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.

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.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5750.pdf: 4745650 bytes, checksum: 4b6b08d2fe2cf1441f9187da403d2f87 (MD5) Previous issue date: 2012-12-11 / Universidade Federal de Sao Carlos / Friction Stir Welding (FSW) process, conceived in 1991, has been the target of research in the last decades due to the excellent properties presented by its welded joints, favored by the fact of occurrence in the solid state, and easiness of application, enabling several weld geometries. In particular, metal alloys with low melting points, in which conventional methods of welding (based in fusion) are hard to apply, have been benefited by this method, with large application in automobilist and aerospace industrial sectors. These branches enterprises are interested in determining the set of parameters that will yield the best mechanical properties, before utilizing FSW in commercial scale. With this objective in mind, this work aimed at optimizing the FSW parameters in the Aluminum Alloy 2198-T851, considering geometry of plates of different thicknesses (tailor welded blanks configuration). Due to the asymmetric characteristic of the welded joints, welding parameters related to positioning of the welding tool (welding angles and pin offset) were varied, in two groups of plates of different thicknesses: 4.2-3.5 milimeters, and 4.2-2.5 milimeters. Results obtained from macro and microstructural characterization (optical microscopy), tension tests and microhardness analyses were considered as criteria for determining the best quality welds. After the analysis of these results and correlation with related literature, it was concluded that the proposed variation in welding parameters affects the flux of material in the welded joint, possibly leading to formation of defects, causing a detrimental effect on the mechanical properties. Nevertheless, welds with mechanical properties equal to or superior to the base metal were obtained (except for elongation values), especially in relation to yield stress values, of capital importance in industrial sectors associated with high security demands, such as automobilist and aerospace. / O processo de soldagem por fricção e mistura (FSW), concebido em 1991, tem sido alvo de pesquisas nas últimas décadas em função das boas propriedades apresentadas em suas juntas, favorecidas pelo fato do processo ocorrer no estado sólido, e em função da facilidade de aplicação, possibilitando diversas geometrias de solda. Em especial, ligas metálicas com baixo ponto de fusão, de difícil soldabilidade por métodos convencionais (baseados em fusão) têm sido beneficiadas por este método, com larga aplicação nos setores industriais automobilístico e aeroespacial. Interessa, às indústrias destes ramos, a determinação dos conjuntos de parâmetros que resultarão nas melhores propriedades mecânicas possíveis, anteriormente à utilização comercial de larga escala deste novo processo. Com este objetivo foi realizada a otimização dos parâmetros de soldagem por FSW em liga de alumínio 2198-T851, aplicada em configuração de chapas de diferentes espessuras (tailor welded blanks). Devido à característica assimétrica da junta soldada, variaram-se os parâmetros de soldagem relacionados ao posicionamento da ferramenta (ângulos de soldagem e deslocamento transversal do pino), em dois conjuntos de chapas de diferentes espessuras: 4,2-3,5 mm, e 4,2-2,5 mm. Como critérios para determinação da solda de melhor qualidade foram considerados os resultados obtidos de caracterização macro e microestrutural (microscopia ótica), ensaios de tração e de microdureza. Após análise dos resultados e correlação com a literatura, concluiu-se que a variação dos parâmetros de soldagem considerados afeta o fluxo de material na junta soldada, podendo levar à formação de defeitos, causando efeito detrimental sobre as propriedades mecânicas das soldas. Obtiveram-se, também, soldas com desempenho mecânico igual ou superior ao do metal base (com exceção do alongamento total na ruptura), sobretudo em relação a valores de tensão de escoamento, cuja importância é significativa em setores com alta exigência de segurança, como são o automobilístico e o aeroespacial.

Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2017-02-21T12:28:47Z No. of bitstreams: 1 TeseAHP.pdf: 20929236 bytes, checksum: 9155db1a5f243ba39ba646a03991adb3 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-03-22T14:04:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseAHP.pdf: 20929236 bytes, checksum: 9155db1a5f243ba39ba646a03991adb3 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-03-22T14:04:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseAHP.pdf: 20929236 bytes, checksum: 9155db1a5f243ba39ba646a03991adb3 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-22T14:12:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseAHP.pdf: 20929236 bytes, checksum: 9155db1a5f243ba39ba646a03991adb3 (MD5) Previous issue date: 2016-12-09 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Multimaterial structures between aluminum and titanium alloys are a technologically attractive field of research and their increasing use in the transportation sector for weight and emission reduction is part of the motivation of this study. The currently used techniques are either too expensive or limited in performance, especially by excessive formation of undesirable intermetallic compounds, opening opportunities for innovation in this area. Friction spot welding (FSpW), a solid state joining process recently developed by Helmholtz Zentrum Geesthacht, has proven to be one of the promising technologies for joining dissimilar materials as it involves short steps and low thermal cycles, also with the advantages of adding no weight to the structure and having geometrical compatibility to replace rivets. The present work studies the feasibility in welding AA5754-H22/Ti6Al4V and AA6181-T4/Ti6Al4V joints through FSpW. In addition, it is intended to establish the microstructure/ properties / process relationships of the resultant joints, in order to understand the formation and growth of the joining interface and its consequences on the mechanical performance. The proposed joints are produced in overlap configuration through different combinations of parameters, which were established by statistical methods involving design of experiments, and later submitted to mechanical and metallurgical characterization. The results reveal that Al/Ti dissimilar joints with high strength and reproducibility can be produced by using FSpW. The mechanical behavior of the joints presents a strong dependence on the intermetallic thickness formed at the bounding interface, identified as TiAl3. Tool rotational speed and dwell time are key process parameters in controlling the resistance of welded joints. Moreover, the bending load associated to differences in stiffness and/or thickness of the welded specimen appears as an important variable influencing the crack propagation path during shear and fatigue tests. / Estruturas multimateriais entre ligas de alumínio e titânio são um campo de estudo atrativo tecnologicamente e seu uso crescente no setor de transportes, visando à redução de peso e de emissão de gases, faz parte da motivação deste trabalho. As técnicas de soldagem utilizadas atualmente na união de tais materiais são limitadas em certos aspectos, sobretudo pela formação excessiva de compostos intermetálicos indesejáveis, abrindo caminhos para inovação nesta área. A soldagem a ponto por fricção (FSpW) tem demonstrado ser uma das alternativas promissoras na união de materiais dissimilares, destacando-se principalmente por ser um processo de poucas etapas, sem adição de peso, com baixos ciclos térmicos e compatibilidade geométrica para substituir rebites. O presente trabalho estuda a viabilidade técnica da soldagem dissimilar das juntas AA5754-H22/Ti6Al4V e AA6181-T4/Ti6Al4V através do processo FSpW. Ao mesmo tempo busca estabelecer a relação microestrutura / propriedades / processamento, a fim de compreender a possível formação e crescimento dos compostos intermetálicos na região interfacial e as suas consequências no desempenho das juntas. As juntas foram produzidas em configuração de sobreposição por diferentes combinações de parâmetros, estabelecidas por metodologias estatísticas de planejamento de experimentos, e posteriormente submetidas à caracterização mecânica e metalúrgica. Os resultados obtidos demonstram que soldas de boa qualidade e reprodutibilidade podem ser produzidas através do processo de soldagem proposto. O comportamento mecânico apresenta uma forte dependência em relação à espessura dos compostos intermetálicos formados na camada interfacial, constituída principalmente por grãos alongados de TiAl3, sendo a velocidade de rotação da ferramenta e o tempo de mistura parâmetros de processo chaves no controle da resistência das juntas soldadas. Ademais, a carga de flexão associada à diferença de rigidez e/ou espessura entre as ligas de alumínio e titânio demonstra ser uma variável importante nos ensaios de cisalhamento e fadiga, influenciando o caminho de propagação das trincas.

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.

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.