de même pour le potentiel électrique mais avec une influence plus forte de la distance inter électrode. Enfin, le débit de gaz ne joue aucun rôle sur la température et sur le potentiel électrique. Il influe par contre sur la vitesse d'écoulement du plasma. Plus le débit est élevé, plus la vitesse d'écoulement du plasma est faible. / This thesis is dedicated to the development of numerical simulation tools allowing to understand complex multi-physics phenomena (thermal, solid mechanics, fluid mechanics and sciences materials) involved in TIG (Tungsten Inert Gas) welding operations of 316L thin plate used in the food industry. The local fusion of the elements to be assembled by welding has indeedthe disadvantage of inducing significant local deformations that complicate the assembly of parts. Another The disadvantage is the appearance of residual stresses that impact the durability of the welded structure. In order to predict these deformations and constraints during the design phase, for example in order to minimize them in playing on parameters such as the speed of execution and the intensity of the welding current, digital tools Predictors have been developed as part of this work.A model finite elements 3D of coupling between the thermal one and the mechanics, in the transient and nonlinear domains,was programmed in Ansys Parametric Design Language (APDL) using the software multi-physics ANSYS. The mobile source of heat by welding has been represented by a Gaussian profile whose parameters have been calibrated to optimize the geometric shape of the cord. To do this, the surface of Response of a factorial experiment plan was used. The numerical results obtained are quite satisfactory since the parameters of the Gaussian heat source identified using the factorial experiment planallow a faithful reproduction of the geometry of the cord. The comparison between the experimental values ​​and Calculated deviation also shows good consistency with a relative difference of less than 5%. In order to study the voltage and the electrical conductivity during the priming and the maintenance of the welding arc, a Two-dimensional axisymmetric model of the electric arc was realized using FLUENT software. Geometry actual torch components such as the gas diffuser, the nozzle and the electrode were taken into account. The model integrates a fluid-structure coupling in which the electromagnetic and thermal equations are resolved in the solid cathode. The additional equations governing the flow are considered in the gaseous domain where the arc is generated. For the maintenance of the arc, these equations, which have been programmed in C ++, make it possible to overcome the artificial conductivity often used in the literature. The model allows to obtain the plasma temperature fields, the voltage drops at the anode and at the cathode of the welding, the voltage in the arc as well as the efficiency of the energy input. Numerical results indicate that plasma temperature and flow velocity increase with the intensity of the current and with the inter-electrode distance. The same goes for the electric potential but with a stronger influence of the inter-electrode distance. Finally, the gas flow plays no role on the temperature and on the electric potential. It influences the speed of flow of the plasma. The higher the flow, the higher the Plasma flow rate is low.

[pt] Os aços inoxidáveis duplex (AID) são uma classe de aços que combinam a alta resistência mecânica da ferrita e a ductilidade da austenita possuindo alto limite de escoamento e resistência à corrosão, sendo empregados em meios corrosivos com solicitações mecânicas elevadas. As boas propriedades mecânicas e de resistência à corrosão se devem a microestrutura duplex (ferrita e austenita), com proporções volumétricas similares, e cujo balanço é controlado por meio da composição química e tratamentos térmicos durante a fabricação. No entanto, durante processos de fabricação e manutenção, como a soldagem por fusão, em função do processo utilizado e dos ciclos térmicos impostos, assim como pela presença de gases de proteção que induzem determinada atmosfera, as propriedades do metal de solda e da zona termicamente afetada (ZTA), podem ser alteradas. Deste modo, a composição química, a distribuição dos elementos de liga e balanço das fases destas regiões serão suscetíveis a transformações de fases como ferritização, precipitação de fases indesejáveis e perda de elementos de liga, como níquel e nitrogênio, resultando em redução da resistência à corrosão. A presença de nitrogênio nos aços duplex, tanto em conjunto ou como substituto para o níquel, influencia na formação da austenita e também no controle da cinética de transformação de fases durante o resfriamento. O presente trabalho teve como objetivo estudar os efeitos do nitrogênio e do níquel na transformação de fases de dois aços inoxidáveis duplex (SAF 2304 e 2507) durante dois processos de soldagem: autógena e com metal de adição contendo Ni. Ambas as soldagens foram realizadas com aporte térmico fixo e com um e dois passes, utilizando a técnica de cordão sobre chapa para a soldagem com metal de adição. Foram utilizados dois gases de proteção, Ar e Ar + N2. Foram avaliadas a dureza e a resistência à corrosão por cloreto. A microestrutura da ZTA e composição química final do metal de solda alteraram significativamente, comparados ao metal de base. A fração volumétrica da fase austenítica na ZTA reduziu em todas as situações avaliadas. A presença de nitrogênio no gás de proteção manteve o teor deste elemento constante ou mais elevado no metal de solda. Cada conjunto de condições de soldagem aplicada apresentou diferentes características de dureza e resistência à corrosão por pites, sendo que na soldagem autógena do SAF 2507 foram encontradas durezas mais altas e menores perdas de massa após ensaio de corrosão. Com a adição de N2 no gás de proteção o teor de nitrogênio final aumentou em relação ao teor de nitrogênio no metal base, porém a fração volumétrica de austenita não se elevou da mesma forma. / [en] Duplex stainless steels (DSS) combines high yield stress from ferrite and ductility from austenite, good mechanical and corrosion resistance. It has been used in corrosive environments associated with severe mechanical stress. The good mechanical strength and corrosive resistance properties are due to the duplex microstructure (ferrite and austenite), with the same volumetric fraction, whose balance is controlled by chemical composition and heat treatment during steel manufacturing. However, when welded by process such as fusion welding the high thermal cycles and the presence of shielding gases inducing a certain atmosphere, the properties of the weld metal (WM) and the heat affected zone (HAZ) can be significantly changed. Therefore, the chemical composition, element partioning and the phase balance in these regions (WM and HAZ) will be susceptible to phase transformations such as ferritization, precipitation of secondary phases and alloy element losses, such as nitrogen and nickel, resulting in the decrease of the corrosion resistance. The presence of nitrogen in the duplex steels, either together or as a substitute for nickel, influences the austenite formation and controls phase transformation kinetics during cooling as well. The objective of this work was to study the effect of nitrogen and nickel on the phase transformation of two duplex stainless steels (SAF 2304 and 2507) during two welding processes: autogenous and with Ni-containing filler metal, considering a fixed thermal input and welds with one and two passes, using the technique of bead on plate for the weld with filler metal. Two shielding gases were used, Ar and Ar + N2. Hardness and corrosion resistance in chloride environment were evaluated for each studied condition. Both HAZ microstructure and final chemical composition of the weld metal modified significantly, when compared to the base metal. The HAZ volume fraction of austenite was reduced, and the presence of nitrogen in the shielding gas helped to keep the nitrogen content the same or increased in the weld metal. Each set of weld parameters applied presented different characteristics of hardness and pitting resistance corrosion. The autogenous welding of the SAF 2507 presented higher hardness and low weight losses. In a general way, the addition of N2 in the shielding gas increased the nitrogen content of the weld metal for all conditions of lean duplex material, compared to the base metal, but the austenite volumetric phase did not increased in the HAZ.

Tendo em vista a tendência mundial de se buscar a diminuição de peso de estruturas metálicas de veículos, o desenvolvimento de aços de resistência mecânica superior apresenta-se como um importante fator para a competitividade e sustentabilidade da indústria brasileira, além da segurança do usuário. No setor automobilístico, as reduções no peso e no consumo de combustível requerem não somente a pesquisa de novos aços, mas também a utilização de componentes híbridos, resultantes, entre outros, da união entre os aços austeníticos inovadores de alta liga e baixo custo (TRIP) e aços ferríticos comerciais (ARBL). Na presente dissertação foram investigadas as propriedades mecânicas microestruturais, antes e após o processo de soldagem TIG, dos aços TRIP e ARBL utilizados pela indústria automotiva. O principal objetivo do trabalho foi avaliar possíveis estruturas e modificações nas propriedades das juntas soldadas de acordo com parâmetros de soldagem pré-determinados. Primeiramente, verificaram-se as extensões da zona termicamente afetada dos corpos de prova soldados. Os perfis de microdureza indicaram que não houve uma alteração significativa de dureza na zona termicamente afetada do aço de efeito TRIP, enquanto que para o aço ARBL observa-se um considerável aumento. Os limites de escoamento determinados pelos ensaios de tração realizados permitiram a obtenção dos níveis de resistência mecânica das juntas soldadas. Através dos ensaios de microscopia eletrônica de varredura e microscopia ótica foi possível observar a influência do aporte térmico na zona termicamente afetada do aço ARBL. A análise de EDX nas juntas dissimilares permitiu observar a presença de zonas parcialmente diluídas na zona fundida do lado do metal de base ARBL, a caracterização da composição química nas interfaces entre os metais de base e o metal de solda e prever a microestrutura destas regiões. As fases presentes nos metais de base e na zona fundida foram caracterizadas também pela difração de raios x. Por meio da estereologia quantitativa caracterizou-se as fases presentes na zona fundida e determinou-se suas proporções em função do aporte térmico. / In view of the global trend of searching for the weight reduction of metal frames in vehicles, the development of superior mechanical resistance steels presents itself as an important factor for the competitiveness and sustainability of the Brazilian industry, as well as to user safety. In the automotive industry, the reductions in vehicle weight and fuel consumption not only require research of new types of steel but also the use of hybrid components, which result, amongst other things, between the union of austenitic innovative high alloy and low cost (TRIP) with commercial ferritic steels (HSLA). This dissertation analyses the microstructural mechanical properties before and after the TIG welding process, the TRIP steel, and HSLA used by the automotive industry. The main objective of this study was to evaluate possible phase changes in steel structures and transformation in the properties of the welded joints according to pre-determined welding parameters by analyzing extensions of the heat-affected and melted zones of welded specimens. The micro hardness profiles showed no significant changes in hardness in the heat affected HSLA steel, while the TRIP steel showed considerable increase. Additionally, the yield point determined by the traction tests performed, allowed the obtainment of the mechanical resistance levels of the welded joints. Through the tests of scanning electron and optical microscopy was observed the influence of heat input on heat affected zone of HSLA steel. EDX analysis allowed us to observe the presence of molten zones partially diluted in the side of the base metal HSLA, characterization of the chemical composition at the interface of the base metal and weld metal and predicting the microstructure in these regions. The phases present in the base metal and weld zone were characterized too by x-ray diffraction. By quantitative stereology characterized by the phases present in the weld zone and their proportions were determined as a function of heat input.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 0 - Capa.pdf: 49375 bytes, checksum: a82e2fca3ff3a4c1780c4fe39da86057 (MD5) Previous issue date: 2010-07-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The TIG welding process (Tungsten Inert Gas), also known as GTAW (Gas Tungsten ArcWelding), is the most commonly used process for welding of thin plates where there is a need for an excellent control of the temperature applied on the piece. This paper presents a study carried out in partnership between the Department of Graduate Studies in Scienceand Materials Engineering and the Department of Industrial Engineering and Stamping of WEG Equipamentos Elétricos S.A Motors Division. It elaborates on the use of the experimental methodology DOE to investigate the influence of TIG welding process parameters, electrical current, welding speed and flow of the shielding gas on the quality of a piece fabricated with silicon electrical steel - ABNT 50F 466M, best known for its 50A 400 specification on the JIS standard. The first step of the study was the designing of the experiment to obtain welded pieces with different combinations of the parameters above mentioned and enable the evaluation of mechanical strength, fillet weld size, hardness and metallographic analysis of the test specimens. The information obtained with analysis of variance techniques (ANOVA) showed that the change in the levels of electrical current and welding speed promotes significant changes in final results. Furthermore, the different rates of gas flow tested caused no differences in response variables of the study. As a result, it was also possible to determine the combinations of these parameters that ensure the required quality and provide increased productivity, energy saving and reduced consumption of the shielding gas. / O processo de soldagem TIG (Tungsten Inert Gas), também conhecido como GTAW (Gas Tungsten Arc Welding), é o processo mais utilizado para a soldagem de chapas finas onde um excelente controle do aporte térmico à peça é necessário. Nesta dissertação é presentado um estudo realizado em parceria entre o Departamento de Pós-Graduação em Ciência e engenharia dos Materiais e os Departamentos de Engenharia Industrial e Estamparia da WEG Equipamentos Elétricos S.A. - Motores. Esse estudo envolveu a utilização da metodologia de delineamento experimental DOE para investigar a influência dos parâmetros do processo de soldagem TIG, corrente elétrica, velocidade de deslocamento da tocha e vazão do gás de proteção, na qualidade de uma peça fabricada com aço elétrico silicioso ABNT 50F 466M, mais conhecido pela classificação 50A 400 da norma JIS. Inicialmente foi elaborado o planejamento do experimento a fim de obter peças soldadas com diferentes combinações dos parâmetros acima mencionados e possibilitar a avaliação da resistência mecânica, dimensão dos cordões de solda, dureza e análise metalográfica dos corpos de prova. Os resultados obtidos, com o auxílio da técnica de análise de variância (ANOVA), mostraram que mudanças nos níveis de corrente e na velocidade de soldagem promoveram alterações significativas nos resultados. Por outro lado, as diferentes taxas de vazão de gás testadas não provocaram diferenças nas variáveis de resposta do estudo. Também foi possível determinar as combinações desses parâmetros que garantem a qualidade requerida e proporcionam aumento de produtividade, economia de energia elétrica e redução no consumo de gás de proteção.

Submitted by Fernando Coelho (coelho-fernet@ig.com.br) on 2018-04-17T15:09:25Z No. of bitstreams: 1 DM17ABR201811h.pdf: 2603442 bytes, checksum: c2422dffe1f0841b0b22aec6f8143ac3 (MD5) / Approved for entry into archive by Minervina Teixeira Lopes null (vina_lopes@bauru.unesp.br) on 2018-04-18T14:23:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 coelho_f_me_bauru.pdf: 2533903 bytes, checksum: 74e09316ffac9baa3e8d0973642fff7b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-18T14:23:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 coelho_f_me_bauru.pdf: 2533903 bytes, checksum: 74e09316ffac9baa3e8d0973642fff7b (MD5) Previous issue date: 2018-02-28 / As indústrias metalúrgicas de diversos segmentos buscam continuamente aperfeiçoar seus processos e reduzir custos de produção de estruturas metálicas. Variações em um processo térmico padronizado ou na configuração do produto podem causar alterações na microestrutura e nas propriedades mecânicas do, bem como, no comportamento mecânico do material. Assim, o presente estudo avaliou os efeitos das variações do ângulo de chanfro da junta em tubos de aço redondos AISI 4130 sem costura, quando soldados no processo TIG (Tungsten Inert Gas). Os tubos foram cortados com arco de plasma e preparados com ângulos, 30°, 45° e 60°, e 1 milímetro de altura da raiz. A soldagem foi realizada em dois passes, sendo o primeiro passe na raiz pelo método autógeno e o segundo de preenchimento com metal de adição arame-eletrodo AWSER80S-B2. As juntas soldadas foram submetidas a análises metalográficas de macrografia e microscopia óptica, para avaliação metalúrgica das zonas fundida e afetada pelo calor. Também foi realizado ensaio mecânico de tração e microdureza Vickers para verificar o desempenho mecânico e a dureza do material. A variável de interesse do estudo foi evidenciada por meio da estabilização do processo de corte e soldagem com uso de uma máquina rotativa digital desenvolvida no presente estudo. Os resultados obtidos evidenciaram uniformidade entre os cordões produzidos, variações nas geometrias dos cordões, no tamanho de grão e nas fases de transformação da microestrutura, com impacto na dureza da ZF (Zona Fundida), assim como no desempenho mecânico verificado com ensaios de tração. Conclui-se que, variações no ângulo da junta alteram a área de contato do arco com a poça de fusão, assim como, da poça de fusão com a ZAC. Com isso têm-se diferentes eficiências de transferência de energia térmica por condução, com diferentes ciclos térmicos que resultam em fases e transformações metalúrgicas distintas. / The metallurgical industries at several segments are continuously looking for improving their process and decrease metallic structures production costs. Modifications in a standardized thermal process or in the product configuration can leads to microstructure changes and in the mechanical properties,as well, in the mechanical behavior from the material. Thus, the current study made an assessment of the angle variation effect in steel round tubes joint AISI 4130 without seam, when welded by mechanized TIG process (Tungsten Inert Gas). The steel tubes were cross cut with plasma and prepared in three different angles 30°, 45° and 60°, with 1 millimeter height of root. The welding was made in two passes, the first one in the root by autogenous methode and the second one for filling using eletrode wire AWS ER80S-B2. The welded joints were submitted to metallographic test of macrograph and optical micrographics for metalurgical assessment in the melted zone and the heat affected zone. In addiction was made traction tests and micro hardness Vickers for verify the mechanical behavior and hardness from the material. The interest variable in this study, was evidenced by cut and welding process stabilization using a digital rotative machine developed in this study. The obtained results showed uniformity between weld beads produced with variation in the geometry, as well, in the grain size and in the fases transformations from the microstructure, with impact in the melted zone hardness profile, and in the mechanical properties verified by traction test. It´s pissible conclude that joint chanfer angle variations cause changes in the contact area size between the arc and the molten puddle, and between the molten puddle with the base metal. With this, diferent energy transfer efficency by conduction are obtained producing diferent thermal cicle, that can result in diferent metallurgical fases and microstructure transformations.

Os aços inoxidáveis do tipo duplex possuem grande importância na indústria, principalmente na do petróleo e gás natural, por apresentarem elevada resistência mecânica e excelente resistência à corrosão. Caracterizam-se por apresentar estrutura bifásica, constituída de proporções praticamente iguais de ferrita e austenita. O presente trabalho caracterizou juntas soldadas por TIG autógeno de aço inoxidável duplex UNS S32760. Foram confeccionados quatro grupos de amostras, provenientes da variação da corrente de soldagem e consequentemente do aporte térmico (corrente de pico: 25A e 40A - aporte térmico: 0,12KJ/mm e 0,19KJ/mm) e da composição do gás de proteção (argônio puro ou argônio contendo 2,5% nitrogênio). Foram utilizadas técnicas de caracterização por metalografia colorida, análise e processamento digital de imagens, ensaios de microdureza Vickers. Para avaliar a resistência à corrosão foram realizados ensaios de potencial em circuito aberto com solução de cloreto férrico (FeCl3) e eletrodo de referência de calomelano saturado. A análise quantitativa das fases ferrita e austenita presentes nas juntas soldadas mostrou que a adição de nitrogênio no gás de proteção favoreceu a formação da fase austenita, variando de 11% (sem nitrogênio) para 26% (com nitrogênio) a quantidade desta fase. Em uma análise qualitativa a variação do aporte térmico: 0,12KJ/mm para 0,19KJ/mm resultou no aumento do tamanho de grãos da fase ferrita. / The duplex stainless steels are of great importance in industry, mainly in oil and natural gas due to their high mechanical strength and excellent corrosion resistance. They are characterized by having biphasic structure, consisting of nearly equal proportions of ferrite and austenite. The present work characterized welded joints by autogenous TIG process of duplex stainless UNS S32760. Four groups of samples were prepared, from the variation of welding current and consequently of heat input (20A and 40A - heat input: 0.12KJ/mm and 0.19KJ/mm) and the composition of shielding gas (pure argon or argon containing 2.5% nitrogen). Techniques of characterization by colored metallography, analysis and digital image processing and Vickers microhardness tests techniques were used. To evaluate the corrosion resistance, tests were performed at open circuit potential with a solution of ferric chloride (FeCl3) and reference electrode of saturated calomel. The quantitative analysis of ferrite and austenite phases present in the welded joints showed that the addition of nitrogen in shielding gas favored the formation of austenite phase, ranging from 11% (without nitrogen) to 26% (with nitrogen) the amount of this phase In a qualitative analysis the variation of heat input (0.12KJ/mm and 0.19KJ/mm) resulted in an increase of the ferrite phases grain size.