Orientador: Antonio Jorge Abdalla / Coorientador: Marcelo dos Santos Pereira / Banca: Tomaz Manabu Hashimoto / Banca: Marcelino Pereira do Nascimento / Banca: Miguel Justino Ribeiro Barbosa / Banca: Dilermando Nagle Travessa / Resumo: 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 ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: 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 ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientadores: Antonio Jose Ramirez Londono, Sérgio Tonini Button / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T08:59:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fonseca_EduardoBertonida_M.pdf: 6113689 bytes, checksum: 7822b778729271cdd221fc4ab3b1a0cc (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Simulação física da soldagem por atrito com pino não consumível (SAPNC) foi realizada com o objetivo de se determinar as condições termomecânicas impostas ao material durante o processo, as quais são essenciais para o melhor entendimento da soldagem e para o desenvolvimento da simulação numérica da SAPNC. Por isso, ensaios de torção a quente foram realizados no aço inoxidável duplex (AID) UNS S32205 utilizando um simulador termomecânico Gleeble 3800®. Foi desenvolvido um sistema de resfriamento com nitrogênio líquido para se reproduzir, nos ensaios de torção, a história térmica medida durante a SAPNC do AID. Assim, foram reproduzidas as microestruturas da zona termomecanicamente afetada (ZTMA), tanto do lado de avanço quanto do lado de retrocesso, e da zona misturada (ZM) central. As microestruturas foram comparadas em termos de morfologia, de fração volumétrica, de tamanho de grão médio e de fração recristalizada de cada fase, por meio de microscopia óptica e difração de elétrons retroespalhados (EBSD). Além disso, foram analisados os mecanismos de amaciamento de cada fase durante a deformação a quente. Simulações numéricas do ensaio de torção foram realizadas para determinar a deformação verdadeira e a taxa de deformação em cada região simulada. A ZTMA foi simulada fisicamente a 1030 °C, 500 a 750 rpm e 0,50 a 0,75 revolução, o que corresponde a deformações verdadeiras entre 0,50 e 0,65 e taxa de deformação de 11 s-1. Embora tenha sido observada boa semelhança morfológica, o tamanho de grão médio das regiões simuladas se mostrou inferior àquele da ZTMA real. Observou-se recristalização dinâmica contínua da ferrita e recristalização dinâmica parcial da austenita, resultando em estrutura majoritariamente deformada. Já a ZM foi simulada fisicamente a 1130 °C, 500 a 750 rpm e 1,2 revolução, o que corresponde à deformação verdadeira de 1,30 e taxa de deformação de 15 s-1. O refinamento de grão da ZM foi reproduzido pelos ensaios de torção, porém com pequenas diferenças morfológicas devido à falta de mistura mecânica na simulação física. Foi apontada a ocorrência de recuperação e recristalização dinâmicas na austenita e recristalização dinâmica contínua na ferrita / Abstract: Physical simulation of friction stir welding (FSW) was employed to determine the thermomechanical conditions imposed to the material during the process, which are essential for the better understanding of the process and for the development of FSW numerical simulation. Therefore, hot torsion tests were carried out on UNS S32205 duplex stainless steel (DSS) using the thermomechanical simulator Gleeble 3800®. A liquid nitrogen quench system was developed in order to reproduce during the torsion tests the thermal history previously measured during FSW of the DSS. As a result, the microstructures from the thermomechanically affected zone (TMAZ), both advancing and retreating sides, and from the center of the stir zone (SZ) were reproduced. Microstructures were compared in terms of morphology, volume fraction, average grain size, and recrystallized fraction of each phase, by means of optical microscopy and electron backscattered diffraction (EBSD). Moreover, the softening mechanisms of each phase during hot deformation were investigated. Numerical simulation of the torsion tests were carried out in order to determine the true strain and the strain rate associated with each simulated microstructure. The TMAZ was physically simulated at 1030 °C, 500 to 750 rpm, and 0.50 to 0.75 revolution, which corresponds to true strains between 0.50 and 0.65, and strain rate of 11 s-1. Although good morphological resemblance was observed, the average grain size of the simulated regions remained smaller than the real TMAZ. The softening mechanisms observed were continuous dynamic recrystallization of the ferrite and partial dynamic recrystallization of the austenite, which resulted in a highly deformed structure. The SZ was simulated at 1130 °C, 500 to 750 rpm, and 1.2 revolution, which corresponds to true strain of 1.30 and deformation rate of 15 s-1. The grain refinement reported in the SZ was reproduced by the torsion tests, but morphological differences were observed due to the absence of stirring in the physical simulation. Dynamic recovery and dynamic recrystallization of the austenite were observed, as well as the continuous dynamic recrystallization of the ferrite / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Amauri Garcia, Wislei Riuper Ramos Osório / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-21T02:28:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Garcia_LeonardoRicheli_D.pdf: 14084477 bytes, checksum: f9b96fac198700cfcafeecf1edca6f9b (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A preocupação ambiental sobre a toxicidade do Pb combinada com normas rígidas, estão gradualmente proibindo a aplicação de Pb em ligas de soldas. As ligas alternativas Sn-Ag e Sn-Bi podem estar entre as mais promissoras candidatas à substituição das ligas de solda sem chumbo em função de apresentarem propriedades compatíveis com as da liga Sn-Pb. A fim de adequar os produtos aos novos requisitos, produtores de componentes microeletrônicos necessitam desenvolver novas ligas de solda. Estudos sobre a influência da taxa de resfriamento sobre a microestrutura e as propriedades mecânicas resultantes e as características de recobrimento dessas ligas necessitam ser realizados. Esse trabalho tem exatamente esse objetivo, e no qual é realizado um estudo experimental comparativo das principais características da tradicional liga Sn-Pb e das ligas Sn-Ag e Sn-Bi visando a aplicação dessas ligas como ligas alternativas de solda. As seguintes atividades foram desenvolvidas para atingir tais propósitos: i) solidificação unidirecional das ligas Sn-Ag (hipoeutética Sn-2%Ag e eutética Sn-3,5%Ag) e Sn-Bi (Sn-10, 20 e 40%Bi); ii) ensaios de mergulho de lâminas de cobre nas ligas Sn-Ag e Sn-Bi fundidas e; iii) ensaios de tração de acordo com as especificações da norma ASTM E 8M/04. Foi utilizado um dispositivo de solidificação vertical ascendente para obter os lingotes das ligas e os correspondentes perfis térmicos. Variáveis térmicas de solidificação como: taxa de resfriamento, velocidade de solidificação e tempo local de solidificação foram determinadas para as ligas Sn-Ag e Sn-Bi. Essas variáveis experimentais foram correlacionadas com os espaçamentos dendríticos secundários (l2) e foram propostas equações experimentais de crescimento dendrítico. A espessura da camada solidificada, a área recoberta e as microestruturas resultantes das ligas no substrato de cobre foram avaliadas após o ensaio de mergulho em diferentes temperaturas. Verificou-se que, considerando-se as ligas Sn-Ag e Sn-Bi examinadas, a liga Sn- 40%Bi apresenta maior resistência mecânica e a liga Sn-3,5%Ag apresenta molhabilidade similar quando comparada com a tradicional liga de solda Sn-40%Pb / Abstract: The increasingly environmental concern over the toxicity of Pb combined with strict regulations, are gradually banning the application of Pb-based solders. Sn-Ag and Sn-Bi solder alloys are among the most promising candidates for Pb-free alternatives due to their compatible properties with the Sn-Pb solder alloy. In order to adequate products to such restriction requirements, electronic components manufacturers have to meet such requirements by developing new lead-free solder alloys. Studies focusing on the influence of the cooling rate on the resulting microstructures and on both the mechanical properties and recovery of these alloys need to be carried out. This work has precisely such objective, in which a comparative experimental study of the main features of the traditional Sn-Pb alloy and Sn-Ag and Sn-Bi alloys is carried out with a view to application of the latter alloys as alternative solder materials. The following activities were developed to attain such purpose: i) unidirectional solidification of Sn-Ag alloys (hypoeutectic Sn-2 wt.% Ag, eutectic Sn-3.5 wt.% Ag), and Sn-Bi alloys (Sn-10, 20 and 40 wt.% Bi); ii) copper blades dipped in both molten Sn-Ag and Sn-Bi alloys (hot dipping) and iii) tensile testing according to specifications of ASTM standard E 8M/04. An upward vertical solidification system has been used to obtain the alloys ingots and their correspondent thermal profiles. Solidification thermal variables such as: the cooling rate, tip growth rate and local solidification time have been determined for Sn-Ag and Sn-Bi alloys. Such experimental variables have been correlated with secondary dendrite arm spacings (l2) and experimental equations of dendritic growth have been proposed. The thickness of the coating layers, the spreading areas and the resulting microstructures of these alloys on the copper substrates were evaluated after the hot dipping procedures at different temperatures. It was found that, of the examined Sn-Ag and Sn-Bi alloys, the Sn-40 wt.% Bi alloy has offered the highest mechanical strength and the Sn- 3.5 wt.% Ag alloy has shown similar wettability when compared with the traditional Sn-40 wt.% Pb solder alloy / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Amauri Garcia, Wislei Riuper Ramos Osorio / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-12T22:54:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Garcia_LeonardoRicheli_M.pdf: 15499869 bytes, checksum: 1afa8bd79812971da1e6fac7f4fed383 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Sabe-se que existem tendências de leis e diretrizes que restringem o uso e aplicação de certas substâncias perigosas utilizadas em processos de fabricação de componentes em geral. Como exemplo, podem-se citar produtos contendo cádmio, mercúrio, cromo hexavalente, bifenilos polibromatos, éteres difenil-polibromato e chumbo. Devido a essas restrições, fabricantes de produtos eletrônicos têm que adequar seus produtos às novas diretrizes e desenvolver novas ligas de solda sem chumbo. Estudos preliminares indicam que ligas Sn-Zn, particularmente a eutética, consistem em alternativas promissoras para a substituição das ligas de solda contendo chumbo. Entretanto, é necessário avaliar influências das taxas de resfriamento do processo sobre a microestrutura formada e as propriedades mecânicas dessas ligas. O presente trabalho tem exatamente esse objetivo, e para cuja consecução foram planejadas as seguintes atividades: i) solidificação unidirecional de ligas Sn-Zn (Sn-4%Zn, Sn-9%Zn e Sn-12%Zn) e da liga eutética Sn-Pb (para comparação), ii) mergulho de lâminas de cobre em banho das ligas Sn-Zn e Sn- Pb por intermédio de imersão à quente e iii) por deposição em substrato de cobre. Para a fase inicial utilizou-se de um dispositivo de solidificação unidirecional vertical ascendente, para obtenção dos lingotes e registro dos respectivos perfis térmicos experimentais. Foram determinadas as variáveis térmicas de solidificação: coeficiente de transferência de calor metal/molde, velocidades de deslocamento da isoterma liquidus e taxa de resfriamento para as ligas do sistema Sn-Zn e para a liga Sn-Pb (Sn-40%Pb). Estas variáveis foram confrontadas com as previsões teóricas de um modelo numérico de solidificação e, em seguida, correlacionadas com os espaçamentos dendríticos secundários (?2) e equações experimentais de crescimento dendrítico foram determinadas. Foram realizados ensaios de mergulho utilizando-se lâminas (substrato) de cobre, a diferentes temperaturas de mergulho, em que foi possível avaliar a espessura da camada depositada sobre o substrato, a porcentagem da área recoberta pelas ligas e verificar as respectivas microestruturas. Foram também realizados ensaios de molhabilidade para avaliação do ângulo de contato entre cada liga e os respectivos substratos / Abstract: A number of laws and guidelines have been restricted the application of hazardous substances in manufacturing processes of components. This is the case of products containing cadmium, mercury, hexavalent chromium, polibromates biphenyls, polibromate-diphenyl ethers and lead. In order to adequate products to such restriction requirements, electronic components manufacturers have to meet such requirements by developing new lead-free solder alloys. Preliminary studies have indicated that Sn-Zn alloys, in particular the eutectic composition, are promising alternatives to the replacement of solder alloys containing lead. However, studies focusing on the influence of the cooling rate on the resulting microstructures and on the mechanical properties of these alloys need to be carried out. This work has precisely such objective, and the following activities have been planned to attain such purpose: i) unidirectional solidification of Sn-Zn alloys (Sn-4wt%Zn, Sn-9wt%Zn, Sn-12wt%Zn) and of the Sn-Pb eutectic (for comparison purposes), ii) copper blades dipped in molten Sn-Zn and Sn-Pb alloys (hot dipping) and iii) deposition on copper substrate. For the initial experimental step an upward vertical solidification system has been used to obtain the alloys ingots and their correspondent thermal profiles. Solidification thermal variables such as: metal/mold heat transfer coefficient, tip growth rates and cooling rates have been determined for Sn-Zn and the Sn-40wt%Pb alloys. Such experimental variables have been compared with predictions from a solidification numerical model and correlated to secondary dendrite arm spacings (?2) and experimental equations of dendritic growth have been proposed. The thickness of the coating layers, the spreading areas and the resulting microstructures of the alloys on the copper substrates (blades) were evaluated after the hot dipping procedures at different temperatures. Wetting tests have also been carried out in order to evaluate the contact angle between drop and substrate for each alloy / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: João Batista Fogagnolo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T06:53:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alcatrao_MaurodosSantos_M.pdf: 3580618 bytes, checksum: b8c15735174b64bdbb58cb26181043c5 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A grande expansão da malha de duto terrestre que vem ocorrendo nos últimos anos no Brasil, principalmente com a construção de linhas únicas para o escoamento de gás natural, representa um novo desafio às equipes de manutenção. A interrupção do fornecimento de gás, devido à parada para manutenção pode representar o colapso de muitas cidades. Situações programadas de paradas operacionais são muito comuns porem envolve recursos humanos e financeiros vultosos, nem sempre disponíveis. Os riscos envolvidos no preparo e condicionamento para a retirada de operação de um gasoduto ou oleoduto, alem dos mesmos cuidados ao retorno normal às atividades requer planejamento minucioso. Nas aplicações envolvendo processos de soldagem sobre o duto em operação, isto é , com fluxo interno na forma gás ou liquido, é necessário garantir a ausência de vazamento de produto, ou seja, onde se tenha o produto totalmente confinado no interior da linha, viabilizando a execução de soldagem e, portanto, não ocorrendo à possibilidade de ignição do produto nela contido. Em uma soldagem executada diretamente sobre uma tubulação com fluxo interno é necessário considerar-se dois tipos de riscos de origem antagônica: Perfuração e trincas a frio. O objetivo deste trabalho é discutir a aplicação do processo de soldagem MAG mecanizado com transferência metálica por curto-circuito com controle de corrente, alternativo ao comumente utilizado, eletrodo revestido, com intuito de obtenção de maior segurança nas aplicações para baixas espessuras na parede do duto, além de almejar maior produtividade e qualidade das soldagens / Abstract: The great expansion of the onshore pipeline grid that has been occurring in recent years in Brazil, especially with the construction of single lines for the flow of natural gas, represents a new challenge to the maintenance teams. The interruption of gas supply due to maintenance downtime can represent the collapse of many cities. Scheduled stops operating situations are very common however involve financial and human resources heavily, not always available. The risks involved in the preparation and conditioning for the withdrawal of operation of a pipeline or pipeline, besides the same care to return to normal activities require careful planning. In applications involving welding process on the pipe in operation, ie, internal flow with the gas or liquid form, it is necessary to ensure no leakage of product, ie, where the product has completely confined within the line, allowing performing welding and therefore not occurring the possibility of ignition of the product contained therein. In welding performed directly on a pipe with internal flow is necessary to consider two types of risks antagonistic source: Drilling and cracking cold. The objective of this study and discuss the application of mechanized MAG welding process with metal transfer short-circuit with current control, alternative to the commonly used electrode coated with the aim of achieving greater safety in applications for low thicknesses in the duct wall , and aim for higher productivity and quality of the welds / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Jose Ramirez Londono / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-21T15:16:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_TiagoFelipedeAbreu_D.pdf: 110699747 bytes, checksum: 6759b8c1d313c0a5ec2220e3fd107447 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Juntas consolidadas a topo com penetração completa, livres de defeitos, foram obtidas usando a técnica de soldagem por atrito com pino não consumível em chapas de 6 mm de espessura para os aços inoxidáveis duplex UNS S32101 e S32205 e os superduplex UNS S32750 e S32760. Testes de dobramento de raiz indicaram a penetração completa e a ausência de trincas bem como inspeção por líquido penetrante. A penetração completa foi atingida quando o aporte energético aumentou de 0,89 kJ/mm para 1,43 kJ/mm. Os testes de tração na junta soldada evidenciaram a falha no MB e o aumento da resistência mecânica da junta associada à uma boa ductilidade, exceto para o UNS S32760. Mapas de dureza mostraram o aumento da dureza em toda junta soldada em relação ao metal de base. Avaliação microestrutural mostrou um pronunciado refinamento do tamanho de grão médio de ambas as fases (ferrita e austenita) na junta soldada para os materiais estudados. A avaliação por microscopia de transmissão indicou a evolução de arranjos celulares formando contornos de grão na ferrita corroborando o mecanismo de recuperação e rescristalização dinâmica contínua. Análise por meio da técnica de EBSD mostrou elevada fração de contornos de grão do tipo 'sigma' na 'gama' indicando a recristalização dinâmica descontínua desta fase. Os AID S32205, S32750, S32760 mostraram sutis alterações na resistência à corrosão para meios com diferentes concentrações de cloretos (3,5% NaCl e 1 M NaCl). Porém, para concentrações mais altas o AISD S32760 exibiu importante decréscimo de resistência a corrosão. Este comportamento foi associado à maior fração de ferrita e a precipitação do nitreto de cromo na junta soldada. O AID S32101 mostrou diminuição da resistência à corrosão na condição como soldado / Abstract: Fully consolidated and full penetration butt joints were produced using friction stir welding (FSW) on 6 mm thick plates of UNS S32101 lean duplex stainless steel (LDSS), S32205 duplex stainless steel (DSS) and S32750 and S32760 superduplex stainless steels (SDSS) with heat input of 1.43 kJ/mm. Liquid penetrant inspection showed the full penetration obtained in the welded joints which was corroborated with the bending tests. Transverse tensile tests of the welded joints failed at the base metal revealing an overmatching weld metal. Moreover, longitudinal tensile tests of the welded joints presented an increase of the yield and tensile strength for all joints together with the elongation, but for UNS S32760, which showed a ductility reduction. Microhardness revealed a hardness increase for all the joints, while the SDSSs presented a more homogeneous hardeness areas of joint. Microstructural evaluation indicated a pronounced grain refinement in the welded joints for all the studied materials achieving down to 1 ?m grain size. Transmission electron microscopy and EBSD indicated dislocation cells evolving towards grain boundaries that corroborates the occurrence of dynamic recovery followed by continuous dynamic recrystallization for ferrite. Austenite exhibited high fraction of high angle grain bondaries associated with 'sigma' boundaries indicating the discontinuous dynamic recrystallization. DSS UNS S32205, SDSS UNS S32750, and S32760 showed good corrosion behavior for 3.5% NaCl and 1 M NaCl environments. However, with the increase of chlorides concentrations, the SDSS UNS S32760 exhibited strong decrease of corrosion performance. This behavior was associated with a combination of high ferrite fraction and chromium nitride precipitation. DSS S32101 exhibited a decrease of corrosion performance when welded / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

À medida que a tecnologia de perfuração de poços desenvolveu-se nos últimos anos, explorando cada vez maiores profundidades, os efeitos do desgaste e corrosão têm aumentado proporcionalmente. Uma forma de viabilizar a exploração em águas profundas é revestir as ligas de aço de menor custo com ligas especiais de melhores propriedades, como a liga Inconel® 625. Os parâmetros de soldagem utilizados para a deposição de camadas sobre o substrato influenciam diretamente na qualidade e nas propriedades desses revestimentos. O objetivo deste trabalho foi determinar a influência das principais variáveis de soldagem sobre a dureza ao riscamento e coeficiente de atrito da superfície originada após a deposição de cordões de solda para revestimento. Foi utilizada a técnica de soldagem TIG alimentado automaticamente com duplo arame aquecido. As variáveis estudadas foram: Corrente de Soldagem; Velocidade de Soldagem; Corrente para Aquecimento do Material de Adição; Velocidade de Alimentação do Material de Adição e Composição do Gás de Proteção. Para a realização do estudo foi elaborado um planejamento experimental (DoE), composto central, de 05 fatores, totalizando 32 condições, cada uma correspondendo a cordões de solda depositados com diferentes conjuntos de variáveis. Os cordões foram submetidos ao ensaio de riscamento, onde foram medidos a área do sulco e o coeficiente de atrito da superfície. Os riscos gerados foram analisados em tribômetro para obtenção da topografia em 3D, e em Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV). A análise da influência das variáveis de soldagem sobre a área do sulco e o coeficiente de atrito foi realizada pela metodologia de superfície de resposta (RSM). Foram obtidos modelos matemáticos de 1ª e 2ª ordem correlacionando as variáveis de soldagem à área do sulco e ao coeficiente de atrito da superfície. Também foram geradas superfícies que correlacionam as variáveis às respostas. Observou-se que as variáveis de principal influência sobre a área do sulco são a velocidade de soldagem, corrente do arame e gás de soldagem, e que a velocidade de alimentação do arame possui forte influência quando relacionada com as outras variáveis de processo. Para o coeficiente de atrito, os fatores de maior influência foram as correlações entre as variáveis, principalmente a corrente de soldagem. / As well drilling technology has developed in recent years, exploring ever greater depths, the effects of wear and corrosion have increased proportionately. One way to make deep-water exploration feasible is to coat lower-cost steel alloys with special alloys of better properties, such as the Inconel® 625 alloy. The welding parameters used for deposition of layers on the substrate directly influence the quality and properties of these coatings. The objective of this work was to determine the influence of the main welding variables on the hardness to scratch and surface friction coefficient originated after the deposition of weld beads for coating. The GTAW welding technique was automatically fed with double heated wire. The variables studied were: Welding Current; Welding Speed; Current for Heating the Addition Material; Feed Speed of Addition Material and Shielding Gas Composition. Design of Experiments (DoE) technique was applied, central composite, of 05 factors, totalizing 32 conditions, each corresponding to weld beads deposited with different sets of variables. The beads were subjected to the scratch test, where the scar area and the surface friction coefficient were measured. The scratches were analyzed in tribometer to obtain the topography in 3D, and Scanning Electron Microscope (SEM). The analysis of the influence of the welding variables on the scar area and the friction coefficient was performed by the response surface methodology (RSM). First and second order mathematical models were obtained, correlating the welding variables to the scar area and the surface friction coefficient. Surfaces that correlate variables with responses were also generated. It was observed that the variables of main influence on the scar area are the welding speed, wire current and welding gas, and that the wire feed speed has a strong influence when related to the other process variables. For the coefficient of friction, the factors of greater influence were the correlations among the variables, mainly the welding current.

FA; UTFPR; RENAULT / Linhas robóticas de solda são comuns na indústria automobilística. Durante a produção de um veículo, sua estrutura metálica precisa ser soldada em um único corpo resistente. Isso é feito por meio de centenas de soldas a ponto por resistência, cada uma liga localmente duas ou mais placas metálicas. Distribuir eficientemente esses pontos entre robôs é particularmente desafiador, levando em conta que: cada robôs podem fazer acessar uma parte dos pontos de solda, há tempo de movimentação entre pontos e robôs podem colidir entre si se ocuparem o mesmo espaço físico ao mesmo tempo. Há muitas maneiras factíveis de distribuir pontos de solda. No entanto, cada uma gera um resultado econômico diferente: Se um robô soldar muitos pontos se tornará um gargalo e reduzirá a taxa média de produção.Obter o conjunto de decisões operacionais que gera o melhor desempenho é o objetivo de técnicas de otimização. Há uma ampla variedade de técnicas descritas na literatura de pesquisa operacional e ciência da computação: modelos matemáticos, algoritmos, heurísticas, meta-heurísticas, etc. No contexto industrial, tais técnicas foram adaptadas para diversas variantes de problemas práticos. No entanto, estas adaptações só podem resolver as variantes para as quais foram idealizadas. Se por um lado podem se traçar paralelos entre vários aspectos de linhas robóticas de solda e tais variantes, por outro o conjunto completo de características das linhas estudadas não é tratável por (ou convertível em) nenhuma delas. A presente dissertação desenvolve uma abordagem para otimizar tais linhas, baseada em um modelo de programação linear inteira mista desenvolvido para descrever o problema. Ela também apresenta um estudo de caso para discutir e ilustrar possíveis dificuldades de aplicação e como superá-las. O modelo apresentado foi aplicado a dados de uma linha robótica de solda da fábrica, composta por quarenta e dois robôs, quatro modelos de veículos e mais de setecentos pontos de solda por veículo. A média ponderada da redução em tempo de ciclo obtida pelo modelo foi de 17.5%. Variantes do modelo, concebidas para auxiliar trabalhos futuros, são apresentadas e discutidas. / Robotic welding manufacturing lines are production lines common in automobile industries. During a vehicle's production, the vehicle's metal structure must be welded in a single resistant body. This is made by hundreds of spot-welding points, each of which tie locally two or more metal plates. Efficiently distributing these welding points amongst robots is particularly challenging, taking in account that: not all robots can perform all weld points, robots must move their welding tools between weld points, and robots might interfere with one another if they use the same geometrical space. There are multiple feasible manners to distribute the welding points. However, each of these forms generates different economical results: If a robot performs too many points, it will become a line bottleneck and reduce average throughput. To find the set of operational decisions that yields the best output is the goal of optimization techniques. There are a wide variety of such techniques described in operations research and computer sciences literature: mathematical models, algorithms, heuristics, meta-heuristics, etc. In the industrial context, these techniques were adapted to related line balancing problems. However, these adaptations can only solve the specific variants they were designed to address. While parallels can be drawn between aspects of robotic welding lines and many of such variants, the full combined set of characteristics of the studied lines is not treatable by (or convertible to) any of them. This dissertation develops a framework to optimize such lines, based on mixed-integer linear programing model developed to describe the problem. It also presents a case study to discuss and illustrate possible difficulties and how to overcome them. The presented model was applied to data from the factory's robotic welding lines composed of forty-two robots (divided in thirteen stations), four vehicle models and over seven hundred welding points for each vehicle. The weighted average reduction percentage in cycle time obtained by the model was 17.5%. Model variants, designed to aid further works are presented and discussed.

More complex and bigger structures have increased the applicability of low alloy high strength steels due to weight and cost reductions in these projects. One of the requirements for the use of these materials is the preservation of performance after welding. Meanwhile, the norms on which the Welding Procedures Specifications (WPS) are based have not yet considered the development of modern steel and its new production process, resulting in unnecessary welding costs that diminish the profits of the application of this type of steel. This thesis aimed to develop and evaluate an experimental methodology to guide the creation and control of welding procedures for structural steel through a microstructural atlas of the heat affected zone (HAZ) in a thermomechanical control process (TMCP), 65 ksi steel (ASTM A572 Grade 65). This steel was used in the project of an industrial building for CBMM in Araxá, Minas Gerais, Brazil. It is proposed that through a microstructural atlas of a given steel, it is possible to determine the range of cooling rates that the steel may suffer during welding without affecting mechanical properties and without risking cold cracks. When comparing the microstructure of steel welds performed in field conditions, it is possible to determine the heat input range for a given process in the preparation of a WPS. The selected case study is from a high strength low alloy class 65 ksi steel (ASTM A572 Grade 65) that was used in the structure of an industrial building. The steel was produced using TMCP. The atlas was created via the construction of a continuous cooling transformation diagram using physical simulation (dilatometer and Gleeble) of the coarse grain HAZ (GCHAZ). The characterization of the simulated region was performed by metallography and mechanical tests. The microstructure of real welds made by a qualified WPS were compared to the atlas in order to certify the correct use of parameters and to validate the method. The methodology was also qualified and the potential economic benefits were quantified (based only on the reduction of consumables used and the increased availability of the welding process machine) for the selected industrial project. The mapped microstructures varied from martensite (at high cooling rates) to pearlite/ferrite with large grain size (at low cooling rates). There was remarkable prevalence of bainitic microstructure in a wide range of cooling rates, consistent with the chemical composition of the steel studied. Comparisons with real weld microstructures showed the atlas is compatible with them, and that it can more accurately describe the effective thermal cycle xi that occurs in the coarse grain region of the HAZ (other regions were not included). The application of this methodology in the development of new WPS would allow greater flexibility in the welding procedures, including welding without preheating. In this respect alone, it was possible to forecast savings of approximately R$200,000.00, 1,000 hours of processing and 172 tonnes of carbon equivalent emissions. / Estruturas cada vez mais complexas e de maiores dimensões vêm aumentando a aplicabilidade de aços de baixa liga e alta resistência, devido à redução de peso e custo dessas estruturas. Um dos requisitos para o uso desses materiais é a manutenção do desempenho após soldagem. Entretanto, as normas em que se baseiam as Especificações de Procedimentos de Soldagem (EPS) ainda não consideram aços mais modernos em termos de rota de fabricação, o que pode fazer com que custos desnecessários de soldagem minimizem os ganhos da aplicação desses aços. Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento e avaliação de uma metodologia para, experimentalmente, orientar a elaboração e o controle da aplicação de procedimentos de soldagem para aços estruturais, através de atlas microestrutural de regiões da zona afetada pelo calor (ZAC). Propõe-se que, através de um atlas microestrutural de um dado aço, seja possível determinar a faixa otimizada de energia de soldagem para um dado processo na elaboração e aplicação da EPS e, consequentemente, as velocidades de resfriamento que o aço possa sofrer durante a soldagem, sem perder as propriedades mecânicas e sem colocálo em risco quanto a trincas a frio. Tomou-se como estudo de caso o aço produzido por laminação controlada de classe de resistência de 65 ksi (ASTM A572 Grau 65), utilizado em um projeto de um prédio industrial na empresa CBMM. Trata-se de um aço fabricado pelo processo TMCP com resfriamento acelerado. A elaboração do Atlas se deu através da construção de um diagrama CCT, por simulação física (dilatômetro e Gleeble), da região de grãos grosseiros da zona afetada pelo calor (ZAC GG). Foram feitas caracterizações metalográficas e mecânicas das regiões simuladas. Microestruturas de soldas realizadas com EPS qualificadas foram comparadas com as do Atlas para se certificar da adequabilidade dos parâmetros utilizados e validação da abordagem. Foram realizadas ainda a qualificação e quantificação de potenciais benefícios econômicos no citado projeto industrial, obtidos pelo uso desta metodologia. As microestruturas apresentadas no mapa variavam de martensíta, para altas taxas de resfriamento, até perlita/ferrita de tamanho de grão elevado, para baixas taxas de resfriamento. Observou-se notável predominância da microestrutura bainítica em uma larga faixa de taxas de resfriamento, compatível com as propriedades e composição do aço estudado (alta soldabilidade). As comparações com as microestruturas de soldas reais mostraram que o Atlas pode descrever de forma precisa o ciclo térmico efetivamente imposto ix na ZAC GG. Concluiu-se que a aplicação desta metodologia na elaboração de novas EPS permitiria uma maior flexibilidade nos procedimentos de soldagem, admitindo inclusive soldagem sem pré-aquecimento. Em relação a não necessidade de pré-aquecimento, podese prever uma economia significante de custos e redução de emissão de gases que provocam efeito estufa. / Mestre em Engenharia Mecânica