Os processos de união por soldagem entre peças e componentes metálicos são indispensáveis para nossa realidade tecnológica. O processo de soldagem por fricção com pino consumível conhecido como FHPP (Friction Hydro Pillar Processing) é um processo desenvolvido recentemente que ocorre no estado sólido através da fricção entre dois materiais e, com isso, reúne algumas vantagens sobre os processos convencionais de soldagem por fusão. Esta técnica apresenta grande potencial de aplicação na indústria de óleo e gás visando reparos de trincas e descontinuidades em equipamentos e estruturas de aços em geral. Apesar do grande potencial desta técnica, o estudo sobre a sua aplicação para produzir juntas com materiais dissimilares ainda é escasso se comparado com outras técnicas de soldagem. Desta forma, este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento e a análise de juntas soldadas utilizando pinos com adição de níquel em chapas de aço com manganês, visando determinar a combinação entre material de pino e parâmetros de soldagem que forneça a junta com melhores características mecânicas e metalúrgicas. Os parâmetros de soldagem que variaram foram: velocidade de rotação e a força axial. Os materiais utilizados nos conjuntos soldados foram chapas de aço ao manganês, classificadas comercialmente como ASTM A516 grau 70, e barras de aço baixo carbono com adição de 3, 6 e 9% de níquel. A análise realizada sobre as juntas abrangeu a caracterização da microestrutura e das propriedades de dureza das regiões específicas da solda além dos ensaios mecânicos de dobramento, tração com micro-amostras e de tenacidade à fratura através do parâmetro CTOD. Todas as soldas tiveram bom preenchimento, porém alguns materiais de pino não proporcionaram boa ductilidade durante o dobramento. As falhas ocorridas durante o dobramento juntamente com os estudos da tenacidade à fratura na zona de ligação mostraram que o acúmulo de inclusões nesta região representa degradação das propriedades mecânicas localmente. Os ensaios de tração com micro-amostras indicam aumento da resistência mecânica na região do material depositado do pino e os valores de CTOD no material termomecânicamente afetado são significativamente maiores do que na zona de ligação, porém não alcançam os valores obtidos nos materiais como não processados. / The processes of union by welding between parts and metallic components are indispensable for our technological reality. The Friction Hydro Pillar Processing (FHPP) process is a newly developed process that occurs in the solid state through friction between two materials and thus has some advantages over conventional fusion welding processes. This technique presents great potential of application in the oil and gas industry aiming repairs of cracks and discontinuities in equipment and steel structures in general. Despite the great potential of this technique, the study of its application to produce joints with dissimilar materials is still scarce compared to other welding techniques. The aim of this work is the development and analysis of welded joints using rod with nickel addition in steel sheets with manganese, in order to determine the combination of rod material and welding parameters that provides the joint with better mechanical and metallurgical characteristics. The welding parameters that varied were: speed of rotation and axial force. The materials used in the welded assemblies were manganese steel plates, commercially classified as ASTM A516 grade 70, and low carbon steel with addition of 3, 6 and 9% nickel. The analysis of the joints included the characterization of the microstructure and the hardness properties of the specific regions of the weld in addition to the bend test, micro-tensile test and fracture toughness through the parameter CTOD. All welds were well filled, however, some rod materials did not provide good ductility during bend test. The failures during folding together with the fracture toughness studies in the bonding zone showed that the accumulation of inclusions in this region represents degradation of the mechanical properties locally. The micro-tensile test indicate increased mechanical strength in the region of the deposited material of the rod and the values of CTOD in the thermomechanically affected material are significantly higher than in the bonding zone, but do not reach the values obtained in the unprocessed material.

Este estudo tem por objetivo avaliar a possibilidade de confeccionar juntas soldadas pelo processo de soldagem por fricção com pino consumível (Friction Hydro Pillar Processing), em aço classificado como grau R4 de acordo com a norma IAC W22. As juntas soldadas foram produzidas com três diferentes forças axiais: 30 kN, 45 kN e 60 kN, e após a soldagem, submetidos a três diferentes tempos de tratamento térmico de revenimento: uma hora, duas horas e quatro horas, na temperatura de 650 C. A microestrutura predominantemente martensítica resultante destes processos, foi caracterizada através de microscopia óptica, e de um mapeamento de microdureza Vickers. As soldas tiveram suas zonas afetadas pelo processo mensuradas através do software de análise de imagens ImageJ, sendo observadas maiores zonas para menores forças axiais empregadas. Caracterizou-se ainda, o nível de tensões residuais oriundos do processo de soldagem através do método de difração de nêutrons, para uma solda produzida com força axial de 45 kN, em duas diferentes condições, no estado de como soldado e com revenimento de quatro horas após a soldagem. Com os resultados obtidos neste trabalho pode-se concluir que as juntas soldadas com a força de 60 kN apresentaram a melhor combinação de propriedades avaliadas, que são, um menor tamanho de zonas afetadas pelo processo, e manteve um bom nível de dureza mesmo após o revenimento. Todas as juntas soldadas apresentaram uma ótima união metalúrgica, e os diferentes tempos de tratamento térmico empregados promoveram alterações microestruturais e nas propriedades do material já esperadas para o tratamento térmico de revenimento. / The aim of this study is to evaluate the possibility of making joints welded by Friction Hydro Pillar Processing, in steel grade R4 according to IAC W22. The repairs were produced with three different axial forces: 30 kN, 45 kN and 60 kN, and after welding, subjected to three different tempering heat treatment times: one hour, two hours and four hours, at a temperature of 650 C. The predominantly martensitic microstructure resulting from these processes was characterized by optical microscopy and a Vickers microhardness mapping. The welds had their zones affected by the process measured through the ImageJ image analysis software, with larger zones being observed for smaller axial forces employed. It was also characterized the level of residual stresses from the welding process, through the neutron diffraction method, for a weld produced with axial force of 45 kN, in two different conditions, as welded and annealing for four hours after welding. With the results obtained in this work it can be concluded that the welded joints with the force of 60 kN presented the best combination of evaluated properties, which are, a smaller size of zones affected by the process, and maintained a good level of hardness even after the annealing. All the welded joints presented an excellent metallurgical bonding, and the different times of thermal treatment employed promoted microstructural changes and in the properties of the material already expected for the heat treatment of annealing.

Friction Spot Welding (FSpW) é um processo de solda ponto por fricção, que opera na fase sólida do material e permite unir duas ou mais chapas de metal sobrepostas. Além de ser bastante usado para soldar materiais leves, ele também é aplicável a qualquer material que apresente boa plasticidade. Neste trabalho são analisados dois materiais: AA Alclad 2024-T351 e AA 2024-T351, diferindo entre si no uso, ou não, da camada de proteção contra a corrosão (Alclad). As uniões são feitas sob os mesmos parâmetros do processo, previamente estudados para o material com Alclad. Dois parâmetros são utilizados: um dito ótimo, capaz de produzir soldas com bom desempenho mecânico e reprodutibilidade e um segundo, dito insuficiente, por produzir soldas de baixo desempenho mecânico e baixa reprodutibilidade. Pretende-se, com este trabalho, avaliar os efeitos que a camada Alclad pode acarretar nas juntas soldadas, em seu desempenho mecânico, no modo de fratura, na microestrutura e na geometria da junta. Os resultados apresentam uma grande influência do Alclad, tendo em vista que durante o processo o recobrimento migra das superfícies das chapas para o centro da solda. Assim, uma interface deste material, que possui baixa resistência mecânica, é criada, influenciando negativamente o desempenho da junta e alterando o modo de fratura. O principal escopo desta dissertação é realizar uma análise da fratura do ensaio de cisalhamento, com o uso do método de elementos finitos. Portanto, fazse necessário estudar e desenvolver um modelo numérico capaz de representar a nucleação, coalescimento, formação de uma ou mais trincas e a consequente propagação até a fratura do corpo. Para a realização da análise utilizou-se o modelo numérico de fratura Johnson-Cook (JC), o qual expressa a tensão equivalente como uma função da deformação plástica, da taxa de deformação e da temperatura. Realizou-se, ainda, um estudo acerca das teorias do Continuum Damage Mechanics (CDM), bem como se fez necessário obter novos parâmetros para o modelo, que descrevessem o fenômeno e o material. Nesse sentido, serão realizadas duas análises, sendo que a primeira considera o efeito da camada de Alclad e, a segunda, considera uma solda livre de defeitos. Espera-se identificar os locais em que trinca é nucleada e analisar a resposta da junta, passo a passo, durante a propagação da trinca, até a fratura completa do corpo. E, por fim, avaliar a interferência no modelo numérico da presença da camada contra a corrosão Alclad. / Friction Spot Welding (FSpW) is a friction spot weld process, it operates in the solid-state of the material and allows joining two or more sheets in overlap configuration. It is used to join light weight materials, also is suitable to any material that shows good ductility. In this work two different materials are analyzed AA Alclad 2024-T351 e AA 2024-T351, between them the use, or not, of the corrosion protection layer Alclad. The welds are made under the same process parameters previously studied to the material with Alclad. Two parameters are utilized: the first one is the optimum parameter capable to produce welds with good mechanical performance and reproducibility, and another one inadequate because it produces joins with poor mechanical response and reproducibility. It is intended with this work, to evaluate the effects that the Alclad layer can cause in the welds, in its mechanical performance, fracture mode, microstructure and geometry of the join. The results showed a considerable influence of the Alclad, considering that during the process, it migrates from the sheet surface to the center of the weld. Thus, an interface of this material, that has a very low hardness, is created, influencing negatively the performance of the weld and changing the fracture mode. The aim of this dissertation is to perform an analysis of the fracture from the lap shear test, using the finite element method. Therefore, becomes necessary study and develop a numerical model capable to represent the nucleation, coalescence, formation of one or more cracks and, the consequent propagation until the fracture of the body. To perform the analysis it was used the numerical model of fracture called Johnson-Cook (JC), which expresses the equivalent stress as a function of the plastic deformation, the strain rate and the temperature. It was also made a study about the Continuum Damage Mechanics (CDM) theories, and it was necessary to obtain new parameters for the model, that describe the phenomenon and the material. In this sense, it will be performed two analyses, and the first considers the Alclad layer and, the second, considers a weld without defects. It is expected to identify the places where the crack nucleated, and analyze the behavior of the weld, step by step, during the crack propagation, until the complete fracture of the component. And, finally, evaluate the interference in the numerical model of the presence of the protection corrosion layer Alclad.

As ligas de alumínio AA2024 e AA7050 tradicionalmente são utilizadas na fabricação de estruturas da fuselagem e da asa de aeronaves. Normalmente, a união dos componentes dessas estruturas é realizada por rebites, já que processos de soldagem com fusão produziriam defeitos indesejáveis. O processo de soldagem por fricção linear com mistura ou Friction Stir Welding (FSW) é uma alternativa à união de chapas de ligas de alumínio por rebites haja vista que não há fusão do material durante a união. No presente trabalho estudou-se o comportamento eletroquímico e a caracterização microestrutural de uma junta sobreposta, composta por um perfil extrudado da liga AA7050-T76511 e uma chapa da liga AA2024-T3, ambos previamente anodizados, soldada por fricção linear com mistura. O comportamento eletroquímico foi avaliado através da utilização da Técnica de Varredura com Eletrodo Vibratório (SVET), medidas do potencial de corrosão e curvas de voltametria cíclica em solução de 0,1 M de NaCl. Correntes anódicas mais intensas foram medidas na região da solda e ainda verificou-se que esta possui menores potenciais de pite e corrosão do que ambas as ligas. Também foi constatada a presença de corrosão intercristalina em ambas as ligas e na região da solda, porém com maior severidade na liga AA2024-T3. / AA2024 and AA7050 aluminum alloys are traditionally used in the manufacture of fuselage structures and aircrafts wings. Usually, the component union of these structures is made using rivets since weld process with melting will produce unwanted defects. The Friction Stir Welding (FSW) process is an alternative way to replace the traditional rivet union of aluminum alloys in the aeronautical and aerospace industries since the material does not melt during the joint. In the present work it has been studied the electrochemical behavior and microstructural characterization of a lap joint composed of an extruded profile of AA7050-T76511 alloy and a sheet of AA2024-T3 alloy, both of them previously anodized and jointed by friction stir welding. The electrochemical behavior was evaluated by means of Scanning Vibrating Electrode Technique (SVET), measurements of the corrosion potential and cyclic voltammetry in 0,1 M NaCl. Higher anodic currents were found in the weld region, moreover this region has the lowest pit and corrosion potential. Intercrystalline corrosion was found in both alloys and in the weld region, with the highest intensity in the AA2024-T3 alloy.

Os processos de soldagem por atrito apresentam diversas vantagens na união de materiais metálicos. O Friction Hydro Pillar Processing (FHPP) é um processo recente utilizado para fabricação e reparo de estruturas, que surge como uma alternativa à soldagem convencional. As interfaces das soldas FHPP são geralmente as partes mais suscetíveis à falha, devido à concentração de defeitos e microestrutura heterogênea. Por ser uma técnica recente e pouco difundida é importante avaliar as juntas soldadas por esse processo. Diante desse contexto, este trabalho teve como objetivo analisar os resultados macro e microestruturais de um aço C-Mn submetido ao processo FHPP, utilizando-se diferentes parâmetros, e relacioná-los com o perfil de microdureza. Além disso, avaliar a tenacidade ao impacto nas regiões de interface da solda e no material base. Para isso, foram realizados estudos metalográficos e perfis de microdureza Vickers em diferentes regiões das soldas. Complementarmente foram ensaiadas as interfaces das soldas que obtiveram os melhores resultados, através do ensaio Charpy, para avaliação de tenacidade ao impacto. Durante a soldagem foram utilizadas diferentes forças axiais e de recalque, obtendo como resultados variações, principalmente, nas interfaces soldadas. As alterações visualizadas nas interfaces, geraram uma tenacidade ao impacto menor do que a do material base. Esse fato pode ser atribuído, principalmente, porque o material base apresentou uma microestrutura predominantemente ferrítica, enquanto as interfaces soldadas apresentaram microestruturas heterogêneas, com presença de ferrita acicular, ferrita de Widmanstätten, martensita revenida e bainita. / Friction welding processes offer several advantages to join metallic materials. Friction Hydro Pillar Processing (FHPP) is a recent process used to manufacture and repair of underwater structure, emerging as an alternative for the conventional welding. FHPP welding interface are generally most susceptible to failure due to its heterogeneous microstructure and defects concentration. As FHPP is a quite recent little known technic, evaluate joints welded by this process is important. In this context, this study objective is to analyze macro and microstructural results of a C-Mn steel welded under different FHPP process parameters, and relate this results to a microhardness profile. Besides that, evaluate welding interface and base material impact toughness. To do that, metallographic analysis and microhardness profiles were done in different regions of the welded joint. In addition welded interfaces with the best results were Charpy tested for impact toughness evaluation. Different axial and forging forces were used, achieving macro and microstructural variations mainly in welded interface as a result. These variations caused interface to have lower impact toughness than base material. It can be explained by the base material mainly ferritic structure, whilst welded interface showed heterogeneous microstructures with acicular ferrite, Widmantätten ferrite, tempered martensite and bainite.

Friction Spot Welding (FSpW) é um processo de solda ponto por fricção, que opera na fase sólida do material e permite unir duas ou mais chapas de metal sobrepostas. Além de ser bastante usado para soldar materiais leves, ele também é aplicável a qualquer material que apresente boa plasticidade. Neste trabalho são analisados dois materiais: AA Alclad 2024-T351 e AA 2024-T351, diferindo entre si no uso, ou não, da camada de proteção contra a corrosão (Alclad). As uniões são feitas sob os mesmos parâmetros do processo, previamente estudados para o material com Alclad. Dois parâmetros são utilizados: um dito ótimo, capaz de produzir soldas com bom desempenho mecânico e reprodutibilidade e um segundo, dito insuficiente, por produzir soldas de baixo desempenho mecânico e baixa reprodutibilidade. Pretende-se, com este trabalho, avaliar os efeitos que a camada Alclad pode acarretar nas juntas soldadas, em seu desempenho mecânico, no modo de fratura, na microestrutura e na geometria da junta. Os resultados apresentam uma grande influência do Alclad, tendo em vista que durante o processo o recobrimento migra das superfícies das chapas para o centro da solda. Assim, uma interface deste material, que possui baixa resistência mecânica, é criada, influenciando negativamente o desempenho da junta e alterando o modo de fratura. O principal escopo desta dissertação é realizar uma análise da fratura do ensaio de cisalhamento, com o uso do método de elementos finitos. Portanto, fazse necessário estudar e desenvolver um modelo numérico capaz de representar a nucleação, coalescimento, formação de uma ou mais trincas e a consequente propagação até a fratura do corpo. Para a realização da análise utilizou-se o modelo numérico de fratura Johnson-Cook (JC), o qual expressa a tensão equivalente como uma função da deformação plástica, da taxa de deformação e da temperatura. Realizou-se, ainda, um estudo acerca das teorias do Continuum Damage Mechanics (CDM), bem como se fez necessário obter novos parâmetros para o modelo, que descrevessem o fenômeno e o material. Nesse sentido, serão realizadas duas análises, sendo que a primeira considera o efeito da camada de Alclad e, a segunda, considera uma solda livre de defeitos. Espera-se identificar os locais em que trinca é nucleada e analisar a resposta da junta, passo a passo, durante a propagação da trinca, até a fratura completa do corpo. E, por fim, avaliar a interferência no modelo numérico da presença da camada contra a corrosão Alclad. / Friction Spot Welding (FSpW) is a friction spot weld process, it operates in the solid-state of the material and allows joining two or more sheets in overlap configuration. It is used to join light weight materials, also is suitable to any material that shows good ductility. In this work two different materials are analyzed AA Alclad 2024-T351 e AA 2024-T351, between them the use, or not, of the corrosion protection layer Alclad. The welds are made under the same process parameters previously studied to the material with Alclad. Two parameters are utilized: the first one is the optimum parameter capable to produce welds with good mechanical performance and reproducibility, and another one inadequate because it produces joins with poor mechanical response and reproducibility. It is intended with this work, to evaluate the effects that the Alclad layer can cause in the welds, in its mechanical performance, fracture mode, microstructure and geometry of the join. The results showed a considerable influence of the Alclad, considering that during the process, it migrates from the sheet surface to the center of the weld. Thus, an interface of this material, that has a very low hardness, is created, influencing negatively the performance of the weld and changing the fracture mode. The aim of this dissertation is to perform an analysis of the fracture from the lap shear test, using the finite element method. Therefore, becomes necessary study and develop a numerical model capable to represent the nucleation, coalescence, formation of one or more cracks and, the consequent propagation until the fracture of the body. To perform the analysis it was used the numerical model of fracture called Johnson-Cook (JC), which expresses the equivalent stress as a function of the plastic deformation, the strain rate and the temperature. It was also made a study about the Continuum Damage Mechanics (CDM) theories, and it was necessary to obtain new parameters for the model, that describe the phenomenon and the material. In this sense, it will be performed two analyses, and the first considers the Alclad layer and, the second, considers a weld without defects. It is expected to identify the places where the crack nucleated, and analyze the behavior of the weld, step by step, during the crack propagation, until the complete fracture of the component. And, finally, evaluate the interference in the numerical model of the presence of the protection corrosion layer Alclad.

O presente trabalho avalia a evolução das microestruturas e das propriedades mecânicas em tubos API 5L X65 soldados por fricção com auxílio de um anel centralizador na posição de topo. A soldagem foi realizada em tubos de 114,3 mm (4,5’’) de diâmetro nominal e 8 mm de espessura. A avaliação mecânica foi realizada segundo normas ASTM para os ensaios de tração, dobramento de raiz, dobramento de face, ensaio de impacto Charpy V e perfis de microdurezas. Os ensaios de fadiga foram realizados para análise da vida em fadiga das juntas soldadas. Os ensaios mecânicos realizados comprovam que houve a união metalúrgica dos materiais, sendo registradas regiões com defeitos de falta de adesão o que prejudicou as propriedades mecânicas ocasionando rupturas com baixa ductilidade nas interfaces de soldagem nestes locais. Nos resultados dos ensaios de microdurezas houve um pequeno aumento das microdurezas registradas próximo às interfaces de soldagem e uma redução nas microdurezas registradas nas regiões de ZACs. Os resultados do ensaio de impacto Charpy -20 °C foi aceitável segundo a norma API 5L. As microestruturas formadas nas interfaces de soldagem são compostas por ferrita de Widmanstätten e ferrita poligonal com crescimento de grão quando comparado com o tamanho de grão do material de base. Nas regiões de ZACs houve um reordenamento de carbonetos aliado a refino de grão sendo registrada uma redução nas microdurezas destas regiões. / This paper assesses the evolution of microstructures and mechanical properties in pipes API 5L X65 welded by friction with the aid of centering ring on top position. The welding was performed in tubes of 114.3 mm (4.5'') nominal diameter and 8 mm in thickness. The mechanical evaluation was performed according to ASTM standards for tensile, root bending, face folding, Charpy V impact test and microhardness profile. Fatigue tests were performed to analyze the fatigue life of the welded joints. The mechanical tests prove that there was a metallurgical union of the materials, regions with lack of adhesion defects being recorded which affected the mechanical properties causing fractures with low ductility in the weld interfaces in these places. Microhardness test results registered a small increase in the microhardness near the weld interfaces and a reduction in the microhardness recorded in the HAZ regions. The results of the Charpy impact test at -20°C was acceptable according to API 5L. The microstructures formed at the weld interfaces are composed of Widmanstatten ferrite and polygonal ferrite with grain growth when compared to the grain size in the base material. In HAZ regions there was a reorganization of carbides combined with grain refinement, with a reduction in microhardness of these regions being registered.

O processo de soldagem por fricção com pino consumível possui como campo de aplicação a área de reparo e manutenção de estruturas. Por ser uma técnica desenvolvida recentemente, o conhecimento relativo à sua aplicação ainda não está completamente fundamentado. Dessa forma é necessário que se entenda o comportamento das juntas soldadas para determinar a viabilidade de sua utilização. Atualmente uma das ferramentas existentes para isso é o emprego dos conceitos de mecânica da fratura, que possibilitam a determinação de valores quantitativos de tenacidade. A partir disso objetiva-se identificar qual é a resposta frente à tenacidade à fratura que diferentes materiais desempenham quando soldados por fricção com pino consumível. No presente trabalho foi utilizada cpmo parâmetro de análise a medição de tenacidade à fratura pelo método de CTOD (Crack Tip Opening Displacement) em juntas soldadas com diferentes materiais de pino consumível e metal base. Essas medições concentraram-se nos materiais originais do pino, do metal de base e na região adjacente à interface lateral das juntas. Os materiais estudados foram o aço BS EN10025, os inoxidáveis austeníticos AISI 316L e ASTM F138, e o duplex UNS S31803. Adicionalmente foram realizadas análises fractográfica, macro e microestrutural, bem como ensaios de microdureza visando o entendimento do comportamento das juntas soldadas. Os resultados de CTOD indicaram que as microestruturas originadas com a soldagem, bem como a presença de inclusões de MnS, influenciam significativamente a tenacidade. / The Friction Hydro Pillar Processing has as a field of application in the area of repair and maintenance of structures. However as it is a technique developed recently, knowledge on its application is not fully established. Thus, it is necessary to understand the behavior of the joints in order to determine the feasibility of use. Nowadays one of the existing tools for this is the use of the concepts of fracture mechanics that allow the determination of quantitative values of toughness. From that this work aims to analyse fracture toughness in different materials welded by Friction Hydro Pillar Process. The analysis of fracture toughness was performed by the method CTOD (Crack Tip Opening Displacement) in samples welded with different materials of stud and base material. These measurements were concentrated in the original materials of and the interface zone of the welds. The materials investigated were BS EN10025, austenitic stainless steels AISI 316L and ASTM F138, the duplex stainless steel UNS S31803. Additionally were performed macro and microstructural characterization and microhardness tests aimed to understanding the behavior of joints. The CTOD results indicated that the microstructures as well as the presence of MnS inclusions significantly influence the toughness.

Os processos de união por soldagem entre peças e componentes metálicos são indispensáveis para nossa realidade tecnológica. O processo de soldagem por fricção com pino consumível conhecido como FHPP (Friction Hydro Pillar Processing) é um processo desenvolvido recentemente que ocorre no estado sólido através da fricção entre dois materiais e, com isso, reúne algumas vantagens sobre os processos convencionais de soldagem por fusão. Esta técnica apresenta grande potencial de aplicação na indústria de óleo e gás visando reparos de trincas e descontinuidades em equipamentos e estruturas de aços em geral. Apesar do grande potencial desta técnica, o estudo sobre a sua aplicação para produzir juntas com materiais dissimilares ainda é escasso se comparado com outras técnicas de soldagem. Desta forma, este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento e a análise de juntas soldadas utilizando pinos com adição de níquel em chapas de aço com manganês, visando determinar a combinação entre material de pino e parâmetros de soldagem que forneça a junta com melhores características mecânicas e metalúrgicas. Os parâmetros de soldagem que variaram foram: velocidade de rotação e a força axial. Os materiais utilizados nos conjuntos soldados foram chapas de aço ao manganês, classificadas comercialmente como ASTM A516 grau 70, e barras de aço baixo carbono com adição de 3, 6 e 9% de níquel. A análise realizada sobre as juntas abrangeu a caracterização da microestrutura e das propriedades de dureza das regiões específicas da solda além dos ensaios mecânicos de dobramento, tração com micro-amostras e de tenacidade à fratura através do parâmetro CTOD. Todas as soldas tiveram bom preenchimento, porém alguns materiais de pino não proporcionaram boa ductilidade durante o dobramento. As falhas ocorridas durante o dobramento juntamente com os estudos da tenacidade à fratura na zona de ligação mostraram que o acúmulo de inclusões nesta região representa degradação das propriedades mecânicas localmente. Os ensaios de tração com micro-amostras indicam aumento da resistência mecânica na região do material depositado do pino e os valores de CTOD no material termomecânicamente afetado são significativamente maiores do que na zona de ligação, porém não alcançam os valores obtidos nos materiais como não processados. / The processes of union by welding between parts and metallic components are indispensable for our technological reality. The Friction Hydro Pillar Processing (FHPP) process is a newly developed process that occurs in the solid state through friction between two materials and thus has some advantages over conventional fusion welding processes. This technique presents great potential of application in the oil and gas industry aiming repairs of cracks and discontinuities in equipment and steel structures in general. Despite the great potential of this technique, the study of its application to produce joints with dissimilar materials is still scarce compared to other welding techniques. The aim of this work is the development and analysis of welded joints using rod with nickel addition in steel sheets with manganese, in order to determine the combination of rod material and welding parameters that provides the joint with better mechanical and metallurgical characteristics. The welding parameters that varied were: speed of rotation and axial force. The materials used in the welded assemblies were manganese steel plates, commercially classified as ASTM A516 grade 70, and low carbon steel with addition of 3, 6 and 9% nickel. The analysis of the joints included the characterization of the microstructure and the hardness properties of the specific regions of the weld in addition to the bend test, micro-tensile test and fracture toughness through the parameter CTOD. All welds were well filled, however, some rod materials did not provide good ductility during bend test. The failures during folding together with the fracture toughness studies in the bonding zone showed that the accumulation of inclusions in this region represents degradation of the mechanical properties locally. The micro-tensile test indicate increased mechanical strength in the region of the deposited material of the rod and the values of CTOD in the thermomechanically affected material are significantly higher than in the bonding zone, but do not reach the values obtained in the unprocessed material.

Este estudo tem por objetivo avaliar a possibilidade de confeccionar juntas soldadas pelo processo de soldagem por fricção com pino consumível (Friction Hydro Pillar Processing), em aço classificado como grau R4 de acordo com a norma IAC W22. As juntas soldadas foram produzidas com três diferentes forças axiais: 30 kN, 45 kN e 60 kN, e após a soldagem, submetidos a três diferentes tempos de tratamento térmico de revenimento: uma hora, duas horas e quatro horas, na temperatura de 650 C. A microestrutura predominantemente martensítica resultante destes processos, foi caracterizada através de microscopia óptica, e de um mapeamento de microdureza Vickers. As soldas tiveram suas zonas afetadas pelo processo mensuradas através do software de análise de imagens ImageJ, sendo observadas maiores zonas para menores forças axiais empregadas. Caracterizou-se ainda, o nível de tensões residuais oriundos do processo de soldagem através do método de difração de nêutrons, para uma solda produzida com força axial de 45 kN, em duas diferentes condições, no estado de como soldado e com revenimento de quatro horas após a soldagem. Com os resultados obtidos neste trabalho pode-se concluir que as juntas soldadas com a força de 60 kN apresentaram a melhor combinação de propriedades avaliadas, que são, um menor tamanho de zonas afetadas pelo processo, e manteve um bom nível de dureza mesmo após o revenimento. Todas as juntas soldadas apresentaram uma ótima união metalúrgica, e os diferentes tempos de tratamento térmico empregados promoveram alterações microestruturais e nas propriedades do material já esperadas para o tratamento térmico de revenimento. / The aim of this study is to evaluate the possibility of making joints welded by Friction Hydro Pillar Processing, in steel grade R4 according to IAC W22. The repairs were produced with three different axial forces: 30 kN, 45 kN and 60 kN, and after welding, subjected to three different tempering heat treatment times: one hour, two hours and four hours, at a temperature of 650 C. The predominantly martensitic microstructure resulting from these processes was characterized by optical microscopy and a Vickers microhardness mapping. The welds had their zones affected by the process measured through the ImageJ image analysis software, with larger zones being observed for smaller axial forces employed. It was also characterized the level of residual stresses from the welding process, through the neutron diffraction method, for a weld produced with axial force of 45 kN, in two different conditions, as welded and annealing for four hours after welding. With the results obtained in this work it can be concluded that the welded joints with the force of 60 kN presented the best combination of evaluated properties, which are, a smaller size of zones affected by the process, and maintained a good level of hardness even after the annealing. All the welded joints presented an excellent metallurgical bonding, and the different times of thermal treatment employed promoted microstructural changes and in the properties of the material already expected for the heat treatment of annealing.