Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2012. / Made available in DSpace on 2013-06-25T19:57:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 314679.pdf: 1022605 bytes, checksum: 7d6fcd038972c039edbcab7ee7b417ef (MD5) / Os aços doces apresentam elevada soldabilidade. Entretanto, quando se soldam de topo componentes desses materiais com grandes espessuras, ao utilizar uma junta em "V" são elevados o tempo e custo de soldagem e as tensões residuais. Além disso, pode ser necessário utilizar pré-aquecimento, a fim de evitar a falta de fusão dos bordos e reduzir os gradientes térmicos que poderiam produzir tensões e, com isso, trincas na solda. Uma alternativa nesses casos é o uso da técnica de soldagem em chanfro estreito, que produz ganho em produtividade e qualidade associado ao menor volume de material depositado. Nesse contexto, o presente trabalho visou o desenvolvimento de uma tocha adequada para a soldagem de chapas grossas (acima de 50 mm) pelo processo MIG/MAG com preparação da junta em U com pequena abertura (10 mm), assim como a especificação de um procedimento de soldagem que nessas condições dispense o pré-aquecimento. A tocha de soldagem foi reprojetada para conseguir vencer as dificuldades encontradas para obter uma proteção gasosa eficaz. Para testar a tocha e desenvolver o procedimento de soldagem foram realizados ensaios em chanfro em U com vários modos de transferência metálica, a saber: curto-circuito, spray pulsado e spray pulsado com dupla pulsação (pulsado térmico). O exame visual e a análise macrográfica de seções transversais das soldas mostraram que a tocha desenvolvida atendeu as solicitações impostas e que somente com a transferência duplamente pulsada é possível evitar a porosidade e falta de fusão dos bordos. Mediante ensaios de tração e Charpy foi verificado que ao realizar a soldagem em chanfro estreito as soldas tinham resistência mecânica e resistência ao impacto satisfatórias, mesmo quando executadas sem pré-aquecimento.<br> / Abstract : Mild steels are known to have high weldability. However, when thick components from these materials are butt welded with a V groove joint preparation the lead time, welding costs and residual stresses are increased. Furthermore, it may be necessary to use preheating in order to avoid lack of fusion of the edges and reduce thermal gradients that could produce residual stresses and, thus, cracks in the weld. An alternative for the above case can be the use of narrow gap welding, to improve the quality and productivity by depositing a lower volume of material. According to this context, the present work aimed at developing a suitable torch for welding thick plate (above 50 mm) by GMAW process using an U groove joint with a small gap (10 mm), as well as specifying a welding procedure that dispense preheating. The welding torch was redesigned in order to overcome the difficulties for an effective shielding gas protection. To test the torch and develop an welding procedure there were performed welded samples with U groove joint using various metal transfer modes like shot circuit, pulse spray, and double pulsing (thermal pulsing). Through visual examination and macrographical analysis of cross sections of welds it was possible to verify that the developed torch achieved the stringent demands imposed and that only with double pulsing, defects like porosity and lack of fusion can be prevented. Tensile and Charpy test of specimens transverse to the welds showed that mechanical strength and impact resistance obtained with narrow gap welding are satisfactory, even when performed without preheating.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2013-07-15T22:49:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 214282.pdf: 4653656 bytes, checksum: 29c37fb08047f188a26d1c5ca98e6f1a (MD5) / O presente trabalho consiste no estudo e desenvolvimento do Processo de Soldagem MIG/MAG em Transferência Metálica por Curto-circuito com Controle de Corrente (CCC), dedicado à execução do passe de raiz da solda de dutos, na construção offshore de linhas dutoviárias petrolíferas.

O principal objetivo deste trabalho foi o estabelecimento de “envelopes operacionais” para a soldagem pelo processo MAG robotizado, ou seja, foram detalhadamente investigados intervalos admissíveis, nos quais os parâmetros operacionais podem ser alterados sem que sejam produzidos defeitos no cordão de solda devidos ao procedimento, para as condições experimentais escolhidas. Desta forma, a soldagem MAG robotizada foi realizada sobre juntas de filete na posição plana, usando fonte de potência inversora com curva característica tensão constante, em corrente contínua eletrodo positivo (CCEP). O metal base foi um aço estrutural de alta resistência mecânica e o eletrodo classificado como AWS ER70S-6. Foram empregadas diversas combinações de parâmetros de soldagem (tensão, intensidade da corrente, velocidade de soldagem) e gases de proteção, i. e., dióxido de carbono (CO2) puro e argônio(Ar) com distintas proporções de oxigênio (O2) e/ou CO2. Os resultados indicaram que misturas dos gases argônio com relativamente pequenas proporções de O2 e CO2 possibilitam, para as mesmas condições, soldagens com menores energias. Entretanto, não foi detectado significativa variação da taxa de deposição. Com relação à geometria do cordão de solda (altura, largura e penetração), verificou-se que o tipo do gás de proteção altera a mesma e modifica a diluição. Além disto, misturas contendo CO2 e O2 produziram maior penetração. Para todas as condições avaliadas, as medições mostraram deformação nas direções longitudinal e transversal. Foi identificado que ocorre maior distorção angular no sentido perpendicular ao eixo da solda e que este fato é principalmente afetado pela restrição da junta, energia de soldagem e área da seção transversal do cordão de solda. Os resultados mostram que os modelos desenvolvidos são capazes de predizer parâmetros de soldagens para uma dada geometria do cordão, diluição e distorção com razoável precisão. / The main aim of this work, was to establish “operational envelops” to welding through robotized GMAW, i. e., there were thoroughly investigated allowable ranges in which the operating parameters can be changed without being produced defects in the weld bead due to procedure, for the chosen experimental conditions. Therefore, welds were made by robotized GMAW on fillet joints in the flat position, using an inverter power source with constant voltage characteristic curve, direct current electrode positive (DCEP). The base metal was a high strength structural steel plate, and the electrode classified as AWS ER70S-6. There were used many combinations of welding parameters (voltage, current intensity, welding speed) and shielding gases, i. e., pure carbon dioxide (CO2) and argon with different proportions of oxygen (O2) and / or CO2. The results have shown that gas mixtures of argon with relatively low percentages of O2 and CO2 allow, for the same effect, weldings with lower heat inputs. However, it was not noticed significant deposition rate variation. Related to weld bead geometry (height, width and penetration), it was found that the shielding gas type alters it and modifies dilution. Besides, mixtures containing CO2 and O2 produced greater penetration. For all conditions evaluated, the measurements have shown distortion in the longitudinal and transverse directions. It was noticed that more angular distortion occurs at the perpendicular direction to the weld axis, and that this fact is mainly affected by joint restriction, heat input and weld bead cross-sectional area. The results have shown that the developed models are able to predict welding parameters for a given weld bead geometry, dilution and distortion with a reasonable accuracy.

O desenvolvimento contínuo nos processos de soldagem que ocorre basicamente em função da necessidade crescente da demanda da indústria e das necessidades de redução de custo provenientes dos processos manuais convencionais, gera a demanda para estudos para aplicação do processo de soldagem por fricção. O processo de soldagem por fricção, ainda pouco desenvolvido no Brasil, tem uma amplitude de aplicação cada vez maior quando são considerados os benefícios trazidos pelas reduções de custo potenciais, a confiabilidade no processo e o impacto ambiental. Com esta abordagem foi desenvolvido este trabalho que tem como objetivo apresentar a vantagem técnica e econômica na substituição da soldagem MAG pela soldagem por fricção em tubos utilizados em cilindros hidráulicos. A comprovação técnica será demonstrada através de ensaios metalúrgicos e mecânicos assim como pela análise de comparativa de custos. Para este fim, foram montados vários cilindros hidráulicos de uma mesma aplicação em duas versões de processo de soldagem, MAG e fricção. Como o cilindro hidráulico analisado tem duas regiões de soldagem, fundo e flange, cada versão foi analisada para estas duas regiões Figura 1-1. Na primeira versão manteve-se a soldagem MAG do tubo com o fundo, e do tubo com o flange, e na segunda versão a soldagem MAG foi substituída pela soldagem por fricção. Os testes comparativos para as duas versões levaram em consideração o processo de soldagem e regiões afetadas pelo calor, sendo que para a avaliação destas regiões foram submetidas amostras aos ensaios de metalografia, dureza, dobramento, tração e teste hidrostático A análise comparativa de custo foi realizada pelo método de custeio ABC que considera todas as etapas de processo. Os resultados comparativos finais que resultaram em uma redução de custo de 12% para a solda por fricção, têm por finalidade prover informações para estudos de novas técnicas ou novas aplicações. / The continuous development of welding process due to the industry growing demand, plus the cost reduction needed coming from conventional manual processes, generates demands for friction welding´s studies application. The friction welding process still underdeveloped in Brazil has an increasing application when considering the cost reduction potential, process reliability and environmental impact. With this approach the objective of this job is to present the economic and technical advantage to replace the MAG welding process by the friction welding process in pipes used for hydraulic cylinders. The advantages will be showed through metallurgical, mechanical and product tests application. To this end, an amount of hydraulic cylinders for the same application were assembled in two welding process versions. The welding for those versions were made between the end cap and the tube. In the first version the MAG welding´s process were applied and in the second version the MAG welding process was replaced by the friction welding process. The comparative tests were conducted for both versions divided into two groups. The first group relates to the welding evaluation, where the samples were subjected to metallographic, hardness, bending and strength tests. The second group refers to the evaluation of the product, i.e., the hydraulic cylinder where they were subjected to endurance and bursting tests. The final comparative data which resulted in a cost reduction of 12% for friction welding, have the purpose of providing information for new techniques and new applications studies.

Nesse trabalho, foram pesquisados os efeitos do nível de porosidade do cordão de solda e o ângulo da aplicação da carga, sobre as propriedades mecânicas da junta soldada. As soldas foram realizadas utilizando o processo a arco com proteção por gás e eletrodo consumível, continuamente alimentado -por simplicidade doravante denominado MIG ("Metal Inert Gas") e juntas tipo "V" simples em chapas de alumínio tipo 5083-0 com 8 mm de espessura, usando como metal de adição um arame de 1,2 mm de diâmetro tipo 5183, argônio como gás de proteção e energia de soldagem constante. As juntas apresentavam quatro ângulos distintos em relação à direção perpendicular à aplicação da carga, isto é: 0, 15, 30 e 45 graus. Para cada ângulo, quatro diferentes misturas gasosas (resultando quatro níveis de porosidade) foram utilizadas. A partir dos ensaios realizados, as seguintes conclusões podem ser obtidas para os diferentes níveis de porosidade e ângulos de carregamento empregados: (a) A resistência à tração e ductilidade foram significativamente afetadas pelos níveis de porosidade, enquanto o limite de escoamento não sofreu alteração sensível. (b) Não se obteve uma boa correlação entre os valores reais (medidos) de nível de porosidade e aqueles resultantes da análise radiográfica. (c) Quando o nível de porosidade no metal de solda aumenta, para um mesmo ângulo de aplicação da carga, a ductilidade e a resistência à tração diminuem. Em relação ao projeto de juntas soldadas, a conclusão mais importante obtida é a seguinte: para um mesmo nível de porosidade, a ductilidade e a resistência à tração aumentam com o ângulo do cordão em relação à aplicação da carga, isto é, estas propriedades mecânicas atingem seu valor máximo quando este ângulo é de 45° (no intervalo entre 0º e 45º). / Research has been performed to study both the effects of porosity and loading angle, on the tensile strength of aluminium joints. Metal Inert Gas (MIG) V-groove butt welds were made on 8mm thick aluminium alloy 5083-0, using a 1.2mm diameter 5183 fill e r metal, argon as shielding gas, and a constant heat input. Those joints were welded at four distinct angles, i. e., 0°, 15°, 30°, and 45º, between their axis, and the right direction to the tensile test applied load. Furthermore, a set of four weld metal porosity levels were produced for each angle. From the test results, and for the porosity levels and loading angles ranges analyzed in this work, the following main conclusions can be draft: (a) Weld metals ultimate tensile strength and ductility were markedly affected by porosity level, while yield strength was only slightly affected. ( b) There is not a good correlation between the actual (measured) weld metal porosity level, and that taken from radiography. (c) As weld metal porosity level increases, for the same loading angle, ductility and ultimate tensile strength decrease. Concerning weldment design, perhaps the most important conclusion is: for the same porosity level, weld metal ductilíty and ultimate tensile strength increase with the loading angle, i.e., those mechanical properties have a maximum when this angle is 45° (in the 0°-45° range).

Na Soldagem em Operação dois grandes riscos são motivo de análise e discussão, o risco de perfuração da parede do tubo durante a execução da soldagem e o risco de ocorrência de trinca induzida por hidrogênio (TIH). Dos três fatores necessários para a ocorrência de TIH, hidrogênio difusível, microestrutura frágil e tensões trativas, a parcela de contribuição da microestrutura é agravada pelas elevadas taxas de resfriamento existentes na soldagem em operação. Uma maneira de diminuir o risco de TIH é através da utilização de um processo de soldagem que introduza baixíssimos níveis de hidrogênio difusível na junta soldada aliada às menores taxas de resfriamento possíveis de serem atingidas. O MIG/MAG com Curto- Circuito Controlado surge como alternativa ao Eletrodo Revestido, processo tradicionalmente utilizado, sendo capaz de oferecer menor nível de hidrogênio difusível e maior produtividade. Porém, é necessário comprovar a sua capacidade de produzir juntas soldadas sem ocorrência de falta de fusão, forte característica do processo MIG/MAG Convencional. Soldagens realizadas através do processo MIG/MAG com Curto-Circuito Controlado sob severas condições de remoção de calor, em diferentes níveis de energia de soldagem e também em diferentes posições de soldagem mostraram que, dentro do pacote operacional utilizado, a falta de fusão continua ocorrendo. O MIG/MAG Pulsado também foi avaliado e melhores resultados foram obtidos, sem ocorrência de falta de fusão e com elevadas penetrações. / In-Service Welding two main risks are reasons for analysis and discussion, the risk of burnthrough during the welding course and the risk of occurrence of hydrogen induced cracking (HIC). Of the three factors for the occurrence of HIC, diffusible hydrogen, brittle microstructure and traction tensions, the share of contribution of microstructure is exacerbated by high cooling rates presents In-Service Welding. One way to reduce the risk of HIC is by using a welding process that introduce low levels of diffusible hydrogen in the welded joint associated to the lower cooling rates that can be achieved. The GMAW with Controlled Short Circuit appears as an alternative to SMAW, process traditionally used, being able to offer lower diffusible hydrogen and higher productivity. However, it is necessary to demonstrate its ability to produce welded joints with no occurrence of lack of fusion, the strong characteristic of Conventional GMAW. Welds made through the GMAW with Controlled Short Circuit under severe conditions of heat removal, at different levels of heat input and different welding positions showed that, within the operational package used, the lack of fusion still happening. The Pulsed GMAW was also evaluated and best results were obtained, without occurrence of lack of fusion and high penetration.

This study was undertaken with the objective of determining the effect of gap distance on the weld bead geometry and the mechanical properties of the weldments. Low-alloyed and low carbon steel plates were welded under different conditions where each weldment had different gap distance and weld bead grooves. The influences of welding parameters namely, welding speed, current and voltage on the weld bead were examined in terms of weld bead penetration and heat affected zone and weld metal zone hardness variations.

O desenvolvimento contínuo nos processos de soldagem que ocorre basicamente em função da necessidade crescente da demanda da indústria e das necessidades de redução de custo provenientes dos processos manuais convencionais, gera a demanda para estudos para aplicação do processo de soldagem por fricção. O processo de soldagem por fricção, ainda pouco desenvolvido no Brasil, tem uma amplitude de aplicação cada vez maior quando são considerados os benefícios trazidos pelas reduções de custo potenciais, a confiabilidade no processo e o impacto ambiental. Com esta abordagem foi desenvolvido este trabalho que tem como objetivo apresentar a vantagem técnica e econômica na substituição da soldagem MAG pela soldagem por fricção em tubos utilizados em cilindros hidráulicos. A comprovação técnica será demonstrada através de ensaios metalúrgicos e mecânicos assim como pela análise de comparativa de custos. Para este fim, foram montados vários cilindros hidráulicos de uma mesma aplicação em duas versões de processo de soldagem, MAG e fricção. Como o cilindro hidráulico analisado tem duas regiões de soldagem, fundo e flange, cada versão foi analisada para estas duas regiões Figura 1-1. Na primeira versão manteve-se a soldagem MAG do tubo com o fundo, e do tubo com o flange, e na segunda versão a soldagem MAG foi substituída pela soldagem por fricção. Os testes comparativos para as duas versões levaram em consideração o processo de soldagem e regiões afetadas pelo calor, sendo que para a avaliação destas regiões foram submetidas amostras aos ensaios de metalografia, dureza, dobramento, tração e teste hidrostático A análise comparativa de custo foi realizada pelo método de custeio ABC que considera todas as etapas de processo. Os resultados comparativos finais que resultaram em uma redução de custo de 12% para a solda por fricção, têm por finalidade prover informações para estudos de novas técnicas ou novas aplicações. / The continuous development of welding process due to the industry growing demand, plus the cost reduction needed coming from conventional manual processes, generates demands for friction welding´s studies application. The friction welding process still underdeveloped in Brazil has an increasing application when considering the cost reduction potential, process reliability and environmental impact. With this approach the objective of this job is to present the economic and technical advantage to replace the MAG welding process by the friction welding process in pipes used for hydraulic cylinders. The advantages will be showed through metallurgical, mechanical and product tests application. To this end, an amount of hydraulic cylinders for the same application were assembled in two welding process versions. The welding for those versions were made between the end cap and the tube. In the first version the MAG welding´s process were applied and in the second version the MAG welding process was replaced by the friction welding process. The comparative tests were conducted for both versions divided into two groups. The first group relates to the welding evaluation, where the samples were subjected to metallographic, hardness, bending and strength tests. The second group refers to the evaluation of the product, i.e., the hydraulic cylinder where they were subjected to endurance and bursting tests. The final comparative data which resulted in a cost reduction of 12% for friction welding, have the purpose of providing information for new techniques and new applications studies.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-23T04:38:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 249166.pdf: 3707719 bytes, checksum: e04b2f2708c612a935d204b0ecb4e916 (MD5) / Neste trabalho desenvolveu-se uma plataforma de controle e monitoramento de processos de soldagem a arco, proporcionando às diferentes linhas de pesquisa do LABSOLDA, uma ferramenta versátil e eficiente para o estudo didático e científico da tecnologia da soldagem. Criouse o Sistema Avançado de Controle (SAC) a partir de unidades microprocesadas (CPU#s) que comandam, por meio de sinais analógicos e digitais, uma fonte de soldagem também desenvolvida no LABSOLDA, e especialmente adaptada para dar suporte ao desenvolvimento da plataforma em questão. O trabalho divide-se em duas partes, a estruturação e desenvolvimento propriamente dito do SAC, e um estudo sobre inovações no controle do processo de soldagem MIG/MAG pulsado. A parte de estruturação do sistema conta com todo o desenvolvimento da interface com o operador e das lógicas de controle necessárias para o perfeito funcionamento dos diferentes processos de soldagem que a plataforma está apta à gerenciar. As inovações propostas para o controle do processo MIG/MAG pulsado, assunto da segunda parte do trabalho, tem seu foco direcionado no sentido de atestar sobre as funcionalidades do Sistema Avançado de Controle, tais como o dinamismo na pesquisa e a velocidade na implementação de novas estruturas de controle. Esta segunda parte também contém alguns dos resultados obtidos no estudo do processo MIG/MAG, como novas técnicas de abertura de arco e diferentes métodos de controle do comprimento do mesmo durante o cordão. O SAC, com a conclusão deste trabalho, já se apresenta como uma ferramenta útil, didática e de pronta utilização, tanto por parte da equipe do LABSOLDA, quanto por outras instituições de ensino e pesquisa de tecnologia da soldagem, podendo, devido à estruturação utilizada, se manter em contínuo desenvolvimento, se adaptando à diferentes necessidades e as inovações tecnológicas de mercado. A control and monitoring platform of welding arc processes was developed in this work. It provided the LABSOLDA#s different lines of research, a versatile and efficient tool for the didactic and scientific study of the welding technology. The Advanced Control System (SAC) was created with microprocessors (CPU' s) that drives, through analogical and digital signals, a welding power source also developed at LABSOLDA. It was especially adapted to give support to the platform development. The work was splited in two parts: the SAC structuring and development, and a study of innovations in the control of MIG/MAG pulsed welding process. In the first part a user interface and the control logics for the perfect different welding processes functioning were developed. The innovations proposed for the MIG/MAG pulsed process control, developed in second part, was addressed to certify for the Advanced Control System functionalities, such as the research dynamism and the implementation speed of the new control structures. This second part also contains some of the results obtained about the MIG/MAG process study, as new techniques of arc striking and different arc length control methods. At the end of this work the SAC was proved to be a useful, didactic and ready to use tool, by the LABSOLDA team, and others education and research welding technology institutions, being able, due structuring used, to keep in continuous development, being adjusted for the different necessities and the technological market innovations.

Pelo processo MIG/MAG foram efetuados depósitos de solda utilizando-se várias misturas de proteção, envolvendo argônio, oxigênio e dióxido de carbono, visando verificar a influência do gás sobre as propriedades mecânicas do metal de solda de baixo carbono. Posteriormente, mediante nova série de soldas, foi estudado o efeito destes gases nas taxas de deposição do processo e na geometria do cordão. Com o objetivo de obter-se dados confiáveis, construiu-se um dispositivo destinado à mecanização do processo de soldagem. Foi possível, desta forma, analisar-se unicamente o efeito do gás nos experimentos. Os resultados indicaram que misturas com menores quantidades de 02 e CO2 possibilitaram valores mais elevados de tenacidade, tanto a altas como a baixas temperaturas, provavelmente devido aos reduzidos teores de oxigênio no metal de solda e à presença de uma maior quantidade de ferrita acicular. No tocante à resistência à tração, escoamento e alongamento, não foram constatadas diferenças substânciais pela variação do gás de proteção. Igualmente nas taxas de deposição do processo, não tivemos alterações de significado. No estudo da geometria do cordão de solda, verificou-se que o gás de proteção provocou variações, destacando-se, porém, que misturas envolvendo dióxido de carbono e oxigênio (4 a 15%) podem garantir maior penetração. / Weld deposits were nade with MIG/MAG process using some shielding gas mixtures with different contents of argon, oxygen and carbon dioxide. They were used to investigate the gases influence on mechanical properties of low carbon steel weld metal. After that, weld beads were deposited to study the effect of theses mixtures on the weld shape and penetration patterns. In order to evaluate only the effect of shielding gas, the deposits were made using an automatic welding machine. The results indicated that mixtures with low quantities of 02 and CO2 produce weld metals with higher toughness at high and low temperatures. Probably it was due to the low contents of oxygen in weld metal and the great amount of acicular ferrite. There was practically no differences in ultimate tensile strenght, yield strenght and alongation by changing the shielding gas. Also, the tests indicate that deposition rates were similar. It was noted that the gas affected the shape of weld bead and penetration patterns. Mixtures with carbon dioxide and oxygen (4 to 15%) improved the penetration.