Os aços inoxidáveis têm um amplo campo de aplicação, por ter alta resistência mecânica e à corrosão quando trabalha em temperaturas elevadas. Uma aplicação recorrente é em reatores nucleares, podendo ser utilizado no vaso de pressão e nas estruturas de contenção do reator. O aço inoxidável austenítico foi muito utilizado no núcleo de reatores para revestimento do combustível nuclear. No entanto, foi substituído por uma liga de zircônio denominada zircaloy, em consequência da menor absorção de nêutrons térmicos desta liga. Após o acidente de Three Miles Island o aço inoxidável voltou a ser usado para esta aplicação. Para atenuar a corrosão intergranular, muito característica em aços inoxidáveis austeníticos, utiliza-se elementos estabilizantes como o nióbio. O aço inoxidável AISI 348 é estabilizado com nióbio. Neste trabalho, estudou a soldagem de tubos de AISI 348 e tampões de mesmo material soldados pelo processo GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) sob diversas condições, procurando-se obter penetração de soldagem de 110 % da espessura do tubo e reforço do cordão de solda inferior a 0,15 mm. As amostras soldadas foram submetidas à caracterização microestrutural com microscopia ótica e microscopia eletrônica, utilizando também a técnica EDS (Espectroscopia de Energia Dispersiva). Foram realizados ensaios mecânicos de tração, fadiga, microdureza Vickers e arrebentamento, como também verificado a susceptibilidade à corrosão intergranular. O cordão de solda passou por ensaios não destrutivos de inspeção visual, dimensional, líquido penetrante, raios X e ensaio de estanqueidade por fuga de gás hélio. A microdureza não apresentou diferenças nas regiões da solda, não sendo possível identificar claramente a zona afetada pelo calor. O arrebentamento ocorreu a uma distância acima de 30 mm do cordão de solda, sendo o resultado considerado aprovado. No ensaio de tração, a ruptura ocorreu no cordão de solda e no metal de base tubo, o local da ruptura dependeu do afastamento lateral do eletrodo em relação à junta soldada. O ensaio de fadiga com corrente de 40 A obteve número de ciclos de 2,14 x 105. Este valor é 50% maior no tempo de vida comparado com amostra de 30 A. No ensaio de corrosão intergranular, as amostras que foram submetidas não apresentaram sensitização no contorno de grão. A análise por EDS identificou áreas com carbonetos oriundos do processo de fabricação do tubo. / Stainless steels have a wide range of applications, since it has high mechanical and corrosion resistance when working at elevated temperatures. A recurring application is in nuclear reactors, can be used in the pressure vessel and the reactor containment structures. The austenitic stainless steel has been widely used in the core reactors for nuclear fuel cladding. However, it was replaced with a zirconium alloy called zircaloy, due to lower thermal neutron absorption of this alloy. After the accident at Three Mile Island stainless steel came to be used for this application. In order to mitigate intergranular corrosion, very characteristic in austenitic stainless steel, is used stabilizing elements such as niobium. The stainless steel AISI 348 is stabilized with niobium. In this work, welding AISI 348 tubes and caps of the same material welded by GTAW process (Gas Tungsten Arc Welding) under various conditions, seeking to obtain welding penetration of 110% of the tube thickness and reinforcement of the weld bead less than 0.15 mm. The welded samples were subjected to microstructural characterization with optical and electron microscopy, also using the technique EDS (Energy Dispersive Spectroscopy). Mechanical tests of traction were performed, fatigue, Vickers hardness and burst, but also verified the susceptibility to intergranular corrosion. The weld bead has undergone non-destructive testing visual inspection, dimensional, liquid penetrant, X-rays and leakage test by helium gas leak. The microhardness showed no differences in weld regions, it is not possible to clearly identify the heat affected zone. The burst occurred at a distance of more than 30 mm of the weld bead. In the tensile test, the rupture occurred in the weld bead and base metal tube, the location of rupture depended on the lateral spacing of the electrode in relation to the welded joint. The fatigue test with 40 A current obtained number of cycles of 2.14 x 105. This value is 50% higher in the life time compared with sample 30 A. In the intergranular corrosion test, samples were subjected showed no sensitization in the grain boundary. Analysis by SDS identified areas carbides derived from the tube manufacturing process.

Os aços inoxidáveis têm um amplo campo de aplicação, por ter alta resistência mecânica e à corrosão quando trabalha em temperaturas elevadas. Uma aplicação recorrente é em reatores nucleares, podendo ser utilizado no vaso de pressão e nas estruturas de contenção do reator. O aço inoxidável austenítico foi muito utilizado no núcleo de reatores para revestimento do combustível nuclear. No entanto, foi substituído por uma liga de zircônio denominada zircaloy, em consequência da menor absorção de nêutrons térmicos desta liga. Após o acidente de Three Miles Island o aço inoxidável voltou a ser usado para esta aplicação. Para atenuar a corrosão intergranular, muito característica em aços inoxidáveis austeníticos, utiliza-se elementos estabilizantes como o nióbio. O aço inoxidável AISI 348 é estabilizado com nióbio. Neste trabalho, estudou a soldagem de tubos de AISI 348 e tampões de mesmo material soldados pelo processo GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) sob diversas condições, procurando-se obter penetração de soldagem de 110 % da espessura do tubo e reforço do cordão de solda inferior a 0,15 mm. As amostras soldadas foram submetidas à caracterização microestrutural com microscopia ótica e microscopia eletrônica, utilizando também a técnica EDS (Espectroscopia de Energia Dispersiva). Foram realizados ensaios mecânicos de tração, fadiga, microdureza Vickers e arrebentamento, como também verificado a susceptibilidade à corrosão intergranular. O cordão de solda passou por ensaios não destrutivos de inspeção visual, dimensional, líquido penetrante, raios X e ensaio de estanqueidade por fuga de gás hélio. A microdureza não apresentou diferenças nas regiões da solda, não sendo possível identificar claramente a zona afetada pelo calor. O arrebentamento ocorreu a uma distância acima de 30 mm do cordão de solda, sendo o resultado considerado aprovado. No ensaio de tração, a ruptura ocorreu no cordão de solda e no metal de base tubo, o local da ruptura dependeu do afastamento lateral do eletrodo em relação à junta soldada. O ensaio de fadiga com corrente de 40 A obteve número de ciclos de 2,14 x 105. Este valor é 50% maior no tempo de vida comparado com amostra de 30 A. No ensaio de corrosão intergranular, as amostras que foram submetidas não apresentaram sensitização no contorno de grão. A análise por EDS identificou áreas com carbonetos oriundos do processo de fabricação do tubo. / Stainless steels have a wide range of applications, since it has high mechanical and corrosion resistance when working at elevated temperatures. A recurring application is in nuclear reactors, can be used in the pressure vessel and the reactor containment structures. The austenitic stainless steel has been widely used in the core reactors for nuclear fuel cladding. However, it was replaced with a zirconium alloy called zircaloy, due to lower thermal neutron absorption of this alloy. After the accident at Three Mile Island stainless steel came to be used for this application. In order to mitigate intergranular corrosion, very characteristic in austenitic stainless steel, is used stabilizing elements such as niobium. The stainless steel AISI 348 is stabilized with niobium. In this work, welding AISI 348 tubes and caps of the same material welded by GTAW process (Gas Tungsten Arc Welding) under various conditions, seeking to obtain welding penetration of 110% of the tube thickness and reinforcement of the weld bead less than 0.15 mm. The welded samples were subjected to microstructural characterization with optical and electron microscopy, also using the technique EDS (Energy Dispersive Spectroscopy). Mechanical tests of traction were performed, fatigue, Vickers hardness and burst, but also verified the susceptibility to intergranular corrosion. The weld bead has undergone non-destructive testing visual inspection, dimensional, liquid penetrant, X-rays and leakage test by helium gas leak. The microhardness showed no differences in weld regions, it is not possible to clearly identify the heat affected zone. The burst occurred at a distance of more than 30 mm of the weld bead. In the tensile test, the rupture occurred in the weld bead and base metal tube, the location of rupture depended on the lateral spacing of the electrode in relation to the welded joint. The fatigue test with 40 A current obtained number of cycles of 2.14 x 105. This value is 50% higher in the life time compared with sample 30 A. In the intergranular corrosion test, samples were subjected showed no sensitization in the grain boundary. Analysis by SDS identified areas carbides derived from the tube manufacturing process.

Le développement des structures de grains se formant durant les procédés de soudage par fusion a un large impact sur les propriétés et la résistance mécaniques des assemblages. Des défauts, tels que la fissuration à chaud, sont aussi liés à la texturation de grains propre à l'étape de solidification. La simulation directe du développement tri-dimensionnelle (3D) des structures de grains dans ces procédés, à l'échelle industrielle, est rarement proposée. Dans ce travail, une modélisation couplée 3D Automate Cellulaire (CA) – Eléments Finis (FE) est proposée pour prédire la formation des structures de grains dans les procédés de soudage multipasses GTAW (Gas Metal Arc Welding) et GMAW (Gas Metal Arc Welding). A l'échelle macroscopique, la modélisation FE permet la résolution des équations de conservation de la masse, de l'énergie et de la quantité de mouvement pour l'ensemble du domaine en s'appuyant sur un maillage adaptatif. Pour le procédé GMAW avec apport de matière, le modèle FE est enrichi et développé dans une approche level set (LS) afin de modéliser l'évolution de l'interface métal / air due au développement du cordon de soudure. Le domaine FE contient ainsi la pièce étudiée et l'air environnant dans lequel le cordon se développe. Les calculs FE sont couplés avec l'approche CA utilisée pour modéliser le développement de la structure de grains. Un maillage fixe (‘maillage CA') est superposé au maillage adaptatif FE (‘maillage FE'). Les champs macroscopiques propres au maillage FE sont ainsi interpolés entre le maillage adaptatif FE et le maillage fixe CA. Une nouvelle stratégie d'allocation / désallocation de la grille de cellules CA est ensuite utilisée basée sur l'allocation / désallocation des éléments du maillage CA. La grille CA est constituée d'un ensemble régulier de cellules cubiques superposées au domaine soudée. A l'échelle micro-, la grille est utilisée afin de simuler les étapes de fusion et solidification, à la frontière entre le domaine pâteux et le bain liquide, durant le processus de soudage. Les évolutions de températures des cellules sont définies par interpolation du maillage CA. Un couplage du modèle avec les chemins de solidification et les évolutions enthalpiques tabulés est aussi implémenté, permettant de suivre la thermique et les évolutions de fractions de phase propre à l'évolution du procédé. Avec de réduire les temps de calcul et la quantité de mémoire informatique nécessaire à ces simulations, une optimisation des maillages FE/CA et des tailles de cellules CA est proposée pour les deux approches FE et CA. La modélisation 3D proposée est appliquée à la simulation de la formation des structures de solidification formées durant le soudage GTAW et GMAW multipasses de pièces d'acier inoxydables de nuances UR 2202. Dans le procédé GTAW, l'influence de l'évolution des structures de grains selon les paramètres procédés est étudiée. L'orientation normale des grains avec l'augmentation de la vitesse de soudage est montrée. Dans le procédé GMAW, la modélisation permet de simuler la refusion et la croissance des grains des couches successives. De manière générale, les structures de grains prédites montrent qualitativement les évolutions attendues présentées dans la littérature. / Grain structure formation during fusion welding processes has a significant impact on the mechanical strength of the joint. Defects such as hot cracking are also linked to the crystallographic texture formed during the solidification step. Direct simulation of three-dimensional (3D) grain structure at industrial scale for welding processes is rarely modeled. In this work, a 3D coupled Cellular Automaton (CA) – Finite Element (FE) model is proposed to predict the grain structure formation during multiple passes Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) and Gas Metal Arc Welding (GMAW). At the macroscopic scale, the FE model solves the mass, energy and momentum conservation equations for the whole system based on an adaptive mesh. For GMAW with metal addition, the FE model is enriched and established in a level set (LS) approach in order to model the evolution of the metal/air interface due to the weld bead development. The FE domain then contains the workpiece and the surrounding air where the weld bead forms. FE computations are coupled with the CA approach used to model the grain structure evolution. A fixed mesh, referred to as CA mesh, is superimposed to the adaptive FE mesh. FE fields are interpolated between the adaptive FE mesh and the fixed CA mesh. A new dynamic allocation/deallocation strategy of a CA grid of cells is then used based on the dynamic activation/deactivation of the elements of the CA mesh. The CA grid is made of a regular lattice of cubic cells superimposed onto the welded domain. At the micro scale, this grid is used in order to simulate the melting and solidification steps at the boundaries between the mushy domain and the liquid pool during the welding process. The temperature evolutions of the cells are computed by interpolation from the CA mesh. Coupling with tabulated transformation paths and phase enthalpy is also implemented, which permits to track the phase amount and latent heat release during the process. In order to master the resolution time and memory cost of the simulations, a management of the FE/CA mesh dimensions and CA cell size is considered for both FE and CA models. The 3D CAFE model is applied to simulate the formation of solidification structures during multiple passes GTAW and GMAW processes on a duplex stainless steel UR 2202. In GTAW, the evolution of the grain structures with respect to the welding process parameters is considered. The normal orientation of the grains with the increase of the heat source velocity is shown. In GMAW, the model is shown to compute the remelting and growth of successively deposited layers. Overall, the predicted structures qualitatively reveal the expected evolutions presented in the literature.

Submitted by PAULO ROBERTO SAKAI null (prsakai@yahoo.com.br) on 2016-01-15T12:06:37Z No. of bitstreams: 1 CARACTERIZAÇÃO DE JUNTAS SOLDADAS EM PAW E GTAW DE CHAPAS FINAS EM AÇO MARAGING 300 SUBMETIDAS A VÁRIOS REPAROS.pdf: 16627185 bytes, checksum: 4b08baddd60bec8be8acf6956cc8e2ee (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-01-15T12:54:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 sakai_pr_dr_guara_int.pdf: 16627185 bytes, checksum: 4b08baddd60bec8be8acf6956cc8e2ee (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-15T12:54:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 sakai_pr_dr_guara_int.pdf: 16627185 bytes, checksum: 4b08baddd60bec8be8acf6956cc8e2ee (MD5) Previous issue date: 2015-12-18 / Este trabalho tem como objetivo caracterizar mecanica e metalograficamente, juntas soldadas de chapas finas em aço Maraging 300, submetidas a até três reparos, usadas na fabricação de envelopes motores foguete a propelente sólido desenvolvidos no Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) em atendimento às necessidades de sua gama de lançadores. O envelope motor atua como elemento estrutural e também possui a função primária de suportar a pressão de trabalho durante a queima do propelente. Atualmente, o envelope motor é fabricado em aço 300M-ESR e o IAE tomou a decisão de substituí-lo pelo aço Maraging 300. Em função dos processos existentes no Instituto, neste trabalho utilizaram-se os processos de soldagem Plasma Arc Welding - PAW com a técnica keyhole e Gas Tungsten Arc Welding - GTAW, ambos em passe único, com metal de adição. Antes de serem submetidas aos ensaios, as juntas passaram por inspeção não destrutiva de acordo com os critérios da norma AWS D17.1. Os reparos foram feitos de forma manual e processo GTAW. Amostras da junta soldada e reparadas foram submetidas a ensaios de tração, dureza Vickers (HV) por microindentações, análises químicas, análises metalográficas e fractográficas. Corpos de prova dos cordões adjacentes aos reparos também foram avaliados. Os resultados mostram que após a solda e reparos e o tratamento térmico de solubilização e envelhecimento, a zona fundida e a região da linha de fusão da solda apresentam uma dureza abaixo das outras regiões afetadas termicamente. Para as condições da solda sem reparo e reparadas, o processo PAW apresentou um valor menor de dureza em todas estas regiões com relação ao processo GTAW. As análises da superfície dos corpos de prova soldados rompidos indicam o predomínio de um processo de ruptura iniciado próximo à linha de fusão da solda e que se propaga em direção ao interior do cordão. A natureza da fratura mostrou o domínio da formação de alvéolos (dimples). Os corpos de prova soldados GTAW apresentaram uma resistência mecânica mais alta do que os do processo PAW. Igualmente, os corpos de prova soldados PAW obtidos dos cordões das regiões adjacentes aos reparos tiveram valores de resistência inferiores. Embora os valores de resistência mecânica das juntas soldadas submetidas a até três reparos no mesmo ponto tenham apresentado grande variabilidade, não há indicativo de diminuição da resistência com relação a junta sem reparo. / This work aims at mechanic and metallographic characterization of Maraging 300 welded joints sheets, submitted to up to three repairs, used for the fabrication of solid propellant rocket motors at the Institute of Aeronautics and Space – IAE as to comply with its range of launchers. The rocket motor is a structural part and also has the primary function of supporting the nominal pressure during the propellant burning. At present, the rocket motor is fabricated in 300M-ESR steel and IAE has decided to replace such a steel for the Maraging 300 one. Due to IAE’s existing processes, Plasma Arc Welding – PAW with the keyhole technique and the Gas Tungsten Arc Welding – GTAW have been used, both single-pass welding with filler. Before they have been submitted to the tests, the joints went through non-destructive inspection according to AWS D17.1 Standard. Manual repairs and GTAW process have been made. Samples of the welded and repaired joints were submitted to tensile testing, Vickers hardness, chemical analysis, fractrographic and metallographic analysis. Body tests of the beads adjacent to the repairs have also been assessed. Results show that after welding, repairs and solubilization and aging heating treatment, the melted zone as well as the weld joins lines zone present hardness below other heat affected zones. As for the conditions of the non-repaired and repaired welds, the PAW process has demonstrated lower hardness values in all zones in what regards the GTAW process. The welded and fractured body tests surfaces analysis indicate the predominance of a fracture process started next to the weld joins lines which goes towards the bead interior. The nature of the fracture has shown the predominance of dimples. The GTAW welded body tests presented higher mechanical strength than that of the PAW process. Similarly, the PAW welded body tests obtained from the beads of the zones adjacent to repairs presented lower strength values. Although the mechanical strength values of the welded joints submitted to up to three repairs in the same point have shown great variability, there is no indication of strength decrease regarding the non-repaired joint.

Este trabalho tem por objetivo comparar o estado da distribuição das tensões residuais nas juntas soldadas dos tubos de aço API 5L X65 pelo processo de fricção no estado sólido, realizada na máquina MASF 1500, com a junta soldada pelo processo convencional por arco elétrico GTAW (gas tungsten arc welding). Também foram realizados ensaios de macrografia e micrografia conjuntamente com a análise das microestruturas, e três perfis de microdureza para cada junta de ambos os processos de soldagem, verificando o comportamento de microdureza em diferentes regiões da solda. Adicionalmente, foi realizado o ensaio de composição química para a liga de aço API 5L X65. Os resultados mostraram que cada processo induz a diferentes estados de distribuição das tensões residuais. A soldagem por fricção resultou em uma microestrutura mais grosseira, aumento da microdureza e menores estados de distribuição das tensões residuais na linha central da solda. Já a soldagem por fusão resultou em maior heterogeneidade da microdureza na linha central da solda, um maior estado de distribuição das tensões residuais e formação de porosidade na seção transversal da junta soldada. / The objective of this work is to compare the state of the residual stress distribution in welded joints in API 5L X65 steel tubes by the solid-state friction process performed on the MASF 1500, with the joint welded by the conventional gas tungsten arc welding (GTAW). Macrography and micrography tests were also carried out in conjunction with microstructure analysis and three microhardness profiles for each joint of both welding processes. In addition, the chemical composition test for API 5L X65 steel alloy was performed. The results showed that each process induces different states of residual stress distribution. Friction welding resulted in a coarser microstructure, increased microhardness and lower states of residual stress distribution in the weld center line. However, fusion welding resulted in greater heterogeneity of the microhardness in the weld centerline, a higher state of residual stress distribution and porosity formation in the welded joint cross section.

Human welders have long been able to monitor a weld pool and adjust welding parameters accordingly. Automated welding robots can provide consistent movement during the welding process, but lack the ability to monitor the weld pool. A vision system attached to the welding robot could provide a way to monitor the weld pool substantially faster than a human being. Previous vision systems to monitor weld pool surfaces have been developed, but their uses are limited since the system is fixed in place. The compact vision system developed in this research attaches directly to the welding torch, which provides no limitations in weld pool monitoring. This system takes advantage of the specular surface of a molten weld pool by reflecting a pattern of laser beams from the weld pool surface. The deformation of the laser beam after it reflects from the weld pool surface can provide clues to the weld pool shape, and thus the penetration of the weld. Image processing techniques and geometric optics are used to reconstruct a weld pool surface shape based on the image captured of the deformed laser pattern.

Submitted by ARTHUR MORAES E VIDEIRA null (arthur_moraesevideira@hotmail.com) on 2016-03-16T18:35:45Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Arthur correção final da defesa e da biblioteca.pdf: 11305264 bytes, checksum: 7992d45387d9cef930c107c374ce2902 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-03-21T17:56:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 videira_am_me_ilha.pdf: 11305264 bytes, checksum: 7992d45387d9cef930c107c374ce2902 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-21T17:56:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 videira_am_me_ilha.pdf: 11305264 bytes, checksum: 7992d45387d9cef930c107c374ce2902 (MD5) Previous issue date: 2016-02-19 / O emprego de aços inoxidáveis duplex na indústria atual vem aumentando devido as suas características que combinam boas propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Esses aços são constituídos por uma estrutura bifásica com frações volumétricas de 50% ferrita e 50% austenita. Portanto, o desenvolvimento de técnicas para melhorar a soldagem dos aços duplex se faz necessário, de modo a garantir que o balanço de fases e as propriedades do material não sejam severamente prejudicados neste processo. Este trabalho tem o objetivo de caracterizar juntas soldadas com o processo GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) no aço inoxidável duplex UNS S32205. Foram realizadas soldagens na condição autógena com aporte térmico variando entre 261,00 J/mm e 652,50 J/mm. Seguiu-se com a análise do metal base e dos cordões de solda mediante ensaios de dureza Vickers, EDS (Espectroscopia por Dispersão de Energia), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia óptica (MO). Os resultados apresentaram a região do metal de solda com fração volumétrica de austenita variando entre de 21,71% e 33,89%. Essa variação se deve às menores taxas de resfriamento dos aportes térmicos com valores maiores, que permitem uma maior formação de austenita. Quanto a geometria do cordão, foi observado que valores maiores de aporte térmico, provocaram cordões mais largos e profundos, variando entre 3,9 e 5,9 mm de largura e 0,65 a 1,29 mm de profundidade. Na zona termicamente afetada mais próxima do metal de solda, a dureza Vickers apresentou valores maiores que o metal base, devido a presença de maior percentual de ferrita nessa região. Não se identificou a presença de fases frágeis no material. / The use of duplex stainless steels in industry is increasing due to their characteristics that combine good mechanical and corrosion resistance properties. These steels are comprised of a biphasic structure volume fraction of 50% ferrite and 50% austenite. Therefore, the development of techniques to improve the welding of duplex steels it is necessary, in order to ensure that the phase balance and the material properties are not severely harmed in the process. This work aims to characterize welded joints with the GTAW process in UNS S32205 duplex stainless steel. Autogenous welds were performed with heat input ranging from 261.00 J/mm and 652.50 J/mm. The next step was the analysis of base metal and weld beads by Vickers hardness testing, EDS, electronic and optical microscopy. The results showed the weld metal region with volume fraction of austenite ranging between 21.71% and 33.89%. This variation is due to the lower cooling rates of high heat input values, wich allow a greater formation of austenite. About the geometry, it was observed that higher values of heat input, led to wider and deeper welded joints, ranging between 3.9 and 5.9mm width and 0.65 and 1.29mm depth. In the nearest heat affected zone of the weld metal, Vickers hardness showed higher values than the base metal due to the presence of higher percentage of ferrite. Was not identified brittle phases in the material.

Submitted by Sandro Luz da Silva null (sandroluz@feg.unesp.br) on 2016-12-20T13:07:07Z No. of bitstreams: 1 Dissertação.pdf: 5270772 bytes, checksum: e351f29c808004129eb7d80a9b840a76 (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-12-22T10:43:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 silva_sl_me_guara.pdf: 5270772 bytes, checksum: e351f29c808004129eb7d80a9b840a76 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-22T10:43:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 silva_sl_me_guara.pdf: 5270772 bytes, checksum: e351f29c808004129eb7d80a9b840a76 (MD5) Previous issue date: 2016-12-02 / Atualmente os processos de soldagem de juntas dissimilares são muito utilizados na indústria petrolífera e nuclear, caracterizada pela união entre diferentes materiais. No presente trabalho, será estudada a possibilidade da união entre o aço inoxidável AISI 304 e aço carbono SAE 1020. Os quais são largamente utilizados em linhas de vapor em plantas de energia, em reatores nucleares, plantas petroquímicas, devido suas diferentes propriedades mecânicas e resistência à corrosão. Este trabalho tem por objetivo principal, estudar profundamente, as propriedades mecânicas, físicas e químicas, com o auxílio de testes e equipamentos específicos: ensaios de Microdureza Vickers, ensaio de tração, de interpretação das macrografias e micrografias utilizando microscopia ótica e também análise da difração de raios x das juntas soldadas. Foram executadas pesquisas bem fundamentadas, para verificar e discutir os resultados obtidos, justificando a substituição das varetas de aço inoxidável AWS ER 309L, por varetas de aço carbono AWS ER 70S3 como metal de adição, utilizando processo de soldagem manual GTAW (Gas-Shielded Tungsten Arc Welding), objetivando a redução de custo no processo de soldagem e viabilizando um bom investimento para pesquisas futuras. / Nowadays the welding processes of dissimilar joints are widely used in the oil and nuclear industry, characterized by the union of different materials. In the present work, will be studied the possibility of union between stainless steel AISI 304 and carbon steel SAE 1020. Which are widely used in steam lines in power plants, nuclear reactors, petrochemical plants, due to their different mechanical and corrosion resistance properties. The main objective of this work is to study deeply the mechanical, physical and chemical properties, evaluated by specific tests and equipments: Vickers hardness tests, tensile tests, interpretation of macrographs and micrographs utilizing the optical microscope and also analysis of x-ray diffraction applied to the welded joints. Well-founded research have performed to verify and discuss the results. Justifying the replacement of stainless steel rods AWS ER309L, carbon steel rods AWS ER70S3 as filler metal, using manual welding process GTAW (Gas-Shielded Tungsten Arc Welding), aiming the cost reduction in welding and process, making a possible good investment for future research.

Orientador: Vicente Afonso Ventrella / Resumo: O emprego de aços inoxidáveis duplex na indústria atual vem aumentando devido as suas características que combinam boas propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Esses aços são constituídos por uma estrutura bifásica com frações volumétricas de 50% ferrita e 50% austenita. Portanto, o desenvolvimento de técnicas para melhorar a soldagem dos aços duplex se faz necessário, de modo a garantir que o balanço de fases e as propriedades do material não sejam severamente prejudicados neste processo. Este trabalho tem o objetivo de caracterizar juntas soldadas com o processo GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) no aço inoxidável duplex UNS S32205. Foram realizadas soldagens na condição autógena com aporte térmico variando entre 261,00 J/mm e 652,50 J/mm. Seguiu-se com a análise do metal base e dos cordões de solda mediante ensaios de dureza Vickers, EDS (Espectroscopia por Dispersão de Energia), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia óptica (MO). Os resultados apresentaram a região do metal de solda com fração volumétrica de austenita variando entre de 21,71% e 33,89%. Essa variação se deve às menores taxas de resfriamento dos aportes térmicos com valores maiores, que permitem uma maior formação de austenita. Quanto a geometria do cordão, foi observado que valores maiores de aporte térmico, provocaram cordões mais largos e profundos, variando entre 3,9 e 5,9 mm de largura e 0,65 a 1,29 mm de profundidade. Na zona termicamente afetada mais próxima do metal de sold... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The use of duplex stainless steels in industry is increasing due to their characteristics that combine good mechanical and corrosion resistance properties. These steels are comprised of a biphasic structure volume fraction of 50% ferrite and 50% austenite. Therefore, the development of techniques to improve the welding of duplex steels it is necessary, in order to ensure that the phase balance and the material properties are not severely harmed in the process. This work aims to characterize welded joints with the GTAW process in UNS S32205 duplex stainless steel. Autogenous welds were performed with heat input ranging from 261.00 J/mm and 652.50 J/mm. The next step was the analysis of base metal and weld beads by Vickers hardness testing, EDS, electronic and optical microscopy. The results showed the weld metal region with volume fraction of austenite ranging between 21.71% and 33.89%. This variation is due to the lower cooling rates of high heat input values, wich allow a greater formation of austenite. About the geometry, it was observed that higher values of heat input, led to wider and deeper welded joints, ranging between 3.9 and 5.9mm width and 0.65 and 1.29mm depth. In the nearest heat affected zone of the weld metal, Vickers hardness showed higher values than the base metal due to the presence of higher percentage of ferrite. Was not identified brittle phases in the material. / Mestre

Com a descoberta do prÃ-sal, a PetrobrÃs està cada vez mais investindo nas exploraÃÃes de petrÃleo em Ãguas profundas e ultra profundas, o que exige um grande dispÃndio em pesquisa e desenvolvimento (P&D) na Ãrea de produÃÃo. VÃrias estruturas submarinas sÃo soldadas e possuem juntas dissimilares, como por exemplo, em conexÃo de flowlines e risers rÃgidos com os flanges presentes em manifolds e Ãrvores de natal. Esses equipamentos sÃo geralmente protegidos com proteÃÃo catÃdica galvÃnica, a qual promove a liberaÃÃo de Ãons de hidrogÃnio na superfÃcie dos materiais. Esse hidrogÃnio adsorvido migra para regiÃo da junta susceptÃveis, facilitando a propagaÃÃo de defeitos, especialmente a trinca por hidrogÃnio. De uma forma geral este trabalho possui o objetivo de avaliar os efeitos do procedimento de soldagem TIG com alimentaÃÃo de arame frio aplicado no amanteigamento dos aÃos AISI 8630M e ASTM A182 F22, considerando o uso do TTPS em diferentes condiÃÃes de soldagens de juntas dissimilares, bem como avaliar as caracterÃsticas metalÃrgicas e propriedades mecÃnicas da interface dissimilar do amanteigamento. Os materiais de base utilizados foram o AISI 8630M e o ASTM A182F22, soldados com a liga de nÃquel AWS ER NiCrMo-3 utilizando o processo TIG com alimentaÃÃo de arame frio. Em uma primeira etapa foram realizados os testes de Higuchi Convencional e Modificado, onde foram levantados os parÃmetros para aplicaÃÃo da tÃcnica da Dupla Camada. Na segunda etapa foram fabricadas juntas dissimilares com diferentes tÃcnicas de amanteigamento, utilizando os parÃmetros aprovados e reprovados nos testes de Higuchi, como tambÃm o uso ou nÃo do tratamento tÃrmico pÃs-soldagem TTPS. Em seguida, foram retiradas amostras para anÃlises dos fenÃmenos ocorridos na interface dissimilar, assim como, suas caracterÃsticas metalÃrgicas e mecÃnicas. Foi possÃvel, por meio dos testes de Higuchi Convencional e Modificado, determinar para o aÃo AISI 8630M e ASTM A 182 F22 relaÃÃes de parÃmetros de amanteigamento que, sem necessidade do uso do TTPS, resulte em zonas termicamente afetada (ZTA) bem refinadas e com durezas prÃximas da indicada por normas. As ZTA dos aÃos AISI 8630M e ASTM A182 F22 foram compostas basicamente por martensita revenida e bainita, respectivamente, onde foi observado um intenso refino de grÃos nas juntas amanteigadas com as relaÃÃes aprovadas nos testes de Higuchi Convencional e Modificado, enquanto que uma granulaÃÃo grosseira foi observada nas juntas com condiÃÃes reprovadas nos mesmos. Os ensaios de fratura indicaram que, de forma geral, os maiores valores do fator de intensidades de tensÃes (K) foram obtidos quando as pontas do entalhe estÃo localizadas dentro da ZTA. / With the discovery of the pre-salt, Petrobras is increasingly investing in oil explorations in deep water and ultra deep, which requires a large expenditure on research and development in the area of production. Several underwater structures are welded and have dissimilar joints, e.g. in connection of flow lines and risers with rigid flanges present in manifolds and Christmas trees. This equipment are generally protected with galvanic cathode protection, which promotes the release of hydrogen ions on the surface of materials. This adsorbed hydrogen migrates to the joint which region, facilitating the spread of defects, especially the fissure by hydrogen. In general this work has the objective to evaluate the effects of procedure GTAW welding with wire feed cold applied in buttering of AISI 8630M and ASTM A182 F22, considering the use of Post-Weld Heat Treatment (PWHT) in different conditions for welding dissimilar joints, as well as evaluate the metallurgical characteristics and mechanical properties of dissimilar interface of buttering. The materials used were the AISI 8630M and ASTM A182F22, welded with the nickel alloy AWS ERNiCrMo-3 using the GTAW process with cold wire feed. In a first stage were carried Conventional and Modified Higuchi Test, where were raised the parameters for application of the technique of double layer. In the second stage were manufactured dissimilar joints with different buttering techniques, using the parameters approved and disapproved Higuchi tests, as well as the use of PWHT. Then, samples were taken for analysis of the phenomena occurring in dissimilar interface, as well as, metallurgical and mechanical characteristics. It was possible, through the of Conventional and Modified Higuchi Test, determine for Steel AISI 8630M and ASTM A 182 F22 buttering parameters relationships that, without the use of PWHT, resulting in heat affected zone (HAZ) well refined and hardness close indicated by standards. The HAZ AISI 8630M steel and ASTM A182 F22 were composed basically by tempering martensite and bainite, respectively, where it was observed an intense grain refining in the buttery joints with relations adopted in Higuchi tests while a coarse granulation was observed in the joints with disapproved on the same conditions. Fracture tests indicated that, overall, the highest values of stress intensity factor (K) were obtained when the ends of the notch are located inside the HAZ.