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This master's thesis deals with the selection and evaluation of the appropriate welding technology for stainless steel and titanium alloys. Describes advantages and disadvantages of selected technologies. The experiment compares the mechanical properties, the heat input and the resulting surface structure of the welded samples. In conclusion, the thesis deals with the technical - economic evaluation of selected welding technologies.

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Os aços inoxidáveis duplex são ligas Cr-Fe-Ni-Mo, que possuem uma microestrutura balanceada austenita-ferrita, e com excelentes propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Estas características os fazem muito utilizados nas industrias química, petroquímica, de papel, alimentícia e farmacêutica. O processamento destes aços geralmente envolve processos de soldagem, os quais devem ser elaborados cuidadosamente. Durante os ciclos térmicos experimentados na soldagem na zona afetada pelo calor, dependo do tempo de permanência no intervalo de temperaturas entre 650°C-950°C, podem ser precipitadas fases intermetálicas, como a fase sigma, que prejudicam as propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Três ligas comerciais de aços inoxidáveis duplex (AID) e superduplex (AISD) de denominação UNS S32304(AID), UNS S32750(AISD) e UNS S32760(AISD) foram submetidos a soldagem multipasse e a simulações de ciclos de soldagem na zona afetada pelo calor de temperatura baixa (ZACTB). As simulações foram realizadas em um dilatômetro e em um equipamento Gleeble®. Foram feitas comparações entre as microestruturas obtidas nas soldas reais e nos corpos-de-prova simulados. As microestruturas foram analisadas através de microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura. Foram também analisadas as fases precipitadas através de difração de Raios-X de resíduos extraídos, química e eletroliticamente, das amostras simuladas. Realizaram-se ensaios de corrosão intergranular e de polarização cíclica, para determinar o comportamento dos materiais à corrosão após a soldagem. Achou-se um bom acordo entre as microestruturas das soldas reais e as microestruturas simuladas. Encontrou-se que o aço UNS S32304 não precipitou nenhuma fase. No entanto, nos aços UNS S32750 e UNS S32760 foram encontradas fases precipitadas nos contornos de grão ferrítico. Essas fases foram identificadas como sigma e Cr2N. Entre estes dois últimos achou-se que o aço mais susceptível à precipitação de fases é o UNS S32760, provavelmente pela presença do W. Quanto ao comportamento à corrosão, não se observou nenhuma variação nos potenciais de pite após a simulação, enquanto que os potenciais de proteção sofreram uma queda comparando-se aos materiais na condição como-recebidos. / Duplex stainless steels are Cr-Fe-Ni-Mo alloys. They possess balanced austenitic/ ferritic microstructure, excellent mechanical and corrosion resistance properties. Thus, these characteristics make them very used in chemical, petrochemical, cellulose, food and pharmaceutical industries. The processing of these steels generally involves welding processes, which should be carried out carefully. Depending on time from 650°C to 950°C temperature range during thermal cycles in heat affected zone, intermetallic phases can be precipitated, as sigma phase for instance. As a consequence, mechanical and corrosion resistance might be impaired. Three duplex (DSS) and superduplex (SDSS) stainless steel alloys, with denomination of UNS S32304 (DSS), UNS S32750 (SDSS), and UNS S32760 (SDSS), were submitted to real multipass welding and welding thermal cycles simulations of low temperature heat affected zone. The simulations were accomplished in a dilatometer and in a Gleeble® equipment. They were made comparisons among microstructures obtained in actual welds and simulated welding thermal cycles. Microstructures were analyzed by optical and electronic microscopy. X-ray diffraction analyses of extracted residues were studied. Tests of intergranular corrosion and cyclic potentiodynamic polarization were performed. Results indicated good agreement between actual welding and thermal cycles simulated microstructures. UNS S32304 steel did not precipitate any intermetallic phase. On the other hand, in UNS S32750 and UNS S32760 steels were found precipitated phases in the ferritic grain boundary. Those phases were identified as sigma and Cr2N. UNS S32760 were more susceptible phase precipitation, probably due to tungsten as an additional alloying element in this steel. Corrosion results indicated no observed variation in pitting potentials of simulated samples, meanwhile pitting protection potentials suffered a fall compared to materials in the as received condition.

Os aços inoxidáveis duplex são ligas Cr-Fe-Ni-Mo, que possuem uma microestrutura balanceada austenita-ferrita, e com excelentes propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Estas características os fazem muito utilizados nas industrias química, petroquímica, de papel, alimentícia e farmacêutica. O processamento destes aços geralmente envolve processos de soldagem, os quais devem ser elaborados cuidadosamente. Durante os ciclos térmicos experimentados na soldagem na zona afetada pelo calor, dependo do tempo de permanência no intervalo de temperaturas entre 650°C-950°C, podem ser precipitadas fases intermetálicas, como a fase sigma, que prejudicam as propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Três ligas comerciais de aços inoxidáveis duplex (AID) e superduplex (AISD) de denominação UNS S32304(AID), UNS S32750(AISD) e UNS S32760(AISD) foram submetidos a soldagem multipasse e a simulações de ciclos de soldagem na zona afetada pelo calor de temperatura baixa (ZACTB). As simulações foram realizadas em um dilatômetro e em um equipamento Gleeble®. Foram feitas comparações entre as microestruturas obtidas nas soldas reais e nos corpos-de-prova simulados. As microestruturas foram analisadas através de microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura. Foram também analisadas as fases precipitadas através de difração de Raios-X de resíduos extraídos, química e eletroliticamente, das amostras simuladas. Realizaram-se ensaios de corrosão intergranular e de polarização cíclica, para determinar o comportamento dos materiais à corrosão após a soldagem. Achou-se um bom acordo entre as microestruturas das soldas reais e as microestruturas simuladas. Encontrou-se que o aço UNS S32304 não precipitou nenhuma fase. No entanto, nos aços UNS S32750 e UNS S32760 foram encontradas fases precipitadas nos contornos de grão ferrítico. Essas fases foram identificadas como sigma e Cr2N. Entre estes dois últimos achou-se que o aço mais susceptível à precipitação de fases é o UNS S32760, provavelmente pela presença do W. Quanto ao comportamento à corrosão, não se observou nenhuma variação nos potenciais de pite após a simulação, enquanto que os potenciais de proteção sofreram uma queda comparando-se aos materiais na condição como-recebidos. / Duplex stainless steels are Cr-Fe-Ni-Mo alloys. They possess balanced austenitic/ ferritic microstructure, excellent mechanical and corrosion resistance properties. Thus, these characteristics make them very used in chemical, petrochemical, cellulose, food and pharmaceutical industries. The processing of these steels generally involves welding processes, which should be carried out carefully. Depending on time from 650°C to 950°C temperature range during thermal cycles in heat affected zone, intermetallic phases can be precipitated, as sigma phase for instance. As a consequence, mechanical and corrosion resistance might be impaired. Three duplex (DSS) and superduplex (SDSS) stainless steel alloys, with denomination of UNS S32304 (DSS), UNS S32750 (SDSS), and UNS S32760 (SDSS), were submitted to real multipass welding and welding thermal cycles simulations of low temperature heat affected zone. The simulations were accomplished in a dilatometer and in a Gleeble® equipment. They were made comparisons among microstructures obtained in actual welds and simulated welding thermal cycles. Microstructures were analyzed by optical and electronic microscopy. X-ray diffraction analyses of extracted residues were studied. Tests of intergranular corrosion and cyclic potentiodynamic polarization were performed. Results indicated good agreement between actual welding and thermal cycles simulated microstructures. UNS S32304 steel did not precipitate any intermetallic phase. On the other hand, in UNS S32750 and UNS S32760 steels were found precipitated phases in the ferritic grain boundary. Those phases were identified as sigma and Cr2N. UNS S32760 were more susceptible phase precipitation, probably due to tungsten as an additional alloying element in this steel. Corrosion results indicated no observed variation in pitting potentials of simulated samples, meanwhile pitting protection potentials suffered a fall compared to materials in the as received condition.

Orientadores: Antonio J. Ramirez, Maria Clara F. Ierardi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-09T21:56:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Seraphim_RafaelMolena_M.pdf: 6485115 bytes, checksum: 380cfffee5fa982ec74a9cdc78c88e3a (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O avanço cientifico no estudo de átomos, moléculas e proteínas tem recebido uma contribuição significativa dos aceleradores de partículas, que em sua grande maioria são utilizados para a geração de radiação síncrotron. Por isso, o aprimoramento destas máquinas mostra-se de extrema importância para manter a ciência em seu contínuo avanço. O sistema de vácuo destas máquinas apresenta-se como um importante parâmetro para o seu bom funcionamento e melhorias neste promovem diretamente melhorias na qualidade da radiação síncrotron gerada. Logo, o desenvolvimento deste trabalho teve como principal objetivo o estudo das juntas soldadas das câmaras de vácuo que compõem o acelerador do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS). As juntas foram preparadas com o processo de soldagem GTAW (Gás Tungsten Arc Welding) mediante a utilização de diferentes gases de proteção, como Argônio, Hélio e Nitrogênio, e misturas entre estes. Os estudos concentraram-se na análise da influência dos gases de proteção na dessorção de gases das juntas soldadas. Para a caracterização destas utilizaram-se as técnicas de análise de superfícies Dessorção Estimulada por Elétrons (DEE) e Dessorção Estimulada por Fótons (DEF). Adicionalmente, realizou-se um estudo comparativo entre as duas técnicas buscando-se estabelecer relações entre os resultados fornecidos pelas mesmas. Os resultados mostraram que a dessorção de gases independe do gás de proteção de soldagem, mas depende sim do nível de oxidação das juntas soldadas, as quais podem apresentar altas taxas de dessorção caso estejam muito oxidadas e os óxidos não sejam camadas contínuas. Em conclusão pode-se dizer que as juntas soldadas para câmaras de vácuo de aceleradores de partículas devem apresentar baixos níveis de oxidação, e apesar das semelhanças encontradas entre a DEE e a DEF é aconselhável utilizar a DEF para a caracterização de superfícies para trabalharem com radiação síncrotron / Abstract: The scientific advance of atoms, molecules and proteins studies has received an important contribution from particle accelerators, which are mainly used to generate synchrotron radiation. Hence, the improvement of these machines is necessary to maintain the continuous advance of science. One of the key components for the adequate operation of these accelerators is the vacuum system. Thus, its improvement directly impacts on the quality of the generated synchrotron radiation. Therefore, the principal purpose of this work is to study the gas desorption from the welding joints on the particle accelerators vacuum chambers. The welds were prepared using the GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) process with different shielding gases, as argon, helium and nitrogen, and some mixtures of them. The study concentrated on the analysis of the shielding gas influence on the gas desorption from the welded joints. The gas desorption of the joints was evaluated using Electron Stimulated Desorption (ESD) and Photon Stimulated Desorption (PSD). In addition, it was carried out a comparative study between both desorption techniques to establish relationships between the results provided by them. The results showed that the gas desorption from the welding joints does not depend on the welding shielding gas, but on the oxidation level of the joint, which can present high desorption yield if it is highly oxidized and these oxides are not a continuous film. Therefore, it is advisable to minimize the oxidation during welding of vacuum chambers for particle accelerators. Regarding the comparison between ESD and PSD they were found some similarities. However, PSD will have better performance characterizing surfaces that will be exposed to synchrotron radiation / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica