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Arc welding still requires deeper process understanding and more accurateprediction of the heat transferred to the base metal. This can be provided by CFD modelling.Most works done to model arc discharge using CFD consider the arc corealone. Arc core simulation requires applying extrapolated experimental data asboundary conditions on the electrodes. This limits the applicability. To become independent of experimental input the electrodes need to be included in the arcmodel. The most critical part is then the interface layer between the electrodesand the arc core. This interface is complex and non-uniform, with specific physicalphenomena.The present work reviews the concepts of plasma and arc discharges that areuseful for this problem. The main sub-regions of the model are described, andtheir dominant physical roles are discussed.The coupled arc-electrode model is developed in different steps. First couplingsolid and fluid regions for a simpler problem without complex couplinginterface. This is applied to a laser welding problem using the CFD softwareOpenFOAM. The second step is the modelling of the interface layer betweencathode and arc, or cathode layer. Different modelling approaches available inthe literature are studied to determine their advantages and drawbacks. One ofthem developed by Cayla is used and further improved so as to satisfy the basicprinciples of charge and energy conservation in the different regions of thecathode layer. A numerical procedure is presented. The model, implementedin MATLAB, is tested for different arc core and cathode conditions. The maincharacteristics calculated with the interface layer model are in good agreementwith the reference literature. The future step will be the implementation of theinterface layer model in OpenFOAM.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Darlan Silva Siewerdt.pdf: 4084524 bytes, checksum: 6cfc1de54400889b3bfa578652d76489 (MD5) Previous issue date: 2015-02-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nowadays, pressure vessel has been used in large industrial scale. Its manufacture requires a lot of special care and demand knowledge of standards and suitable materials for every type of application. Given this, it becomes mandatory an adequate welding process and inspection to ensure reliability of the welded joint. In this context, non-destructive testing of Xrays has been made in order to evaluate these welds and verify the presence of discontinuities. Thus, it was found that the porosity is a major discontinuities which generate rework welding, increasing costs. This thesis aims to contribute to the research of porosity in steel weld joints of SA 516 Grade 70 used pressure vessels, through the study of the correlation between the procedure of submerged arc welding and the formation of such discontinuities. In a second stage all the experimental welding procedure is done, varying the welding parameters: voltage, current, welding speed and flow, as the design of experiment. On the sequence, tests of X-ray and visual inspection are performed to determining the amount of porosity and other discontinuities in each sample. Finally, from these evidences is carried out a study of the porosities formation, using factorial design and determined the influence of each parameter in its porosities formation. Besides, an optimized welding procedure was determined, where the chosen samples were submitted to bend test, macrograph, metallography and Vickers hardness to qualify the procedure developed. The thesis concluded that the welding speed and the type of flow are the most important factors that determine the amount and type of porosity formed in welding of steel for pressure vessels. / Nos dias atuais, vasos de pressão têm sido utilizados em grande escala industrial. Sua fabricação requer uma série de cuidados especiais e exigem o conhecimento de normas e materiais adequados para cada tipo de aplicação. Diante disto, torna-se mandatório um processo de soldagem e inspeção adequado para garantir a confiabilidade da junta soldada. Neste contexto, ensaios não destrutivos de raios X têm sido feitos com o intuito de avaliar estas soldas e verificar a presença de descontinuidades. Assim, verificou-se que a porosidade é uma das principais descontinuidades que geram retrabalhos de solda, aumentando os custos. Esta Dissertação de Mestrado pretende contribuir na pesquisa da porosidade em soldas de aço SA 516 Grau 70 utilizado vasos de pressão, através do estudo da correlação entre o procedimento de soldagem por arco submerso e a formação de tais descontinuidades. Num segundo momento é feito todo o procedimento experimental de soldagem, variando os seguintes parâmetros: tensão, corrente, velocidade de soldagem e fluxo, conforme o delineamento do experimento elaborado para então realizar ensaios de raios X e inspeção visual, determinando a quantidade de porosidade e outras descontinuidades em cada amostra. Finalmente, a partir destas evidências realiza-se um estudo da formação de porosidades, através do projeto fatorial e determina-se a influência de cada parâmetro na sua formação. Paralelamente foi elaborado um procedimento otimizado de soldagem, onde as amostras escolhidas passaram por ensaios de dobramento, macrografia, e dureza vickers para qualificar o procedimento. Pode-se concluir que a velocidade de soldagem e o tipo de fluxo são os fatores que mais influenciam na quantidade e tipo de porosidade formada na soldagem de aços para vasos de pressão.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Atualmente a busca por melhorias de processos e técnicas de soldagem mecanizados/automatizados tem sido intensa devido à escassez de mão de obra qualificada. Nesta linha, a combinação de processos e mesmo de modos operacionais (polaridade e/ou modo de transferência metálica) dentro de um só processo, em adição à possibilidade de combinar níveis de corrente de soldagem, vem ganhando espaço. Por meio dos modos operacionais e/ou dos níveis de corrente, é possível variar a energia do arco (tanto térmica quanto cinética) entregue à peça de trabalho. Combinando este recurso com o movimento do arco, pode-se distribuir a energia do mesmo de forma otimizada para controlar a formação do cordão de solda. Uma forma relativamente simples de controlar o movimento do arco é por meio de oscilação magnética – deflexão do arco elétrico através de um eletroímã. Assim, este trabalho explora a sincronização da oscilação magnética com processos de soldagem a arco de modo a controlar a distribuição da energia do arco sobre a peça. Para tal, foi desenvolvido um sistema de oscilação sincronizada, incluindo hardware e software, para permitir controlar a oscilação magnética e a fonte de soldagem (multiprocesso) de forma sincronizada. Em seguida, foi feita uma caracterização da deflexão (em função da tensão do eletroímã, da corrente e do comprimento do arco de soldagem) baseada em filmagens de alta velocidade. Como forma de explorar a técnica de oscilação magnética sincronizada com diferentes processos de soldagem, foram realizadas duas abordagens, ambas com oscilação do arco transversal à direção de soldagem, e depois comparadas a condições de referência (soldagem sem oscilação e com oscilação não sincronizada). O processo TIG foi sincronizado à oscilação magnética variando o nível de corrente de soldagem de acordo com a posição do arco, tendo como base de análise o efeito sobre o controle da largura dos cordões de solda formados. Já o processo MIG/MAG foi sincronizado à oscilação magnética variando os modos operacionais de soldagem de acordo com a posição do arco, avaliando o efeito sobre o controle da geometria das áreas fundidas dos cordões resultantes. O sistema de oscilação magnética sincronizada demonstrou ser capaz de controlar a formação do cordão tanto na soldagem TIG quanto na MIG/MAG. No caso do TIG sincronizado, foi possível aumentar a largura do cordão do lado com maiores corrente e tempo de parada lateral e vice-versa. Já no caso do MIG/MAG sincronizado, foi possível controlar a geometria da zona fundida formada, podendo-se diminuir a diluição dos cordões resultantes, com pouca variação no reforço superior e ao mesmo tempo com aumento de largura dos cordões e com tendência de maior concentração da penetração nas laterais dos mesmos. Acredita-se que a técnica de oscilação magnética sincronizada com processos de soldagem possa ser explorada visando diversas aplicações, nas quais é importante otimizar a distribuição de energia do arco sobre a peça de trabalho. / Currently the search for improvements in processes and mechanized/automated welding techniques has been intense due to the skilled labor shortage. In this line, the combination of processes and even operational modes (polarity and/or metal transfer mode) within a process, in addition to the possibility of combining welding current levels, has gained attention. Through operational modes and/or current levels, the arc energy (both thermal and kinetic) delivered to the workpiece can be changed. By combining this feature with the arc motion, the arc energy can be optimally distributed to control the formation of the weld bead. A relatively simple way to control the arc motion is by magnetic oscillation - deflection of the electric arc by an electromagnet. Thus, this work exploits the synchronization between the arc oscillation and the welding process to control the arc energy distribution on the workpiece. To this end, a synchronized oscillation system, including hardware and software, was devised to enable to control the magnetic oscillation and a multiprocess welding power source synchronously. Then, a characterization of the magnetic arc deflection was carried out (according to the electromagnet voltage, welding current and arc length) based on high-speed filming. In order to exploit the synchronized magnetic oscillation technique with different welding processes, two approaches were executed, both with arc oscillation transverse to the welding direction, and then compared to reference conditions (welding without oscillation and with unsynchronized oscillation). The TIG process was synchronized to the magnetic oscillation varying the level of welding current according to the arc position, being the effect on the control of the weld beads width the basis for analysis. The MIG/MAG process was synchronized to the magnetic oscillation with different welding operational modes according to the arc position, being the effect on the control of the molten zone geometry the basis for evaluation. The synchronized oscillation system was able to control the formation of the weld beads for the TIG as well as for the MIG/MAG welding. In the case of the synchronized TIG, it was possible to increase the weld bead width on the side with higher current and lateral stop time and vice versa. In the case of the synchronized MIG/MAG, it was possible to control the molten zone geometry, besides reduce the dilution of the resulting beads, with little variation in the top reinforcement and at the same time with increasing in the bead widths and with tendency for more side penetration. It is believed that the magnetic oscillation technique synchronized with the welding processes can be exploited in several applications, where it is important to optimize the arc energy distribution on the workpiece. / Dissertação (Mestrado)

Submitted by Pedro Silva Filho (pfsilva@ipen.br) on 2017-10-09T18:35:29Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2017-10-09T18:35:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho foram determinadas as condições para a soldagem de chapas grossas de aço carbono ASTM A36 com aço baixo-liga temperado e revenido ASTM A514 Grau Q empregando-se o processo arame tubular. Para tanto foram soldadas diversas peças de testes com o intuito de se avaliar as condições mais adequadas de preparação e soldagem de juntas dissimilares destes materiais. A preparação foi realizada por meio de corte térmico. A temperatura de preaquecimento foi determinada através de modelos matemáticos, pelas recomendações das normas AWS D1.1 e DIN EN 1011-2 sendo posteriormente avaliada por intermédio do teste de soldabilidade tipo CTS Controlled Thermal Severity. Os parâmetros de soldagem foram determinados a partir da qualificação de um procedimento de soldagem, conforme a norma AWS D1.1. Foram avaliadas as consequências do emprego do tratamento térmico de alívio de tensões após soldagem (TTAT), pelos testes de dureza Vickers e impacto Charpy. A caracterização microestrutural foi realizada por meio de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura. A caracterização das superfícies oxicortadas evidenciou os efeitos da descarbonetação e também da carbonetação. A temperatura de pré-aquecimento de 160°C determinada por meio da metodologia recomendada pelas normas AWS D1.1 e DIN EN 1011-2 mostrou-se satisfatória nos testes de soldabilidade. Foi possível a qualificação do procedimento de soldagem (EPS) com requisitos de impacto na condição "como soldado", porém na condição "após TTAT", os baixos valores de tenacidade obtidos no metal de solda, inferiores a 27J, não permitiram a qualificação de uma EPS com requisitos de impacto. Foi observada a ausência de trincas intergranulares tanto na zona afetada pelo calor quanto no metal de base ASTM A514, porém foi revelada a presença de microfases frágeis no metal de solda na condição "como soldado", especificamente na região da raiz, intensificadas pelo efeito da diluição. O aumento do teor de carbono na raiz, a presença de microfases frágeis, a grande fração de grãos colunares e de ferrita proeutetóide combinados com a baixa fração de ferrita acicular no metal de solda contribuíram para os baixos valores de tenacidade encontrados na condição "como soldado". Após o TTAT observou-se uma queda acentuada da tenacidade, inferior a 27J, do metal de solda devido à fragilização provocada pela precipitação e coalescimento de carbonetos de ferro. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

O câncer de próstata é um problema de saúde pública no Brasil, sendo a segunda causa de óbitos por câncer em homens, superado apenas pelo câncer de pulmão. Entre os possíveis tratamentos disponíveis para o câncer de próstata encontra-se a braquiterapia, onde, pequenas sementes contendo o radioisótopo 125I são implantadas na próstata. A semente consiste de uma cápsula de titânio selada de 0,8 mm de diâmetro externo e 4,5 mm de comprimento, contendo um fio de prata com 125I adsorvido. A soldagem por arco plasma é uma das técnicas viáveis para selagem, o equipamento tem um custo menor que o de outros processos. Constituem os objetivos deste trabalho o desenvolvimento e a validação do procedimento de selagem utilizando processo de soldagem plasma e a elaboração de rotinas para selagem segundo as Boas Práticas de Fabricação. O desenvolvimento do trabalho apresentou as seguintes fases: corte e limpeza do material, determinação dos parâmetros de soldagem, desenvolvimento de dispositivos para fixação do tubo de titânio durante o processo de soldagem, ensaios de validação de fontes seladas conforme norma ISO 2919 Sealed Radioactive Sources General Requirements and Classification, ensaios de estanqueidade conforme norma ISO 9978 Sealed Radioactive Sources Leakage Test Methods e ensaio metalográfico. O procedimento desenvolvido para a selagem das sementes de 125I mostrou-se eficiente, atendendo a todos os requisitos estabelecidos na norma ISO 2919. Os resultados apresentados neste trabalho possibilitaram a elaboração de rotinas de fabricação segundo as orientações apresentadas na resolução RDC nº 59 Boas Práticas de Fabricação de Produtos Médicos da ANVISA - Agência Nacional de Vigilância Sanitária. / The prostate cancer, which is the second cause of death by cancer in men, overcome only by lung cancer, is a problem of public health in Brazil. Brachytherapy is among the possible available treatments for prostate cancer, in which small seeds containing 125I radioisotope are implanted in the prostate. The seed consists of a titanium sealed capsule with 0.8 mm external diameter and 4.5 mm length, containing a central silver wire with adsorbed 125I. The plasma arc welding is one of the viable techniques for the sealing process. The equipment used in this technique is less costly than in other processes. The main objective of this work was the development and the validation of the welding procedure using plasma welding process and the elaboration of a sealing routine according to Good Manufacturing Practices. The development of this work has presented the following phases: cut and cleaning of the titanium material, determination of the welding parameters, development of a device for holding the titanium tube during the welding process, validation of sealed sources according to ISO 2919 Sealed Radioactive Sources - General Requirements and Classification, leakage test according to ISO 9978 Sealed Radioactive Sources - Leakage Test Methods and metallographics assays. The developed procedure, to seal 125I seeds using plasma welding process, has shown to be efficient, satisfying all the established requirements of ISO 2919. The results obtained in this work have given the possibility to establish a routine production process according to the orientations presented in resolution RDC nº 59 - Good Manufacturing Practices to Medical Products of the ANVISA - National Agency of Sanitary Surveillance.

A utilização do eletrodo tubular no processo de soldagem a arco submerso leva a um aumento na produtividade com um custo relativamente baixo, pois não requer investimentos complementares em equipamentos. A mudança do eletrodo sólido para o tubular acarreta variações microestruturais no metal de solda que influenciam as propriedades mecânicas, tais como dureza, tração e tenacidade ao impacto. Este trabalho tem como objetivo principal estudar a tenacidade à fratura dinâmica do metal de solda, mostrando que o uso do eletrodo tubular diminui a propagação de trincas ao impacto, além de melhorar as propriedades de dureza e tração. Para a confecção da junta soldada foi utilizado o aço ASTM-A516 com espessura de 37,5 mm; para o metal de solda, o eletrodo sólido AWS EM12K, com diâmetro de 4,0 mm, e fluxo AWS F6A4 e o eletrodo tubular AWS E71T-5, com diâmetro de 4,0 mm, fabricado em caráter experimental, untamente com os fluxos AWS F6A4 e AWS F7A8 (Fluxo Neutro). Os ensaios de impacto, dureza e tração foram realizados em corpos de prova com e sem alívio de tensão, e o ensaio Charpy instrumentado em corpos de prova entalhados e em corpos de prova entalhados e com trinca por fadiga, nas temperaturas de 25, 200, 400 e 600OC. O metal de solda utilizando eletrodo sólido foi o que mostrou menor percentual de ferrita acicular (54%), enquanto que o utilizando eletrodo tubular e fluxo AWS F6A4 foi o que mostrou maior percentual de ferrita acicular (89%). Os ensaios de dureza mostraram uma influência do microconstituinte ferrita acicular: maior dureza para o maior percentual de ferrita acicular. Os limites de resistência e de escoamento também sofreram o efeito deste microconstituinte, apresentando maiores valores quando os percentuais de ferrita acicular foram maiores. Para a análise da tenacidade para o início de propagação da trinca foram utilizados os métodos da variação da taxa da flexibilidade elástica, o método da energia da carga máxima revisada e o método da energia da carga máxima. Foram calculados os valores de JId e de KJd (K derivado de J). Os únicos valores validados, de acordo com a norma, foram os de JId calculados pelo método da variação da taxa da flexibilidade elástica. Os resultados encontrados, utilizando este método, mostraram, à 600OC, a influência da ferrita acicular, sendo que o metal de solda com maior percentual deste microconstituinte forneceu maior valor de tenacidade. Os valores de JId utilizando o método da variação da taxa da flexibilidade elástica para os corpos de prova com trinca por fadiga ficaram próximos aos resultados encontrados quando o ensaio foi realizado em corpos de prova somente entalhados. Os resultados mostraram que a substituição do eletrodo sólido pelo tubular levou à maior tenacidade e a propriedades mecânicas superiores. / The cored wire application in the submerged arc welding process leads to a increase productivity with relative low cost, because it doesn’t require complementary investments in equipments. Changing from solid to cored wire promotes microstructural modification in the weld metal that enhances mechanical properties, such as hardness, stretching and impact toughness. The principal aim of this work is to study the dynamic fracture toughness of the weld metal. The use of cored wire reduces the impact crack propagation, as well as hardness and strength properties. The welded plate was composed of ASTM-A516 steel with 37.5 mm thickness and for making the weld metal was utilized AWS EM12K wire, with 4.0 mm diameter, and AWS F6A4 flux, and AWS E71T-5 cored wire, with 4.0 mm diameter, making in experimental mode, with AWS F6A4 and AWS F7A8 (Neutral Flux) fluxes. Impact, hardness and tensile tests were carried out in specimens with and without stress relief. The instrumented Charpy tests were carried out at notch and notch plus fatigue crack specimens, at 25, 200, 400 and 600OC temperatures. The solid wire weld metal produced 53.9% of acicular ferrite, while the cored wire weld metal and AWS F6A4 flux produced 88.8% of acicular ferrite. The hardness values were influenced by acicular ferrite and showed higher hardness for acicular ferrite higher values. Tensile strength and yield stress data suffered the same effect of this micro constituent also, they had bigger amount when the acicular ferrite percentiles were bigger. For toughness analysis to crack propagation start were utilized the compliance changing rate method, the energy revised method, and the maximum load energy method. JId and KJd (K derived of J) values were calculated according to the standards. The results met for this method had acicular ferrite influence at 600OC, where the weld metal with the biggest micro constituent had bigger toughness value. The JId values utilized the compliance changing rate method for the precracked specimen got values near to the notched specimen. The change solid wire by the cored wire had better toughness, and it gets better the other mechanical properties.

This diploma thesis deals with the development of multifunction welding machine for manual metal arc welding MMA and metal inert/active gas welding MIG/MAG. The goal of this work was to design compactly shaped welding inverter considering ergonomics and technological aspects. The thesis is divided into two parts. First part contains historical progress of arc welding, basic principles of chosen methods and view on contemporary market with welding machines. The second part deals with the development of the design, analysis and options of the final proposal.

Les assemblages acier-aluminium de tôles minces (0,8 à 2 mm) ont été beaucoup étudiés au début des années 2000 pour des applications automobiles, dans la perspective d'alléger les véhicules (projet européen Super Light Car). Dans ce contexte, le présent travail est réalisé en vue d'étudier les possibilités d'assemblage hétérogène acier-aluminium par la nouvelle variante du procédé de soudage MIG connue sous l'appellation CMT (Cold Metal Transfer). La première partie de l'étude est consacrée à la compréhension du principe de fonctionnement de ce procédé, en utilisant une plateforme équipée d'un système d'acquisition de données permettant les mesures synchronisées de tension, intensité, vitesse fil et d'images vidéo prises par une caméra rapide. Dans une seconde partie, nous présentons les caractéristiques métallurgiques des assemblages acier/aluminium réalisés en configuration à clin avec des jeux de paramètres couvrant toute la plage étudiée dans la partie précédente. On s'intéresse plus particulièrement à la zone créant la liaison entre l'acier et l'aluminium. Dans une troisième partie, la tenue mécanique des assemblages est évaluée par des essais de traction transverse quasi-statique et sous chargement cyclique. La résistance à rupture de la couche de réaction est aussi évaluée par une technique originale, habituellement dédiée à l'évaluation de l'adhérence des revêtements par choc laser. Enfin, nous proposons une nouvelle méthode pour estimer le rendement du procédé CMT basée sur la simulation numérique par éléments finis de l'évolution des champs de température lors du dépôt d'un cordon d'aluminium sur un substrat d'acier galvanisé, couplée à la modélisation de la croissance de la couche de réaction formée le long de l'interface acier/aluminium. / Joining of steel- aluminum thin sheets (0.8 to 2 mm) has been extensively studied in the beginning of 2000 years for automotive applications, in a regard to reduce vehicle weight (European Project Super Light Car). In this context, this work is carried out to study the possibilities of dissimilar steel-aluminum assembly by the new variant of the MIG welding process known as CMT (Cold Metal Transfer). The first part of the study is devoted to understand the operating principle of this process, using a platform equipped with a data acquisition system for synchronized measurements of voltage, current, speed wire feed and video images taken by a speed camera. In a second part, we present the metallurgical properties of steel-aluminum joints made in lap configuration with parameter sets covering the entire range studied in the previous section. We are especially interested in the area creating the connection between steel and aluminum. In the third part, the mechanical proprieties of connections are evaluated by quasi-static transverse tensile tests and under cyclic loading. The breaking strength of the reaction layer is also evaluated by an original technique, usually dedicated to the evaluation of the adhesion of coatings by laser shock. Finally, we propose a new method to estimate the efficiency of the CMT process based on the finite element numerical simulation of the evolution of temperature fields during the deposition of an aluminum weld on a galvanized steel substrate, coupled with modeling of the growth of the reaction layer formed along the steel / aluminum interface.

<p>U disertaciji je prikazan odabir rastvarača, veličine, vrste i udela čestica za aktivni premaz namenjen postizanju povećane dubine uvara na austenitnom nerđajućem čeliku pri zavarivanju netopljivom elektrodom u zaštiti inertnog gasa. Pored sastava aktivnog premaza, u disertaciji je izvršena optimizacija: geometrije elektrode, jačine struje i brzine zavarivanja. Nakon odabira perspektivnih tipova sastava premaza i parametara zavarivanja, na zavarenim uzorcima izvršena je karakterizacija mehaničkih osobina, hemijskog sastava i mikrostrukture.</p> / <p>In this doctoral thesis, the selection of solvent, size, type and the content of<br />oxide particles in activated flux aimed at increasing the penetration on<br />austenitic stainless steel in gas tungsten arc welding is presented. Besides<br />activated flux composition, the optimization of welding parameters such as<br />electrode geometry, welding current and welding speed was done. After the<br />selection of successful activated flux formulations and welding parameters,<br />the characterization of mechanical properties, chemical composition and<br />microstructure was determined.</p>