Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Maurílio Figueiredo (maurilioafigueiredo@yahoo.com.br) on 2014-10-24T21:17:57Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÂO_AvaliaçãoComportamentalAços.pdf: 7257895 bytes, checksum: 9565c24f4805e50501360db86fa65728 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2014-11-07T12:24:38Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÂO_AvaliaçãoComportamentalAços.pdf: 7257895 bytes, checksum: 9565c24f4805e50501360db86fa65728 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-07T12:24:38Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÂO_AvaliaçãoComportamentalAços.pdf: 7257895 bytes, checksum: 9565c24f4805e50501360db86fa65728 (MD5) Previous issue date: 2013 / Os aços utilizados na fabricação de tubos vêm sendo continuamente desenvolvidos com o objetivo de se elevar a resistência mecânica dos mesmos, mantendo-se adequada tenacidade e boa soldabilidade. Com isso, é possível empregar aços com menores espessuras, o que reduz o peso por comprimento de tubo, além de permitir o aumento da pressão de trabalho admissível para tubos de mesma espessura. Este trabalho avaliou as características comportamentais de tubos de aços API 5L, graus X52 e X70, soldados pelo processo ao arco elétrico com eletrodo revestido. Após corte das tubulações, na seção transversal, foram soldadas amostras com chanfro em V, empregando-se eletrodo AWS E6010 para passe de raiz e eletrodo AWS E7018 para passes de enchimento e acabamento. As juntas soldadas foram caracterizadas química, mecânica e metalograficamente. Os ensaios de tração e de dobramento indicaram baixo desempenho das soldas em função da má qualidade dos eletrodos, provavelmente pelo inadequado sistema de armazenamento. Foram realizados ensaios dureza/microdureza na região soldada além de ensaios não destrutivos. Os corpos de prova ensaiados foram analisados macro e, empregando-se microscopia eletrônica de varredura, microfratograficamente. __________________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: Steels used in the manufacture of pipes are being continually developed with the objective of raising the strength of the same, keeping adequate toughness and good weldability. This makes it possible to employ steel with smaller thickness, which reduces the weight per length of pipe and also allows increased allowable working pressure for tubes of equal thickness. This study evaluated the behavioral characteristics of steel pipes API 5L X52 and X70 grades, welded by the electric arc process with coated electrodes. After cutting of pipes in cross section, were welded with V-groove samples using AWS E6010 electrode for root pass and electrode AWS E7018 for filling and finishing passes. The welded joints were characterized chemical, mechanical and metallographically. The tensile and bending tests indicated poor performance of welds due to the poor quality of the electrodes, probably due to inappropriate storage system. Assays were performed hardness / microhardness in the weld region. The specimens were tested and analyzed macro, using scanning electron microscopy, microfractografically.

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.

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.

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.

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.

Este estudo apresenta uma investigação sobre a possibilidade de adotar o processo de solda por agitação e fricção, ou \"friction stir welding\" em substituição ao processo usual de fixação por rebitagem, na construção de um painel de fuselagem aeronáutica de dimensões compatíveis com uma aeronave regional com capacidade aproximada de cinqüenta assentos. A investigação avalia aspectos técnicos de engenharia, tais como capacidade de unir materiais heterogêneos, resistência mecânica, vida em fadiga da estrutura, aspectos de produtividade e custos associados. O processo de solda por agitação e fricção ocorre em estado sólido, não requer a introdução de um terceiro material ou qualquer tipo de arco elétrico ou atmosfera de gás inerte. Os materiais a serem unidos não atingem o ponto de fusão, mas são submetidos à severa deformação plástica, sendo misturados sem que haja fusão. As características mecânicas resultantes dos componentes soldados são equivalentes ou superiores às características dos componentes rebitados. Sob o ponto de vista econômico, existem ganhos em redução de custos de mão de obra e aumento na velocidade de produção, quando comparado ao processo de rebitagem. / This study presents an investigation about the possibility of use friction stir welding process to replace the usual riveting process to build an aeronautic fuselage panel which has its dimensions compatible to a fifty seats regional aircraft. The investigation evaluates engineering technical aspects as the capability to join dissimilar materials, the mechanical strength, structure\'s fatigue life, productivity aspects and associated costs. Friction stir welding is a solid state process where a third material deposition is not required, as well is not required any electric arc or inert gas atmosphere. The materials to be joined do not reach the fusion point, but are subjected to severe plastic deformation, being mixed without melting. The mechanical behavior of welded components is equivalent or better than the behavior of riveted components. From financial standpoint, there are benefits on labor costs reduction and increased production rate, when compared to the riveting process.

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.