A demanda crescente por energia tem motivado a procura por petróleo e gás natural em ambientes com condições extremas, como operações em águas profundas e o transporte de fluídos corrosivos. Avanços tecnológicos recentes favorecem o uso de tubos de aço contendo uma camada interna resistente a corrosão (comumente chamados de Lined ou Clad Pipes) para o transporte de tais fluidos agressivos. Além disso, as tubulações submarinas são sujeitas a condições de instalação muito severas e, um caso de interesse, é o procedimento de reeling que permite com que a fabricação e inspeção da tubulação seja feita em terra. Apesar de possuir vantagens econômicas, a avaliação da integridade estrutural e especificação dos tamanhos toleráveis de trinca em juntas soldadas, nestas condições, torna-se uma tarefa complexa, devido a natureza dissimilar dos materiais e ao grande nível de deformação plástica no processo. Dessa maneira, este trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de um procedimento de avaliação de forças motrizes elasto-plásticas em tubos contendo juntas soldadas circunferenciais sujeitos a flexão, para uma extensa gama de configurações geométricas. Dois métodos distintos foram desenvolvidos e analisados: a metodologia EPRI e o procedimento que utiliza a curva de tensão vs. deformação equivalente. As análises numéricas 3D fornecem os parâmetros de fratura necessários para a resolução do problema e a acurácia dos procedimentos é verificada a partir de estudos de casos e análises paramétricas. / The increasing demand for energy has motivated the oil and natural gas exploration in very hostile environments, including very deep water operation and the transport of corrosive fluids. Technological advances favor the use of high strength steel pipelines either clad or mechanically lined with a corrosion resistant alloy (CRA), such as Alloy 625, for the transport of corrosive hydrocarbons. Moreover, these pipelines are subjected to severe installation conditions and a case of interest is the pipe reeling process, which allows pipe welding and inspection to be conducted at onshore facilities. While cost effective, fracture assessments and specification of critical flaw sizes for the girth welds of lined/clad pipes are more complex due to the dissimilar nature of these materials and the high levels of plastic strain imposed during installation. In particular, effective analyses of crack driving forces in undermatched or partially mismatched pipe girth welds remain essential to determine more accurate acceptable flaw sizes for the piping system based upon conventional ECA procedures. This work focuses on the development of a procedure to determine the elastic-plastic crack driving forces for pipe girth welds with circumferential surface cracks subjected to bending load for a wide range of geometries and weld mismatch levels based upon based methodologies: the GE-EPRI framework and the equivalente stress vs. strain curve. The study also addresses the potential effects of an undermatching girth weld on critical flaw sizes. The extensive nonlinear, 3-D numerical analysis provide the fracture parameters for cracked pipes and cylinders with mismatched girth welds which will be applied in case studies and parametric analyses in order to verify the accuracy of the methods.

Este trabalho teve por objetivo verificar a possibilidade de obtenção de juntas de um aço TRIP 800 através do processo de soldagem a ponto por fricção e mistura mecânica (SPFMM), e relacionar processo, microestruturas e propriedades mecânicas nestas soldas. Além da caracterização microestrutural, ensaios de microdureza e de cisalhamento foram efetuados para entender o comportamento mecânico das juntas. As amostras foram produzidas utilizando-se uma ferramenta de nitreto de boro cúbico (PCBN) e três diferentes velocidades de rotação da ferramenta - 1600, 2000 e 2400 rpm - assim como dois diferentes tempos de mistura (dwell times), 2 e 3s. Após a execução das soldas, devido aos ciclos térmicos e deformações impostas pelo processo, foram observadas três diferentes zonas nas juntas: a zona de mistura (ZM), a zona termomecanicamente afetada (ZTMA), e a zona termicamente afetada (ZTA). Os tamanhos destas zonas variaram de acordo com a condição de soldagem empregada. De um modo geral, eles aumentaram com o aumento da velocidade de rotação, não tendo sido observadas mudanças significativas com o aumento do tempo de mistura. Como o aço TRIP empregado neste estudo possuía uma camada de zinco em sua superfície, após o processo foi observada uma linha contendo zinco na ZM. Foi observado o comportamento do revestimento de zinco em diferentes etapas do processo, até a formação desta linha de zinco. Os ensaios de cisalhamento mostraram que a presença da linha de zinco é o fator de maior importância com relação às propriedades mecânicas, porém a microestrutura também possui influência na etapa final da fratura. Levando estes fatos em consideração, foi proposta a sequência de fratura das amostras durante os ensaios de cisalhamento. As soldas realizadas com velocidade de rotação de 2000 rpm foram as que apresentaram os melhores resultados em cisalhamento, pois nos dois tempos de mistura empregados, a média dos valores de força no ensaio de cisalhamento foi pelo menos igual à mínima recomendada em soldas a ponto por resistência elétrica. / The aim of this work was to verify the feasibility of producing friction stir spot welds of a TRIP 800 steel and correlate process, microstructures and mechanical properties in these joints. In addition to the microstructural characterization, microhardness and lapshear tests were performed in order to understand the mechanical behavior of the joints. The samples were produced using a polycrystalline cubic boron nitrides (PCBN) tool and three different rotational speeds - 1600, 2000 and 2400 rpm - and two different dwell times, 2 and 3s. After the welding, due to the thermal cycles and deformations imposed by the process, three different zones were observed in the joints: the stir zone (SZ), the thermomecanically affected zone (TMAZ), and the heat affected zone (HAZ). The widths of these zones were dependent of the welding condition employed. In a general way, they increased by increasing the rotational speed, and it was not observed a significant change in their widths by increasing the dwell time. The TRIP steel employed in this study had a zinc coating on both surfaces. After the process, it was observed a remnant zinc line in the SZ. It was showed the zinc coating behavior in different steps in the welding process, including the zinc line formation. The lap-shear tests have demonstrated that the zinc line was the factor of major influence regarding the mechanical properties. However the microstructure also played a role at the final of the fracture process. Taking these facts into account, it was also proposed a fracture sequence of the samples during lap-shear tests. The welds produced at tool rotational speed of 2000 rpm have presented the best performance in lap-shear tests, because at the two dwell times employed, the average of the load values observed was at least equal to the minimum recommended for resistance spot welds.

Este trabalho tem por objetivo avaliar a capacidade de detecção e dimensionamento de descontinuidades internas em juntas soldadas dissimilares e cladeadas com a utilização da inspeção por ultrassom através da técnica de Phased Array. Este estudo se justifica pela possibilidade da aplicação desses materiais nas atividades de exploração de petróleo no campo offshore com a utilização de dutos rígidos de aço carbono com revestimento interno de Inconel. As juntas circunferenciais foram soldadas com material austenítico e foram realizados ensaios com juntas sem a realização do amanteigamento do bisel e com corpos de provas que receberam camadas de amanteigamento que tem a finalidade de aumentar a resistência à corrosão-fadiga da junta circunferencial. A tubulação soldada tinha como material de base um aço ferrítico API 5L X-52 com revestimento interno de Inconel 625. As descontinuidades foram inseridas nos passes de raiz fabricadas com o processo de soldagem TIG, nos passes de enchimento através do processo por eletrodos revestidos e na região da raiz através do processo de eletroerosão com a finalidade de simular uma falta de fusão na raiz. Para as inspeções foram adotados as varreduras setorial e linear com duas posições do cabeçote em relação à linha de centro da solda. Estas foram realizadas com o intuito de avaliar a capacidade de detecção e dimensionamento das descontinuidades através da utilização de ondas transversais com freqüência de 5 MHz e assim analisar os resultados encontrados para poder viabilizar a aplicação desta técnica como ferramenta de inspeção nestes equipamentos. Análises metalográficas serviram para realizar o dimensionamento real das descontinuidades e caracterizar a micrografia do metal de base, zona afetada pelo calor e metal de solda para poder correlacioná-los com os resultados encontrados nas inspeções por Phased Array. Assim com os resultados encontrados foi possível demonstrar a possibilidade de aplicação da técnica de Phased Array na inspeção das juntas dissimilares e cladeadas. / This work aims to evaluate the detection capability and sizing of internal discontinuities in dissimilar welded and claded joints with the use of Phased Array ultrasonic inspection technique. This study was performed due to the possibility of the application of those materials in the activities of exploration of petroleum in the offshore field with the use of rigid risers of carbon steel with internal covering of Inconel. The girths joints were welded with material austenitic and testing were accomplished with joints without the realization of the buttering of the bevel and with specimens that received layers of buttering that has the purpose of increasing the resistance to the corrosion-fatigue of the girth joint. The welded piping had as base material a ferritic steel API 5L X-52 with internal overlay of Inconel 625. The discontinuities were inserted in the root pass manufactured with the welding process TIG, in the filler pass through the process by covered electrodes and in the area of the root through the electric discharge machining process with the purpose of simulating a lack of fusion in the root. For the inspections the sectorial and linear sweepings were adopted with two positions of the transducer in relation to the line of center of the weld. This was performed with the intention of evaluating the detection capacity and sizing of discontinuities through the use of shear waves frequently of 5 MHz and like this to analyze the results found to make possible the application of this technique as inspection tool in these equipments. Metallographic analyses were to accomplish the real sizing of the discontinuities and to characterize the micrograph of the base metal, affected area for the heat and weld metal to correlate them with the results found in the inspections by Phased Array. Like this with the found results it was possible to demonstrate the possibility of application of Phased Array technique in the inspection of the dissimilar and claded joints.

O elevado fluxo de calor envolvido no processo de soldagem de componentes favorece o aparecimento de tensões residuais, cujo alívio propicia o surgimento das distorções. Uma vez que essas distorções podem comprometer a utilização dos componentes, tornam-se relevantes pesquisas a respeito dos parâmetros, mensuração e previsão das distorções. Este trabalho tem como objetivo analisar as distorções na soldagem GMAW de uma junta tipo T, através do estudo termoestrutural em um modelo numérico pelo método dos elementos finitos com validação experimental. Para isso, o trabalho foi dividido em duas etapas sequenciais, sendo a primeira destinada à validação do modelo numérico e a segunda à elaboração de casos numéricos para análise. O modelo numérico utiliza elementos finitos tridimensionais para a obtenção do campo de temperaturas e distorções. Para a aplicação do fluxo de calor à peça utilizou-se a equação de Goldak como modelo de aporte de calor na análise térmica transiente. A dependência da temperatura na variação das propriedades físicas e mecânicas dos materiais foi considerada. A parte experimental da primeira etapa permitiu definir duas velocidades de soldagem mantendo a mesma energia do processo, originando dois conjuntos de parâmetros denominados como principais e alternativos. Na segunda etapa foram analisados oito casos, definidos através da combinação de três variáveis: variação da velocidade, sequência de soldagem e tempo de resfriamento entre filetes. O campo de temperaturas transiente é verificado pela medição de temperaturas em oito pontos, enquanto o campo de distorções é verificado utilizando um sistema de medição por coordenadas. Dentre os casos analisados, a menor distorção foi observada no caso 6 (velocidade mais rápida, sequência “vai-volta” e com intervalo de resfriamento) onde a distorção máxima foi de 4,31 mm, enquanto a maior distorção foi apresentada pelo caso 4 (velocidade mais lenta, sequência “vai-vai” e com intervalo de resfriamento) com distorção máxima de 6,41 mm. / The high heat flow involved in the component’s welding process favors the appearance of residual stress, which alleviation provides the appearance of distortions. Once these distortions can impair the use of the components, become relevant searches about the parameters, measurement and prediction of distortions. This work aims to analyze the distortions in GMAW welding of a T-type joint, through thermo-structural study in a numerical model by finite element method with experimental validation. For this, the work was divided in two sequential stages, the first aimed to the numerical model’s validation and the second to the development of numerical cases to analysis. The numerical model uses three-dimensional finite elements for obtainment the temperature field and distortions. For the application of heat flow to the part was used the Goldak’s equation as a model of heat input in transient thermal analysis. The temperature dependence in the variation of physical and mechanical properties of the materials was considered. The experimental part of the first stage allowed to define two welding speeds while keeping the same process energy, originating two sets of parameters called principal and alternative. In the second stage, eight cases were analyzed, defined by the combination of three variables: speed variation, sequence of welding and cooling time between fillets. The transient temperature field is checked by measuring temperatures in eight points, while the distortion field is checked using a coordinate measuring system. Among all cases analyzed, the lowest distortion was observed in case 6 (fastest speed, "going-back" sequence and cooling interval) in which the maximum distortion was 4.31 mm, while the largest distortion was presented by the case 4 (slower speed, "go-go" sequence and cooling interval) with maximum distortion of 6.41 mm.

O processo de soldagem no estado sólido Soldagem por Fricção e Mistura Mecânica (SFMM), tradução do original em inglês ¨Friction Stir Welding¨ (FSW), já foi estudado extensivamente e obteve resultados muito bem sucedidos em ligas de Alumínio. Especificamente para ligas de aplicação naval existe uma lacuna muito grande de conhecimento. Este trabalho tem por objetivo caracterizar e analisar juntas soldadas da liga de aço naval GL E36 através de SFMM. A espessura das chapas soldadas foi de 6 mm em junta de topo com ferramenta de Nitreto de Boro Cúbico Policristalino (NBcp). A velocidade de rotação da ferramenta foi mantida constante em 500 rpm e foram usadas velocidade lineares de 1, 2 e 3 mm/s objetivando-se diferentes aportes térmicos. Foram obtidas soldas de 1,2 metros de comprimento com características estéticas muito boas e homogêneas na superfície ao longo do comprimento das juntas. Todas as juntas foram produzidas com aquisição dos ciclos térmicos através de termopares colocados próximos a região da face da solda em diferentes posições no início, meio e final da solda. A ferramenta, mesmo após aproximadamente 8,5 metros de soldas, apresentou um bom comportamento ao desgaste sem perdas apreciáveis nas dimensões do pino. Para avaliação das propriedades das juntas foram retirados corpos de prova para análise microestrutural e de microdureza, ensaio de tração e dobramento, no início, meio e final da solda. Adicionalmente, foi usado ensaio radiográfico para detecção de defeitos e possíveis fragmentos da ferramenta proveniente de desgaste. E para a análise do comportamento da tenacidade à fratura foi usado o corpo de prova do tipo ¨compact tension¨ (CT-50) posicionado com a boca do entalhe na região da zona de mistura da solda. Todas as amostras de tração romperam no material de base. Os perfis de microdureza mostraram picos de até 400 Vickers para todas as juntas. A microestrutura consistiu principalmente de ferrita, martensita e bainita com diferentes níveis de refinamento e diferentes morfologias. Os melhores comportamentos em relação a tenacidade à fratura avaliados por meio da construção das curvas de resistência foram das juntas processadas com 2 mm/s e 3 mm/s. / The solid state welding process Friction Stir Welding (FSW) has been studied extensively and achieved very successful results on aluminum alloys. Nevertheless, to apply FSW on steel alloys more research is required. Specifically for steel grades for shipbuilding applications there is a wide knowledge gap. Thus, this work aims to evaluate the mechanical and microstructural properties of processed joints for the shipbuilding steel grade GL E36 using FSW. The weld plate thickness used was 6 mm using butt joint configuration with polycrystalline cubic boron nitride (pcBN) tool. The rotational speed of the tool was kept constant at 500 rpm with welding speeds of 1, 2 and 3 mm/s seeking to achieve different heat inputs, i.e., different mechanical and metallurgical properties. Joints of 1.2 meters long with very good aesthetic features and homogenous surface along the length were obtained, proving the stability of the process. Thermal profile of all joints were taken using thermocouples placed near the joint region of the weld face at different positions: beginning, middle and ending of the weld. The tool even after approximately 8.5 meters of welds showed good wear behavior without appreciable loss on the dimensions of the probe. To evaluate the joint behavior, specimens for microstructural analysis and hardness, tensile test and bending were removed at the beginning, middle and ending of the weld. Additionally, radiographic test was used for defects inspection and detection of possible debris from tool wear. For the analysis of the fracture toughness behavior was used Compact Tension (CT-50) specimens positioned with the notch at the stirred zone. All tensile samples failed at the base material, i.e. the produced joints achieved a greater resistance than the base material after processing. The microhardness profiles showed peaks of up to 400 Vickers for all the conditions. The microstructure found consisted mainly of ferrite, martensite and bainite with different levels of refinement and different morphologies. The best behavior concerning the fracture toughness evaluation using the crack resistance curves were for the joints processed with 2 mm/s and 3 mm/s of welding speeds.

A utilização de tubos de aços de alta resistência e baixa liga (ARBL) é comumente o mais indicado, segundo a norma American Petroleum Institute (API) 5L, para o transporte de óleo e de gás sob pressão. Em vista da necessidade de adequar as tubulações em campo de acordo com o relevo de cada região, são realizados curvamentos a quente em tubos. Durante este processo, o tubo sofre tratamentos térmicos, modificam sua microestrutura e propriedades mecânicas. Neste sentido, foram realizados, neste trabalho, tratamentos térmicos de têmpera e revenimento, com o objetivo de melhorar as propriedades mecânicas nas juntas soldadas. O material utilizado foi o tubo API 5L X80 com diâmetro de 40 polegadas e 16 mm de espessura. Foi realizada a soldagem circunferencial com passe de raiz pelo processo Metal Active Gas (MAG) com curto circuito controlado, gás de proteção 80% Ar e 20% CO2, passes de enchimento e acabamento pelo processo de soldagem com arame tubular (AT) e gás de proteção 75% Ar 25% CO2. Os consumíveis utilizados no passe de raiz foi arame sólido ER80S-G e nos passes de enchimento e acabamento o arame tubular E101T1GM-H8. Realizaram-se combinações de tratamentos térmicos de têmpera e revenimento com variações nas temperaturas de ambos. Para analisar a influência destes tratamentos térmicos foram realizados ensaios de tração, ensaios de microdureza e ensaios de impacto Charpy às temperaturas de -40 ºC e 0 ºC no metal de solda (MS) e na zona afetada pelo calor (ZAC). Alguns tratamentos térmicos realizados aumentaram a resistência à tração e a tenacidade em relação à condição como soldada, mas o melhor tratamento térmico foi o de tempera a partir de 900ºC seguindo de revenimento a 650 ºC. / The use of high strength low alloy steels tubes is commonly the most appropriate for transporting oil and gas under pressure, according to API 5L. In view of the need to adapt the pipes in the field according to the relief of each region, they are held hot bend in pipelines. During the process, the product undergoes thermal treatments which modify its microstructure and mechanical properties. It has been carried out, in this work, heat treatment of quenching and tempering, with the objective of obtaining the best mechanical properties in the welded joints. The material was API 5L X80 pipe with a 40 inch diameter and 16 mm thick. The circumferential welding pass root was done by GMAW with controlled short circuit transfer, shielding gas 80%Ar and 20% CO2. Filling and finishing passes were welded with FCAW using a shielding gas 75% Ar and 25% CO2. Consumables used in the root pass were ER80S-G and in the filling and finishing passes E101T1GM-H8. There were done four heat treatments of quenching and tempering for 2 hours. The results were analyzed by tensile test, hardness and Charpy V impact tests at temperatures of -40 °C and 0 °C in the weld metal and HAZ. The heat treatments influence statistically on the mechanical properties of welded joints related to as welded condition. The best result was quench heat treatment at 900°C followed by tempering at 650°C.

Orientador: Itamar Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T20:42:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Grigoletto_ElianeMaria_D.pdf: 20156618 bytes, checksum: 238e025731557bafac4b6144402fb6be (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: As ligas de estanho-chumbo são usadas para soldar componentes eletrônicos sobre placas de circuito impresso. O chumbo e seus compostos são substâncias tóxicas e a indústria eletrônica deverá eliminar este metal do processo de soldagem. A solda, contato permanente entre os componentes e a placa de circuito impresso, tem como função permitir a passagem de corrente elétrica e fixar os componentes eletrônicos. A resistência a fa1has dos empacotamentos eletrônicos é altamente dependente das propriedades mecânicas e microestrutura da liga de solda usada. As montagens eletrônicas são constantemente sujeitas a flutuações de temperatura devido ao "liga e desliga" dos circuitos ou pelas variações da temperatura ambiente. As diferenças de coeficiente de expansão térmica entre terminais/solda/placa de uma montagem podem produzir tensões e modificações microestruturais na solda. Este trabalho tem por objetivos caracterizar e analisar as propriedades mecânicas e a microestrutura das ligas Sn63-Pb37, Sn62-Pb36-Ag2 e Sn42-Bi58 usadas para soldar dois fios de cobre, topo a topo. As propriedades mecânicas foram analisadas pela rea1ização de ensaios de tração, fadiga isotérmica e microdureza. O método escada foi o usado para calcular a resistência à fadiga das ligas estudas. A caracterização microestrutural das ligas foi efetuada usando as técnicas de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura e microanálise por EDS. As pastas de solda foram analisadas por termogravimetria (TG) e por calorimetria de varredura diferencial (DSC). O resultado obtido para os ensaios de tração para corpos de cobre sem a junção foi igual a 488 ± 9 MPa. Foi obtida a ordem decrescente de resistência à tração: Sn62-Pb36-Ag2, Sn63-Pb37 e Sn42-Bi58 para as junções de cobre com 0,30mm de espessura. Para a liga Sn63-Pb37, usada para soldar junções de 0,15mm de espessura apresentou o valor de 133 ± 22 MPa de resistência à tração. Os resultados obtidos para a resistência à fadiga isotérmica para as ligas Sn63-Pb37, Sn62-Pb36-Ag2 e Sn42Bi58 para junções de 0,30mm de espessura foram 34 ± 5 MPa, 38± 2MPa e 37± 6 MPa, respectivamente. Para a liga Sn63-Pb37, usada para soldar a junção de cobre de 0,15mm de espessura foi obtido o valor de 28± 5 MPa. Quanto aos ensaios de microdureza, a liga Sn63Pb37 apresentou os valores iguais a 10,1± 9 HV e 7,9:t 0,4 HV para amostras não submetidas ao ensaio de fadiga e submetidas ao ensaio de fadiga, respectivamente. As ligas Sn62-Pb36-Ag2 e Sn42-Bi58 apresentaram os valores de 12,2± 0,9 HV e 15,3± 0,9 HV como resultados dos ensaios de microdureza Vickers. A análise microestrutural das ligas por microscopia óptica e por MEV permitiu a observação das fases e de defeitos presentes em cada liga. No caso da liga SOO3Pb37, foi possível a medida do tamanho das fases ricas em chumbo antes e depois do ensaio de fadiga, sendo os valores obtidos para o comprimento do intercepto médio iguais a 2,3± 0,4mm e 2,8 ± 0,7 mm, respectivamente, sendo que no processo de soldagem usado neste trabalho foi obtida a microestrutura semelhante à encontrada em linhas industriais de montagem. As análises por EDS permitiram a obtenção da composição química das fases de cada liga. As análises por termogravimetria demonstraram que as pastas de solda Sn63-Pb37 e Sn42-Bi58 eliminaram aproximadamente a mesma quantidade de gases voláteis, e que a pasta de Sn62-Pb36-Ag2 foi a que perdeu menos massa. As análises por ca1orimetria de varredura diferencial permitiram constatar que as pastas de solda possuíam a temperatura de fusão encontradas na bibliografia especializada / Abstract: The tin-lead alloys are used to solder components on printed circuit boards. Lead and its compounds are toxic substances and the electronic industry should substitute this metal in the soldering process. The solder, constant contact between the components and the printed circuit board, should allow the electric current to flow and support the electronic components. The failure resistance of the electronic packaging is bigh1y dependent of mechanical and microstructure properties of the solder alloy used. The electronic assemblies are constantly submitted to temperature fluctuations due to the "on-off" of the circuits or the environmental temperature variations. The coefficient of thermal expansion differences of terminals/solder/printed circuit board present in assemble could produce stress and microstructure modifications in the solder. The objectives of this work are to characterize and ana1yze the mechanical and microstructural properties of Sn63-Pb37, Sn62-Pb36-Ag2 and Sn58-Bi58 alloys used to solder two copper wires in a butt joint. Tension, isotherma1 fatigue, and microhardness tests were conducted in order to characterize the mechanical properties. The staircase method was used to calculate the fatigue strength of the studied alloys. The optical microscopy, scanning electronic microscopy, and microana1ysis by EDS were used to characterize the microstructure of alloys. The solder pastes were analyzed by thermogravimetry (TG) and scanning differential calorimetry (DSC). The obtained result from the tension tests for the copper specimens without the joint was 488± 9 MPa. The results obtained for the tensile strength for the alloys Sn63-Pb37, Sn62-Pb36-Ag2, and Sn42-Bi58 to the copper joints with O.3Omm of thickness were 93± 8 MPa, 101± 1 MPa, and 79 ± 15 MPa, respectively. The Sn63-Pb37 alloy used to solder 0.15mm thickness joints presented the value equal to 133± 22 MPa to tensile strength. The results obtained to the isotherma1 fatigue strength to the Sn63-Pb37, Sn62-Pb36-Ag2 and Sn42-Bi58 alloys to the joints with 0.30mm of thickness were 34± 5 MPa, 38± 2 MPa and 37± 6 MPa, respectively. To the alloy Sn63-Pb37 used to solder the 0.15mm of thickness of copper joints was obtained the value of 28± 5 MPa. The Sn63-Pb37 presented the values of 10.1± 9HV and 7.9± 0.4 HV for the Vickers microhardness tests of specimens not submitted and submitted to the 1àtigue tests, respectively. The Sn62-Pb37 and Sn42-Bi58 presented the values equals to 12.2± 0.9HV and 15.3 ± 0.9 HV as the results of microhardness tests. The microstructure ana1ysis of the alloy by optical and MEV permitted the observation of the phases and of the defects presents in each alloy. In the case of Sn63-Pb37 it was possible to measure the size of lead rich phases before and after of fatigue test and the values obtained to the medium intercept length was equal to 2.3± 0.4 mm and 2.8± 0.7mm, respectively, and the soldering process used in this work allows to obtain a similar microstructure formed in the industry tine. The EDS ana1ysis permitted to obtain the chemical composition of the phases to each alloy. The ana1yze by thermogravimetry showed that the solder pastes Sn63-Pb37 and Sn42-Bi58 released approximately the same quantity of volatile gases, and the Sn62-Pb36-Ag2 solder paste lost less mass. The scanning differential calorimetry ana1yses showed that the solder pastes had the melting point in accordance with bibliographica1 references / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Las represas son una de las grandes construcciones que se hacen tanto en el Perú como en el mundo. Estas grandes construcciones de concreto cumplen funciones como retener el agua para generar energía, para irrigación y para abastecer de agua para la población. Como uno de los componentes principales de la represa se encuentra la válvula reguladora de caudal de chorro hueco, también conocida como válvula Howell Bunger, la cual está situada en la parte baja o media de la represa. Esta válvula cumple funciones tales como: descargar agua de las represas en situaciones de emergencia, abastecer de agua para el consumo humano y regular el caudal de agua abajo de las represas para mantener el equilibrio ecológico. El objetivo principal de la presente tesis es diseñar y analizar el comportamiento y los parámetros óptimos de la válvula Howell Bunger para que pueda operar con un caudal máximo de 15 m3/s y un salto neto máximo de 20 m. El objetivo específico es elaborar toda la documentación para la fabricación de la válvula lo cual incluye: diseño conceptual, cálculos de diseño, planos y estimación de costos de fabricación. Con esta documentación se podrá tener pleno conocimiento de la tecnología usada para la válvula. En consecuencia, se podrá construir esta válvula y existirá la posibilidad de que se manufacturen los repuestos correspondientes. Además, esta documentación puede ser usada para diseñar válvulas de chorro hueco para diferentes condiciones de caudal y salto neto. En la primera parte de la tesis se muestra la tecnología existente y aspectos de fundamentos teóricos. En la segunda parte se procede a diseñar la válvula de manera conceptual y preliminar. En la tercera parte se proceden a presentar los cálculos de diseño. Finalmente, en el capítulo 4 se muestra la estimación de costo total.

En la última década, la industria Aero espacial y de transporte ha impulsado la implementación del proceso de soldadura por fricción batido o FSW (por sus siglas en ingles), en aleaciones de cobre, manganeso, titanio y aceros, debido a la necesidad de usar materiales de alta resistencia especifica que presentan baja soldabilidad. Sin embargo, debido a la baja resistencia específica del plomo, esas aleaciones no son consideradas atractivas por los diferentes sectores industriales que generan desarrollo en la tecnología (FSW). Por esta razón, no existe una literatura suficiente en cuanto a diseños de proceso y perfiles de herramientas que se ajusten a las características termo mecánicas de estas aleaciones. Además, es importante destacar que debido a su baja conducción de calor (35.5 W m-1 K- 1) y el bajo límite de fluencia de las aleaciones de plomo, se presenta un comportamiento plástico elevado, lo que dificulta la generación y tránsito del calor al interior de la junta y genera gran inestabilidad durante el proceso de batido. Ante el vacío de información existente, la investigación desarrollada en este estudio buscó analizar combinaciones de parámetros y diseño de herramientas para desarrollar la implementación del proceso FSW en una aleación de Pb-Sn- Sb, la cual es de gran interés para la industria de procesos de recubrimientos electrolíticos Los resultados obtenidos demostraron que es posible obtener soldaduras sanas con niveles superiores al 70% de eficiencia en la resistencia mecánica por medio de FSW, al utilizar un estrecho rango de parámetros de velocidad de rotación (1700 y 2000 RPM) y avance lineal (30 y 50 mm/min), se evidencia un afino de grano. Además, se observa que para velocidades entre 1800 y 1950 RPM a mayor velocidad de rotación se genera una reducción en el tamaño de la TMAZ.

El presente trabajo muestra el estudio de uniones soldadas obtenidas mediante el proceso de soldadura GTAW, en planchas de tres milímetros de espesor de la aleación de aluminio AA5052 – H34. El objetivo principal de la tesis es determinar y comparar las características y propiedades de las uniones soldadas, obtenidas con y sin material de aporte, utilizando el proceso de soldadura GTAW. Para el estudio se realiza en total 6 cupones soldados con una sola pasada (3 cupones con material de aporte y 3 cupones sin material de aporte). Asimismo, el aporte que se utiliza es el electrodo ER5356 elegido por sus buenas propiedades, características y compatibilidad química con el material base a soldar. Posterior a la elaboración de los cupones soldados, se realizan ensayos no destructivos para determinar si las uniones soldadas cumplen con la normativa AWS D1.2. De esta forma, se realizan ensayos de inspección visual, tintes penetrantes y radiografía industrial. Asimismo, la caracterización y el análisis de las propiedades de los cupones soldados a través de elaboración de probetas, los cuales son sometidos a ensayos mecánicos de tracción, ensayo de barrido de dureza, ensayos de doblado y ensayos metalográficos. En los ensayos de tracción, los resultados de las probetas soldadas sin material de aporte alcanzan menores valores de resistencia a la tracción, en comparación con las uniones soldadas con material de aporte. En los ensayos de dureza, los mayores valores para las uniones sin material de aporte se encuentran en el metal base y los menores en el baño de fusión, para las uniones soldadas con aporte los mayores valores se presentan en el baño de fusión y los menores en la ZAC. En los ensayos de doblado para ambos casos no se evidencian agrietamientos acumulados mayores o iguales a los 3 mm. En base a los resultados de la presente investigación se concluye que, las uniones soldadas de aleación de aluminio AA5052 - H34 mediante el proceso de soldadura GTAW, se comportan de manera satisfactoria bajo los dos métodos: con y sin material de aporte. Pues, los valores de resistencia a la tracción en ambos procesos presentan valores que se encuentran por encima del valor límite que indica el código AWS D1.2. Finalmente, en la presente investigación, se obtienen ligeramente mejores propiedades y características en la unión soldada con material de aporte frente a una sin material.