Desde meados do século XX, métodos analíticos, numéricos e experimentais foram utilizados para quantificar a eficiência térmica na soldagem a arco, isto é, a razão entre a energia do arco elétrico e a energia que é entregue ao material durante a soldagem. Conhecendo-se a eficiência térmica, as dimensões da chapa e as propriedades térmicas do metal de base, torna-se possível prever as taxas e tempos de resfriamento a partir de modelo analíticos. Consequentemente, permitindo a previsão das transformações de fase, garantindo que os valores das propriedades da junta soldada se enquadrem dentro de um intervalo desejado. Os modelos de previsão de taxa de resfriamento derivados a partir dos modelos analíticos de Rosenthal são validos apenas no regime quase estacionário. Todavia, estes modelos costumam ser utilizados com pouco critério, mesmo em situações em que este regime não é alcançado. Portanto, para o desenvolvimento de modelos mais precisos e acurados para previsões das taxas de resfriamento, torna-se necessário entender como os termos do balanço de energia se desenvolvem durante a soldagem, até atingir o regime quase estacionário. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um entendimento mais abrangente dos fatores que impactam nos valores de taxas de resfriamento em juntas soldadas. Realizaram-se ensaios de calorimetria com nitrogênio líquido para diferentes tempos de soldagem, como também, foram coletados ciclos térmicos em diferentes posições ao longo do cordão, buscando entender como as variações no balanço de energia, ao longo da soldagem, impactam no material. A partir da Metodologia de Superfície de Resposta, foram obtidos os modelos empíricos da energia entregue ao material e da eficiência térmica do arco. Um novo entendimento acerca do balanço de energia na soldagem foi alcançado, servindo de base para o desenvolvimento e validação de um modelo preditivo de taxa de resfriamento, válido para diferentes condições de fluxo de energia no material. / Since the early 20th century, numerical and experimental methods have been used to quantify the thermal arc efficiency in welding, i.e., the ratio between the electric arc energy and the energy delivered to the material during welding. Knowing the thermal arc efficiency, the sample dimensions and the thermal properties of the base metal, it is possible to predict the cooling rates by analytical models. Consequently, allowing the prediction of phase transformations in the material, ensuring that values of welded joint properties are within a desired range. Cooling rate prediction models derived from Rosenthal\'s analytical models are valid only in quasi-stationary state. However, these models are used with little criterion, even in situations where this state is not achieved. Therefore, to development of more accurate and precise models for the prediction of cooling rate it become necessary to understand the evolution of the energy balance during the welding until the quasi-stationary state was reached. This work aims to develop a more comprehensive understanding of the factors that affect the cooling rate in welded joints. Calorimetry tests with liquid nitrogen were carried out for different welding times, and thermal cycles were collected at different positions along the weld bead, to understand how the variations in the energy balance during the welding affect the material. From the Response Surface Methodology, the empirical models of delivered energy and the thermal arc efficiency were obtained. A new understanding about the energy balance in the welding was found, that was used for the development and validation of a predictive model of cooling rate, valid for different condition of energy flow in the material.

Neste trabalho foi feito o estudo sobre o efeito de elementos microligantes na composição química, microestrutura e propriedades mecânicas de metais como soldado produzidos por arco submerso com adição de pó de ferro em aço de alta resistência e baixa liga (ARBL). Foram feitos dois cordões de solda utilizando os aços BS - 4360 - 50 e USI - SAC - 50, o arame EM - 12K, o pó de ferro ESAB 400 e o fluxo experimental 10.71P. Utilizando-se a corrente de 600 A, tensão de 34 V, velocidade de soldagem de 30 cm/min e vazão de pó de ferro de 6,7 Kg/h foram produzidos os metais como soldado com um único passe e chanfro em \"V\", que mostraram características de boa temperabilidade e estrutura refinada. O microconstituinte em maior porcentagem nos dois cordões de solda foi a ferrita acicular. Os ensaios mecânicos realizados foram a dureza, tração e impacto. O cordão de solda com nióbio e vanádio obteve maiores valores de dureza e resistência à tração em relação ao cordão com cobre, cromo e níquel. Entretanto os altos teores de manganês presentes fizeram com que o endurecimento por solução sólida reduzisse significativamente a resistência ao impacto dos dois cordões de solda. A natureza das inclusões não metálicas foi investigada por microscopia eletrônica e análise por EDAX. / The study of the effect of microalloying elements in the chemical composition, microstructure and mechanical properties of the as-welded metaIs obtained by submerged are welding with iron powder addition in High Strength Low Alloy (HSLA) steel were done. Two weld metaIs were made using, BS - 4360 - 50 and USI - SAC - 50 steels, EM - 12K wire, ESAB 400 iron powder and 10.71P experimental flux. Using welding current of 600 A, arc voltage of 34 V, travel speed of 30 cm/min and iron powder flow of 6,7 Kg/h were obtained as-welded metals by single pass into V - groove, that showed good hardenability and refined microstructure. The higher percentage microstructure in the two weld metals was the acicular ferrite. The mechanical tests done were hardness, tensile strength and impact. The weld metal with niobium and vanadium achieve better values of hardness and yield strength than with copper, chromium and nickel weld metal. However, the hardening by solid solution, induced by the high levels of manganese, decreased the impact strength of the two weld metaIs. The non - metallic inclusions nature was investigated by electronic microscopy and EDAX analysis.

Neste trabalho foi feito o estudo sobre o efeito de elementos microligantes na composição química, microestrutura e propriedades mecânicas de metais como soldado produzidos por arco submerso com adição de pó de ferro em aço de alta resistência e baixa liga (ARBL). Foram feitos dois cordões de solda utilizando os aços BS - 4360 - 50 e USI - SAC - 50, o arame EM - 12K, o pó de ferro ESAB 400 e o fluxo experimental 10.71P. Utilizando-se a corrente de 600 A, tensão de 34 V, velocidade de soldagem de 30 cm/min e vazão de pó de ferro de 6,7 Kg/h foram produzidos os metais como soldado com um único passe e chanfro em \"V\", que mostraram características de boa temperabilidade e estrutura refinada. O microconstituinte em maior porcentagem nos dois cordões de solda foi a ferrita acicular. Os ensaios mecânicos realizados foram a dureza, tração e impacto. O cordão de solda com nióbio e vanádio obteve maiores valores de dureza e resistência à tração em relação ao cordão com cobre, cromo e níquel. Entretanto os altos teores de manganês presentes fizeram com que o endurecimento por solução sólida reduzisse significativamente a resistência ao impacto dos dois cordões de solda. A natureza das inclusões não metálicas foi investigada por microscopia eletrônica e análise por EDAX. / The study of the effect of microalloying elements in the chemical composition, microstructure and mechanical properties of the as-welded metaIs obtained by submerged are welding with iron powder addition in High Strength Low Alloy (HSLA) steel were done. Two weld metaIs were made using, BS - 4360 - 50 and USI - SAC - 50 steels, EM - 12K wire, ESAB 400 iron powder and 10.71P experimental flux. Using welding current of 600 A, arc voltage of 34 V, travel speed of 30 cm/min and iron powder flow of 6,7 Kg/h were obtained as-welded metals by single pass into V - groove, that showed good hardenability and refined microstructure. The higher percentage microstructure in the two weld metals was the acicular ferrite. The mechanical tests done were hardness, tensile strength and impact. The weld metal with niobium and vanadium achieve better values of hardness and yield strength than with copper, chromium and nickel weld metal. However, the hardening by solid solution, induced by the high levels of manganese, decreased the impact strength of the two weld metaIs. The non - metallic inclusions nature was investigated by electronic microscopy and EDAX analysis.