El presente trabajo de investigación tiene como finalidad el estudio del comportamiento de fisuras en uniones soldadas, para lo cual se consideró conveniente seleccionar a la mecánica de fractura clásica y al método de los elementos finitos como los medios más adecuados para abordar este fenómeno. Durante el estudio se determinó el factor de intensidad de tensiones, que es un parámetro que caracteriza la tenacidad de la fractura en materiales de comportamiento lineal. Es posible distinguir que el trabajo contiene dos partes muy bien definidas. La primera parte consiste en la modelación bidimensional de especimenes fisurados, cuyas configuraciones son muy conocidas en el ámbito de la mecánica de fractura. La segunda parte consiste en volcar la experiencia adquirida y realizar la modelación tridimensional de una unión soldada de filete que contiene una fisura superficial en las aproximaciones del cordón de soldadura. Los resultados obtenidos de la modelación de ambas partes fueron comparados con valores analíticos de diferentes autores permitiendo determinar la factibilidad del análisis de la fractura elasto-lineal mediante un software de elementos finitos. / Tesis

O presente trabalho teve como objetivo analisar o comportamento do crescimento de trinca em corpos de prova ensaiados a 538 °C retirados de uma junta soldada do aço 2 1/4 Cr 1 Mo de uma tubulação de 2,5 polegadas de espessura e 20 polegadas de diâmetro, que operou 100.000 horas a uma pressão de 115 kgf/cm2 (11,5 MPa). Foram comparadas as velocidades de propagação de trinca da zona afetada pelo calor, interface ZAC/metal de solda e metal de solda das juntas soldadas em função do fator de intensidade de tensões na ponta da trinca (K) e do fator não linear C*. Além dos ensaios em atmosfera normal, alguns testes de propagação de trinca em alta temperatura foram realizados com atmosfera inerte com o objetivo de avaliar a formação e a influência dos óxidos na velocidade de propagação da trinca. Os experimentos realizados incluem a avaliação metalográfica, fractográfica, ensaios de mecânica da fratura em alta temperatura e ensaios termogravimétricos. Os resultados indicaram que o material apresentou maior velocidade de propagação de trinca na região de interface ZAC/MS, para um mesmo valor de K e de C*, região esta onde foi encontrada uma mudança microestrutural acentuada; e que a atmosfera inerte de argônio não diminuiu a velocidade de propagação da trinca. / The aim of this present work is to characterize the crack growing behaviour in a welded joint of the 2 1/4 Cr, 1 Mo steel of a steam pipe, with 2,5 inches of thickness and 20 inches of diameter, that worked at 115 Kgf/cm2 (11 ,5 MPa) pressure for 100.000 hours. The cracking propagation rates were compared between heat affected zone, interface HAZ/weld and weld of a weld joint as a function of the K and C*. Also some tests of cracking propagation in high temperature were made with inert atmosphere with the objective of to analyse the influence of the oxides in the crack propagation rate. The performed experiment included metallographic evaluation, fractography, tests of fracture mechanics in high temperature and thermogravimetry tests. The results indicated that cracking showed more velocity in the region of interface of the HAZ/weld for a same K and C*, region where there was changes in the microstructure; and that the inert atmosphere didn't affect the cracking growth rate.

La soldadura por fricción batido es un proceso de soldadura en estado sólido ampliamente usado en la unión de una amplia gama de metales comúnmente difíciles de soldar por procesos convencionales, entre los que destaca el aluminio y sus aleaciones, por lo que se usa como una alternativa muy útil para obtener juntas sanas y con una resistencia superior al promedio por tales procesos convencionales. En los últimos años, han aparecido variaciones y mejoras del proceso de soldadura por fricción batido, entre los que destaca la soldadura por fricción batido bajo el agua o bajo alimentación continua de líquido refrigerante, procesos que mejoran aún más las características microestructurales y las propiedades mecánicas de las juntas de aluminio soldadas. En el presente trabajo se realizó la comparación, análisis de la microestructura y obtención de las propiedades mecánicas de juntas soldadas a tope de planchas de la aleación de aluminio AA5052-H32 de 3mm, mediante el proceso de fricción batido convencional y bajo alimentación continua de refrigerante. Se emplearon diversos parámetros de soldadura, como velocidad de rotación y avance, con el objetivo de obtener juntas sanas y sin defectos. Se evaluaron los cupones por inspección visual y examinación radiográfica y se seleccionaron los cupones con juntas sanas y sin defectos para realizar los ensayos. Se realizó microscopía óptica para comparar y analizar las regiones características de las zonas soldadas, así como ensayos de dureza y tracción a la sección de soldadura, para comparar y analizar ambos procesos realizados, así como con las propiedades del metal base. Se analizó también las superficies de fractura. Se obtuvieron juntas sanas y sin defectos a 1000 rpm y 100 mm/min empleando el proceso de soldadura por fricción batido convencional y a 1700 rpm y 80 mm/min en el proceso de soldadura bajo alimentación continua de líquido refrigerante. Se observó que el efecto de ésta última es reducir el crecimiento del tamaño de grano, lo cual resulta en una mejora de las propiedades mecánicas de la junta soldada comparada con el proceso de soldadura realizado por fricción batido convencional, obteniendo valores de resistencia a la tracción de 208.5 MPa en el caso de la soldadura por fricción batido convencional y de 217.3 MPa en la soldada bajo alimentación continua de líquido refrigerante, comparados con los 238.6 MPa en el metal base, lo que se refleja en una eficiencia del 87.4% y 91.1% respectivamente. Las probetas rompieron en el lado de retroceso (LR). Asimismo, se obtuvieron valores ligeramente mayores de dureza en la zona batida del cupón soldado bajo fricción batido con alimentación continua de líquido refrigerante y se confirmó que en la zona de menor dureza es en donde ocurre la fractura. Las superficies de fractura fueron examinadas y presentaron zonas características de fractura dúctil. / Tesis

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-15T21:51:15Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T14:33:16Z : No. of bitstreams: 1 180822.pdf: 4437436 bytes, checksum: dcfd2b34b65ec99170d49f17d4dfd5eb (MD5)

Na tentativa de produzir componentes cada vez mais leves e seguros a industria automotiva vem continuamente atualizando seus produtos no que diz respeito à associação de materiais, uso de uniões por solda, utilização de ligas leves em substituição de ligas de aço e etc. Três são os motivos básicos para estas mudanças: aumento da segurança dos passageiros, diminuição do consumo de combustível e redução os custos de produção. As ligas de alumínio, em sua maioria desenvolvidas para uso em tecnologia aeronáutica, vêm ganhando espaço também na produção de automóveis de passeio. Um dos maiores problemas apresentados pelas ligas de alumínio é a baixa soldabilidade dificultando a produção de componentes como os conhecidos Tailor Welded Blanks (TWB). TWB consiste em unir através de solda materiais de espessura e ou propriedades mecânicas diferentes formando uma geratriz para posterior estampagem de um componente Este trabalho inova confeccionando juntas a partir de chapas de espessuras diferentes (TWB) através de soldagem por fricção e mistura mecânica (SFMM) a partir de ligas de alumínio com velocidades de soldagem convencionais (1m/min) e em altas velocidades atingindo 5 e 10m/min dependendo da liga. Duas ligas de alumínio foram utilizadas, AA5754 (não tratável termicamente) e AA6181 (tratável termicamente). Foram realizados ensaios metalográficos, perfis de microdureza, ensaios de tração. Foram realizados também ensaios para levantamento de curvas limite de conformação através de ensaios de tração em corpos de prova etalhados e ensaios de estampabilidade. Os resultados mostram que o processo SFMM é adequado para soldas de espessuras diferentes em altas velocidades. Os ensaios de microdureza não apresentam as típicas variações observadas em processos de soldagem convencional, os testes mecânicos apresentam bons resultados, especialmente paras as juntas da liga AA6181 que em ambas as condições de soldagem apresentaram valores de tensão próximos aos valores do material de base. Os testes de estampagem mostram que as juntas da liga AA5754 apresentam desempenho superior ao material de base quando conformadas, desta forma provando que essa técnica pode ser utilizada para fabricação de geratrizes para estampagem de componentes.

Este trabalho tem por objetivo desenvolver um equipamento de ensaios para avaliar a vida de juntas soldadas, provenientes de tubulações para extração de petróleo, submetidas à corrosão-fadiga. Para atingir este objetivo foi estudado em que condições de corrosãofadiga uma tubulação esta exposta em alto mar sendo então definidos os parâmetros mais relevantes para serem reproduzidos em laboratório em corpos de prova menores. Nesta etapa foram definidos quais seriam os parâmetros de ensaio que o equipamento deveria atender. O equipamento foi construído para ensaiar uma junta soldada circunferencial por flexão a quatro pontos através de um sistema hidráulico com controle de carga com uma freqüência de 0,2 Hz e razão de carregamento, R=0,1. Para validar o equipamento foi usado um corpo de prova instrumentado com extensômetros resistivos para comparar o a carga calculada com a experimental e determinar se o nível de carregamento se mantêm constante ao longo dos ensaios. Foi levantada uma curva de fadiga com o equipamento desenvolvido e comparada com uma curva de fadiga feita ao ar do mesmo material em uma máquina servo hidráulica MTS.

Atualmente o uso de aços de alta resistência está fortemente difundido na indústria mecânica, principalmente em aplicações onde a redução de peso é importante, como por exemplo, a indústria de implementos rodoviários. Implementos mais leves permitem transportar maior carga líquida por viagem e consequentemente um menor consumo de combustível e menor liberação de gases poluentes na atmosfera. Este estudo visa analisar o comportamento microestrutural e mecânico de juntas soldadas através do processo GMAW com variação na energia de soldagem, simulando assim as variações na distância de arco durante o processo de soldagem manual, o qual é amplamente utilizado na produção de implementos rodoviários. Para este estudo foram utilizadas chapas metálicas de diferentes espessuras do aço de alta resistência e baixa liga S700MC tendo como parâmetro nominal de energia de soldagem os valores descritos pelo fornecedor. O processo de soldagem foi realizado com o auxílio de um sistema robotizado para manter a homogeneidade ao longo da junta e os ensaios para verificação do comportamento microestrutural foram realizados com auxílio de microscopia ótica, perfil de microdureza, ensaio de tração e ensaios de fadiga. Os resultados não mostraram significantes variações microestruturas e de microdureza, porém pode-se verificar que tanto a tensão de escoamento, tensão de ruptura e vida em fadiga possuem um comportamento diretamente proporcional a energia de soldagem. / Nowadays; high strength low alloys steels are largely applied in the mechanical industry, primarily in application that the most important issue is the weight reduction, for example, trailers industry. Light trailers can transport more liquid cargo per trip, using less fuel and releasing less emission in the atmosphere. In this investigation we analyzed the mechanical and microestructural behavior of joint welded by Gas Metal Arc Welding- GMAW with variations in the welding energy to simulating the variable distance between the arc welding during manual process, because this kind of process it is the most used at trailers production. For this investigation sheets with different thickness of S700MC high strength low alloy steel were used. The welding energy was varied around the nominal value informed by the steel supplier. The welding was made using a robot to ensure the right distance and position during the total weld joint length. The microestructural and mechanical investigation were realized with optic microscope, microhardness profile and tensile and fatigue test machines. The results did not show significant microestructural and microhardness variation, however, when the welding energy is increased, the yield strength, ultimate strength and fatigue life was increased as well.

Os aços inoxidáveis superduplex são indicados para uso em ambientes com alto teor de cloreto, como encontrados na indústria de petróleo e gás, onde se exige materiais que aliem boa resistência mecânica e excelente resistência à corrosão. No entanto, a soldagem inadequada destes materiais pode provocar a precipitação de fases indesejáveis que acarretam perda de tenacidade. Este trabalho tem como objetivo avaliar a tenacidade do aço inoxidável superduplex UNS S32760 soldado pelo processo GMAW, empregando transferência do metal por curto-Circuito controlado na raiz e pulsada nos passes de enchimento e acabamento, sob três diferentes misturas gasosas. Foi realizada a quantificação de fases (contagem de ferrita/austenita), por microscopia de luz, e avaliação da tenacidade por meio de ensaio Charpy. Os resultados obtidos mostraram que, apesar do seu uso ainda estar bastante incipiente na indústria, a soldagem pelo processo GMAW na versão não convencional tem condições de gerar juntas soldadas com qualidade e produtividade superiores ou equivalentes aos processos comumente adotados na soldagem desse material (GTAW, SMAW, FCAW). / The super duplex stainless steels are indicated for use in environments with high levels of chloride, as found in oil and gas industry, which requires materials that combine good mechanical strength and excellent corrosion resistance. However, the inadequate welding of these materials can cause the precipitation of undesirable phases that causes loss of toughness. This work aimed to evaluate the toughness of super duplex stainless steel UNS S32760 welded for GMAW process, using metal transfer by short-circuit controlled in root pass and pulsed in the filling and finishing pass under three different gas mixtures. It was performed to quantify phases (counting the ferrite / austenite), by optical microscopy, and evaluation of toughness by Charpy test. The results showed that, despite its use is still fairly nascent industry, the GMAW welding process in the no conventional version is able to produce welded joints with quality and productivity higher or equivalent to welding processes commonly used in such material (GTAW, SMAW, FCAW).

O uso da bicicleta tem sido difundido, tanto para atividades de lazer quanto para a prática de esportes. Este meio de transporte tem ocupado grande espaço na sociedade, principalmente naquelas mais numerosas - Índia e China, por exemplo. Da segunda metade do século XX para o presente, o estudo da fadiga ganhou relevância para buscar o entendimento/explicação para algumas falhas catastróficas que ocorreram neste período. O ciclismo não poderia ser diferente, acompanhou a evolução, tanto de técnica quanto de materiais. Apesar deste desenvolvimento algumas estruturas - quadros de bicicleta sofrem falhas durante o uso, apresentando trincas ou até mesmo entrando em colapso súbito. Os esforços gerados durante a prática do ciclismo de estrada diferem daqueles gerados durante a prática do mountain bike. Tendo como ponto de partida um quadro de bicicleta que falhou – trincou, no desenvolvimento do trabalho simula-se um carregamento capaz de avaliar a resistência da junta soldada de fácil reprodução em teste, retratando uma condição de uso. O comportamento da estrutura com o carregamento proposto foi simulado utilizando a técnica de elementos finitos. A tensão máxima localizada coincidiu com o ponto em que surgiu a falha no quadro analisado, a magnitude da tensão naquele ponto também foi avaliada. Aplicando-se o procedimento de cálculo para a vida em fadiga de uma estrutura, obteve-se um resultado de tensão que atingiu 40% do valor necessário para desencadear o processo – fadiga, naquele ponto. A análise confrontou a resistência do projeto com o carregamento proposto para verificar sua capacidade para absorver esforços da ordem ou superiores ao analisado. Sabe-se que ciclistas mais radicais poderiam valer-se da combinação deste carregamento com outras situações onde a massa do ciclista pode facilmente ser amplificada por efeitos dinâmicos, altas velocidades e obstáculos diversos. Esta condição adversa é complexa para ser reproduzida em uma simulação porque se desconhecem os valores relativos às deformações, assim como as velocidades, ângulos e movimentos que o ciclista possa estar realizando durante este tipo de uso, comumente verificado durante a prática do esporte – mountain bike. / The bicycle use has been diffused among the population in general, the people started to see it as a way of transport. It has been used both for transportation and for professional cyclists who use it as tool to reach their goals or to win bicycle races. The evolution, both on materials and cycling/bike riding techniques in the second half of last century has changed. In the other hand, fatigue cases which follow some disasters got some relevancy. The first goal was to find some explanation for what happened and how to avoid the problem – the crack, or in some cases the disaster. The cyclism followed the evolution, both on materials, on the road bikes and off-road bikes. Actually many riders know that some samples of bike frames have failed during use or even worse the crack appeared and the frame broke down suddenly. The discussion concerning the bicycle frame resistance doesn’t look finished. The cyclists demands are different. The loads encountered during cycling can be very different comparing on and off-road bikes – Road and Mountain Bike. The start point for the present work involved a sample of a Mountain Bike frame which had failed. The work development was to propose a kind of load which could test the fatigue strength of the material analyzed. The load proposed should be easy to simulate in finite element analysis – FEA, and it must reproduce a normal use condition. The the load were defined, the structure were simulated using a specific software – FEA. Finite element analysis. After the test the responses were collected. The primary goals were to find the location of the main tensile and its measurement in the frame. It coincided exactly with the crack in the real bike frame. Using the normal procedure to predict the fatigue life in the welded joint, the result reached 40% of the fatigue resistance for that joint, considering the load applied. The analysis compared the project resistance to the load to check its capacity to absorb loads igual or above the one which were used. Some riders that are more strength, those who can apply more than the load proposed or even those who are more radical in their way of riding could use the combination of these situations making the load easly amplified by dynamics effects, bumps and high speed for example. This hard condition of use is complex to be reproduced because there isn’t any information concerning strain, speed, angles and the montion that the rider could do when riding a mountain bike.

O presente trabalho teve como objetivo analisar o comportamento do crescimento de trinca em corpos de prova ensaiados a 538 °C retirados de uma junta soldada do aço 2 1/4 Cr 1 Mo de uma tubulação de 2,5 polegadas de espessura e 20 polegadas de diâmetro, que operou 100.000 horas a uma pressão de 115 kgf/cm2 (11,5 MPa). Foram comparadas as velocidades de propagação de trinca da zona afetada pelo calor, interface ZAC/metal de solda e metal de solda das juntas soldadas em função do fator de intensidade de tensões na ponta da trinca (K) e do fator não linear C*. Além dos ensaios em atmosfera normal, alguns testes de propagação de trinca em alta temperatura foram realizados com atmosfera inerte com o objetivo de avaliar a formação e a influência dos óxidos na velocidade de propagação da trinca. Os experimentos realizados incluem a avaliação metalográfica, fractográfica, ensaios de mecânica da fratura em alta temperatura e ensaios termogravimétricos. Os resultados indicaram que o material apresentou maior velocidade de propagação de trinca na região de interface ZAC/MS, para um mesmo valor de K e de C*, região esta onde foi encontrada uma mudança microestrutural acentuada; e que a atmosfera inerte de argônio não diminuiu a velocidade de propagação da trinca. / The aim of this present work is to characterize the crack growing behaviour in a welded joint of the 2 1/4 Cr, 1 Mo steel of a steam pipe, with 2,5 inches of thickness and 20 inches of diameter, that worked at 115 Kgf/cm2 (11 ,5 MPa) pressure for 100.000 hours. The cracking propagation rates were compared between heat affected zone, interface HAZ/weld and weld of a weld joint as a function of the K and C*. Also some tests of cracking propagation in high temperature were made with inert atmosphere with the objective of to analyse the influence of the oxides in the crack propagation rate. The performed experiment included metallographic evaluation, fractography, tests of fracture mechanics in high temperature and thermogravimetry tests. The results indicated that cracking showed more velocity in the region of interface of the HAZ/weld for a same K and C*, region where there was changes in the microstructure; and that the inert atmosphere didn't affect the cracking growth rate.