Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a 3D computational/mathematical model to solve the heat diffusion equation with phase change, considering addition of material and complex geometry. The finite volume method was used and the computational code was implemented in C++, using Borland compiler. Experimental tests were carried out for validation of the model in question. It was used a material whose thermal properties, varying with temperature, are well known: the stainless steel AISI 304. In addition, an inverse technique based on Golden Section was implemented to estimate the heat flux supplied to the sample. Experimental temperatures were measured using thermocouples type J - in a total of 07 (seven) - all connected to the metal sheet and the Agilent 34970A datalogger. The metal had a \"V\" Groove of 45°. In this location was conducted the deposition of material on only one welding pass and the dimensions (width and height) were measured after welding. The thermal model was validated from comparisons between measured and calculated temperatures. The results were consistent and validated the computational/mathematical model proposed. An innovation presented in this work consists in the calculation and visualization of the dimensions of the welding pool during welding. The complex geometry obtained proves that more studies are needed and new models must be designed to clarify and explain the formation of welding pool during welding of metal sheet. / Desenvolve-se, neste trabalho, um modelo matemático/computacional 3D (tridimensional) de difusão de calor com mudança de fase, acréscimo de material e geometria complexa. O método de volumes finitos foi implementado em linguagem C, utilizando o compilador Borland. Foram realizados testes experimentais para a validação do modelo em questão. Usou-se um material cujas propriedades térmicas, variando com a temperatura, são bem conhecidas: o aço inox AISI 304. Além do modelo direto já citado, foi implementada uma técnica inversa para o cálculo do fluxo de calor. Utilizou-se neste caso a amplamente conhecida Seção Áurea: técnica que exige uma simplificação, fluxo de calor constante ao longo do tempo de soldagem. As temperaturas na chapa foram medidas utilizando termopares do tipo J - em um total de 07 (sete) - todos ligados ao datalogger Agilent 34970A. As medições foram feitas do lado oposto à tocha de soldagem. A chapa metálica possuía um chanfro em V de 45º. Neste local foi realizada a deposição de material (reforço) em somente um passe de soldagem. As dimensões da geometria do reforço (largura e altura) foram medidas depois da realização da soldagem. Em relação aos resultados, além da comparação entre as temperaturas medidas e calculadas, foi também determinada a eficiência térmica da soldagem. Os resultados foram consistentes e validaram o modelo matemático/computacional proposto. Uma inovação apresentada neste trabalho consiste no cálculo e visualização gráfica tridimensional da poça de fusão ao longo do tempo. A complexa geometria obtida comprova que mais estudos se fazem necessários e que novos modelos devem ser concebidos para esclarecer e explicar a formação da poça de fusão durante a soldagem de chapas metálicas. / Doutor em Engenharia Mecânica

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / The Thermal Pulse GMAW process seeks the combination of relative high productivity, good weld bead finish and low spatter generation of the Pulsed GMAW with the capability of controlling welding pool of the Pulsed TIG. Nevertheless, its industrial application is still very limited, except for aluminum welding. But this GMAW version may become differential for application if a distribution of the arc/droplet heat and pressure along the joint is applied. Thus, the objective of this study was to evaluate the potential weld pool control of the Thermal Pulsed GMAW for automated welding of root passes, without backing strips. Synchronization between the thermal pulses and torch trapezoidal weaving was initially devised. In this case, the thermal pulse was applied on the joint side, ensuring to melt this region, and the thermal base applied during the transition from one side to the other, in order to minimize the possibility of weld pool collapse, by reducing the heat and pressure of arc and droplets during this period. The maximum root gap was searched by evaluating this technique under different root gaps at several oscillation amplitudes for a given combination of thermal pulse and base parameters (V-groove butt joints of carbon steel welded in flat position, with and without root face). The results showed that this approach, in contrast to the welding without any synchronization, was able to control the weld pool. Root passes with complete penetration, adequate geometry and defect free were produced for gaps ranging from 2,5 to 6 mm. The oscillation amplitude must be larger than the root gap. However, the process does not seem robust enough and requires further investigation to allow keeping the same welding parameters regardless joint geometry variations, especially in the root face and gap. / Com o processo MIG/MAG com Pulsação Térmica busca-se a combinação de uma relativa alta produtividade, bom acabamento do cordão e baixa geração de respingos da soldagem MIG/MAG Pulsada com a capacidade de controle da poça de fusão da soldagem TIG Pulsada. Porém, sua aplicação é ainda muito limitada no meio industrial, com apelo apenas para soldagens de alumínio. Mas esta versão do MIG/MAG pode ter um diferencial de aplicação ao se usar a distribuição de calor e pressão do arco/gotas ao longo da junta. Desta forma, este trabalho teve como objetivo avaliar o potencial da soldagem MIG/MAG com pulsação térmica para controlar a poça de fusão em soldagens automatizadas de passes de raiz, sem utilização de cobrejunta. Para isso, foi inicialmente desenvolvida uma sincronização da pulsação térmica com o tecimento trapezoidal da tocha. Neste caso, o pulso térmico foi aplicado nas laterais da junta, garantindo a fusão desta região, e a base térmica aplicada durante o movimento de transição entre uma lateral e outra, com a finalidade de minimizar o risco de colapso da poça pela redução do calor e pressão do arco e gotas durante este período. Esta abordagem foi avaliada sob diferentes aberturas de raiz em distintas amplitudes de oscilação, para uma dada combinação de parâmetros de pulso e base térmicos (juntas de topo de aço carbono com chanfro em V , posição plana, com e sem altura do nariz). Buscou-se verificar a máxima abertura de raiz possível de ser soldada. Os resultados mostraram que foi possível controlar a poça de fusão com o uso dessa abordagem, em contraste com soldagens sem essa sincronização. Passes de raiz com penetração completa, geometria adequada e livre de defeitos foram obtidos em juntas de topo com abertura variando de 2,5 a 6 mm. Os resultados mostram que a amplitude de oscilação tem de ser maior do que a abertura da raiz. Porém, o processo ainda se mostra pouco robusto, demandando maiores estudos para permitir manter os mesmos parâmetros de soldagem frente a variações da geometria do chanfro, sobretudo a altura e o tamanho da folga na raiz. / Mestre em Engenharia Mecânica

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The establishment of manufacturing process with high productivity and quality is a constant requirement of the industrial sector. A possible methodology for carrying on this need of process optimization can be achieved by numerical-computational simulation. Specifically for welding processes, recently developed commercial software has called the attention in both academic and industrial sectors: the Sysweld®. This software has the capacity of simulating different welding processes, including heat source movement, material deposition, transient material properties as a function of temperature, phase transformation and also thermal and superficial treatments. As result, Syweld® is capable of predicting temperature field, residual stress, distortion and phase proportion (microconstituents). However, despite the great possibility of the software usage, it demands an experimental calibration to assure confidentiality on the results. Therefore, within this context, a case study was performed in an automotive component nationally fabricated to delimitate a methodology for carrying out the numerical-computational simulation for the welding process using the commercial software Sysweld®. Simulations were done for the welds made in a part of the rear axle of a hatch car and the results are shown for the temperature field, generated distortion in the part, residual stresses and phase proportion. The thermal results and displacements were experimentally compared to measurements done by thermocouples and three-dimensional table in the partner industry. This comparison led to a poor correlation between numerical and experimental data. In a second stage, a numerical-statistical study was carried out for assessing the parameters influence (gap, thickness, heat source level and clamping system) on the residual stress, maximum displacement and cooling rate between 800°C e 500°C (ΔT8/5). The obtained results are in agreement with technical literature. / O estabelecimento de processos de fabricação cada vez mais produtivos e de maior qualidade é um requerimento constante do meio industrial. Neste sentido, uma das metodologias possíveis para a busca pela otimização de processos é através do uso de simulações numérico-computacionais. Em específico para processos de soldagem, um software comercial de simulação numérico-computacional de desenvolvimento recente vem chamando a atenção por parte do setor industrial e meio acadêmico: o Sysweld®. Este software tem a capacidade de simular diferentes processos de soldagem, incluindo movimento da fonte de calor, deposição de material, as propriedades dos materiais dependentes da temperatura, transformações de fase e ainda tratamentos térmicos e superficiais. Como resultados, o Sysweld® é capaz de predizer campos de temperatura, tensões residuais, deformações e porcentagem de fases (microconstituintes). Entretanto, apesar da grande possibilidade de uso deste software, ele demanda uma calibração experimental para garantir a confiabilidade dos resultados. Com base neste contexto, foi realizado um estudo de caso em um componente automotivo fabricado nacionalmente, de maneira a delimitar uma metodologia de condução de simulação numérico-computacional para fabricação por soldagem no software comercial Sysweld®. Foram realizadas as simulações de todas as soldas do eixo traseiro de veículo do tipo hatch, como resultados foram obtidos o campo de temperatura, as deformações geradas no componente, as tensões residuais e a porcentagem de cada fase. Os resultados térmicos e de deslocamentos foram comparados experimentalmente através de medições realizadas com termopares e mesa tridimensional na indústria, onde não apresentaram boa correlação. Em uma segunda etapa foi realizado um estudo numérico-estatístico sobre a influência de parâmetros (folga, espessura, fonte de calor e sistema de fixação) sobre as tensões residuais, o deslocamento máximo e a variação do resfriamento entre as temperaturas de 800°C e 500°C ( ΔT8/5). Os resultados obtidos ficaram em conformidade com a literatura. / Mestre em Engenharia Mecânica

Aços inoxidáveis duplex (AID) são materiais amplamente utilizados para uma grande variedade de aplicações desde a indústria química, de alimentos, petroquímica, naval, farmacêutica, energia nuclear e em muitos outros campos devido à combinação de suas excelentes propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Particularmente na indústria petroquímica, os aços AID’s são muito utilizados como materiais estruturais para a construção de gasodutos que transportam altos volumes de CO2 e na confecção das camadas internas dos tubos flexíveis (oleodutos offshore), utilizadas na produção de óleo. A soldagem a arco dos AID’s pode acarretar, dependendo das taxas de resfriamento envolvidas, a formação de precipitados de segunda fase que degradam suas propriedades mecânicas. Um processo alternativo para evitar o problema de precipitação de fases indesejáveis é a utilização do processo de soldagem/reparo por fricção com pino consumível (SFPC). O objetivo do presente trabalho é a caracterização metalúrgica e mecânica de juntas de solda de aço inoxidável duplex UNS S31803 obtidas através dos processos SFPC e de soldagem de costura por fricção (SCF). Na soldagem SCF, o objetivo do estudo foi a verificação da influência do passo de soldagem na formação e alteração das estruturas e nas propriedades mecânicas. Os resultados dos ensaios foram comparados com as propriedades obtidas do material base (MB) “como recebido”. A partir das juntas soldadas obtidas por fricção, foram extraídos corpos de prova para ensaios de microtração e Charpy para avaliação da resistência mecânica e da resistência ao impacto. Análises da microestrutura em microscopia ótica (MO) e perfis de microdurezas ao longo da região de solda também foram realizadas. Verificou-se que os processos de soldagem SFPC e SCF provocam um intenso refinamento de grão na zona de mistura (região da interface entre material do pino e da base), modificando a estrutura lamelar de grãos alongados da matriz ferrítica/austenítica, ocasionado por uma ação conjunta de aquecimento e deformação plástica oriunda do processo de solda por fricção. Os resultados dos ensaios de microtração indicam que as juntas soldadas aumentaram sua resistência mecânica com relação ao material base, fato que se deve ao aumento da quantidade da ferrita na zona termomecanicamente afetada (ZTMA), à formação de nitretos de cromo no centro dos grãos ferríticos e ao refino de grão. O aumento da quantidade de ferrita na ZTMA ocorre devido às altas taxas de resfriamento envolvidas no processo de soldagem e verificados por análise térmica. As elevadas taxas de resfriamento dificultam a difusão do nitrogênio que tem um importante papel no equilíbrio de fases da estrutura duplex (ferrita-austenita), na soldagem. O nitrogênio aprisionado no interior do grão ferrítico produz nitretos de cromo deixando de agir como elemento gamagênico aumentando a quantidade da fase ferrita. As juntas soldadas verificadas apresentaram tenacidade aceitável de acordo com o exigido pela norma ASTM A923. / Duplex stainless steels (DSS) are materials widely used for a variety of applications from the chemical, food, petrochemical, marine, pharmaceutical, nuclear industry and other fields due to the combination of their excellent mechanical properties and corrosion resistance. Particularly in the petrochemical industry, the DSS’s steels are extensively used as structural materials for the construction of gas pipelines that carry high volumes of CO2 and making the inner layers of flexible pipes (pipelines offshore) used in offshore oil production. The arc welding of DSS's can lead, depending on cooling rates involved, the formation of second phase precipitates which degrade their mechanical properties. An alternative method to avoid the problem of precipitation of unwanted phase is to use the welding process Friction Hydro Pillar Processing (FHPP). The aim of this work is the metallurgical and mechanical characterization of joints welds of UNS S31803 duplex stainless steel obtained through FHPP processes and Friction Taper Stitch Welding (FTSW). In FTSW welding, the objective of the study was to verify the influence of the welding step on the formation and alteration of structures and mechanical properties. The test results were compared with the properties of the obtained base material "as received". From the welds joints obtained by friction welding, specimens for microtensile testing and charpy were extracted to evaluate the mechanical strength and toughness. Microstructural analysis in optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM) and microhardness profiles along the weld region were also performed. It was found that the welding process FHPP and FTSW causes an intense grain refinement in bonding zone, modifying the lamellar structure of elongate grains of matrix ferritic/austenitic, caused by action of heating and plastic deformation arising from the welding process by friction. The results of the microtensile tests indicate that the welded joints increased their mechanical resistance with respect to the base material, due to the increase in the amount of the ferrite in the thermomechanically affected zone (ZTMA), the formation of chromium nitrides in the center of ferritic grains and grain refining. The increase in the amount of ferrite in the ZTMA occurs due to the high cooling rates involved in the welding process and verified by thermal analysis. The high cooling rates difficult the nitrogen diffusion, which plays an important role in the phase equilibrium of the duplex structure (ferrite-austenite) in welding. The nitrogen trapped inside the ferritic grain produces chromium nitrides ceasing to act as gamogenic element by increasing the amount of the ferrite phase. The welds joints verified also had acceptable ductility and toughness according required by standard ASTM A923.

A procura cada vez mais intensa por redução de peso e consequente diminuição do consumo de combustível dos veículos automotores e aeronaves, tem proporcionado um crescimento constante na utilização do alumínio e suas ligas nos diversos setores da indústria de manufatura. No entanto, a dificuldade de união em juntas de alumínio que atendam requisitos de alta resistência à fratura e à fadiga, tem intensificado as pesquisas por novas tecnologias em seu processo de soldagem. Neste contexto, o processo de soldagem denominado Friction Stir Welding (FSW), vem ganhando espaço nas pesquisas e também na indústria. Neste processo, uma ferramenta não consumível é projetada especialmente para ser introduzida nas juntas das chapas a serem soldadas, gerando calor e misturando mecanicamente o material da junta, consolidando a solda. Este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos dos parâmetros de soldagem FSW, na consolidação das propriedades mecânicas das soldas produzidas, na microestrutura, além de buscar a otimização do processo para a liga em estudo. Para tanto, a geometria da ferramenta foi projetada, fabricada e testada, de forma a definir os parâmetros ideais para obtenção de juntas soldadas sem defeitos. Uma máquina fresadora CNC foi utilizada para a execução dos testes. As soldas foram produzidas em chapas de alumínio da liga Al 5182-O com espessura de 3,25mm, com velocidade rotacional da ferramenta mantida constante em 500 rpm e velocidades de soldagem de 50, 100, 150, 200 e 250 mm/min. A ferramenta foi inclinada em um ângulo de 1º, todas as soldas foram realizadas com sentido horário de rotação, após a realização dos testes as juntas soldadas foram submetidas a uma série de ensaios destrutivos e não destrutivos caracterizando cada teste realizado. Juntas de topo com penetração completa e livre de defeitos foram produzidas com velocidades de soldagem de 100, 150, 200 e 250 mm/min, enquanto com a velocidade de soldagem de 50 mm/min resultou em defeito do tipo vazio na zona da mistura no lado do avanço, defeito este caracterizado através de inspeção por microtomografia, o que fez com que as soldas produzidas com esta velocidade de soldagem rompessem na junta soldada. Em todas as velocidades de soldagem a caracterização através de microscopia óptica na seção transversal das soldas revelou um refino microestrutural, obtido pelo fenômeno de recristalização dinâmica, que resultou em um aumento nos valores de dureza na zona da mistura. Os resultados obtidos demostram que soldas de boa qualidade podem ser produzidas com este processo. Além disso, foi estabelecida uma correlação entre a história térmica associada ao processo de FSW, a microestrutura produzida e o desempenho mecânico das juntas soldadas. / The increasingly intense demand for weight reduction and consequent reduction of the fuel consumption of motor vehicles and aircraft , has provided a steady growth in the use of aluminum and its alloys in various sectors of the manufacturing industry , but the difficulty in joining together aluminum that meet high fracture resistance and fatigue , has intensified the research for new technologies in the process of welding. In this context , the welding process called Friction Stir Welding ( FSW ) has been gaining ground in research and also in industry . In this process , non-consumable tool is specially designed to be inserted in the joints of the plates to be welded, generating heat and mechanically mixing the gasket material, consolidating the weld. This study aimed to evaluate the effects of welding parameters FSW , the consolidation of the mechanical properties of the welds produced, microstructure, and seek to optimize the process for the alloy under study. For this, the geometry of the tool is designed, manufactured and tested in order to define the optimal parameters for obtaining welded joints without defects. A milling machine CNC was used for the tests. The welds were produced in sheets of aluminum alloy Al 5182-O with a thickness of 3,25mm with rotational speed of the tool maintained constant at 500 rpm and welding speeds of 50, 100, 150, 200 and 250 mm / min, the tool was tilted at an angle of 1°, all welds were performed with clockwise direction of rotation, after the tests the welded joints were subjected to a series of destructive testing and nondestructive characterizing each test performed. Butt welding with full penetration and free defects were produced with welding speeds of 100, 150, 200 and 250 mm / min, while with the welding speed 50 mm / min resulted in failure of the void type in the zone of the mixture side of the advance, this defect characterized by inspection by microtomography, which has meant that the welds produced with this welding speed would break the joint weld. In all welding speeds characterization by optical microscopy in cross section of welds revealed a microstructure refining, obtained by dynamic recrystallization phenomenon, for which resulted in an increase in the hardness values in the mixing zone. The results demonstrate that good quality welds can be produced with this process. Moreover, a correlation between the thermal history associated with the process produced the microstructure and mechanical performance of welded joints was established.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-09-27T15:03:02Z No. of bitstreams: 1 VALMIR RODRIGUES BATISTA - DISSERTAÇÃO (PPG-CEMat) 2011.pdf: 9226631 bytes, checksum: bde44a49a9cb7e76d5b2b88abf48d037 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-27T15:03:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VALMIR RODRIGUES BATISTA - DISSERTAÇÃO (PPG-CEMat) 2011.pdf: 9226631 bytes, checksum: bde44a49a9cb7e76d5b2b88abf48d037 (MD5) Previous issue date: 2011-08-12 / CNPq / A necessidade de exploração de óleos mais pesados, em poços cada vez mais profundos e em ambientes mais agressivos tem causado falhas dos materiais por corrosão com grandes prejuízos econômicos e ambientais. Portanto este trabalho teve como objetivo avaliar a influência dos parâmetros de soldagem sobre a geometria (razão entre a altura e a largura- R/L), diluição(D), teor de Ferro, %Fe, e consequentemente resistência à corrosão de revestimentos de ligas de Ni (Hastelloy-276) aplicados por soldagem em aços C-Mn. O processo de soldagem utilizado foi ao Arco Submerso utilizando um arame eletrodo de liga de níquel (Ni-Cr-Mo-4) com diâmetro de 1,14 mm, avaliando duas modalidades de corrente, a corrente pulsada e a corrente convencional. Como substrato foi empregado segmentos de um tubo de aço de especificação API 5L Gr B com espessura de 18 mm e diâmetro interno de 290 mm. Para relacionar a influência das variáveis citadas com as respostas desejadas, foi utilizada a técnica de planejamento de experimentos com aplicação de planejamento fatorial em dois níveis. O planejamento fatorial foi utilizado apenas na etapa das soldagens dos cordões isolados. As etapas subseqüentes foram confeccionar revestimentos planos com três passes de solda e revestimentos circunferenciais com três passes no interior do tubo, com esse girando e a tocha parada, onde foi avaliado principalmente o teor de Fe e resistência à corrosão. Para os cordões isolados na modalidade de corrente pulsada, foram obtidos valores de diluição de 3,6% a 22,26% e valores de R/L de 0,23 a 0,67, sendo o resultado mais satisfatório de 12,76% e 0,28 para D e R/L respectivamente. Para os corões isolados na modalidade de corrente convencional, os valores de diluição variaram de 9,62% a 23,19%, com R/L variando de 0,21 a 0,60, sendo o resultado mais satisfatório de 11,81% e 0,28 para D e R/L. Nos revestimentos com três passes foram alcançados melhores resultados de resistência à corrosão na modalidade de corrente convencional, sendo a variável distância do bico de contato à peça, DBCP, de maior influência nos resultados. / The need for exploration of heavier oils, in ever deeper wells and more aggressive environments has caused failures due to corrosion of materials with large economic and environmental losses. Therefore the aim of this study was to evaluate the influence of welding parameters on geometry (ratio of height to width - R/L), dilution (D), Iron content, % Fe, and hence corrosion resistance of Ni alloy overlays (Hastelloy-276) applied by welding on C-Mn steels. Submerged Arc welding process was used with pulsed and conventional current using nickel alloy wire electrode (Ni-Cr-Mo-4) with 1.14 mm diameter as filler metal. A segments of API 5L Gr B steel pipe with 18 mm thickness and 290 mm internal diameter was used as substrate. To relate the influence of the variables mentioned with the desired responses design of experiments technique with application of factorial design at two levels was used. The factorial design was used only in the stage of isolated welding beads. Subsequent steps consisted of overlay with 3 welding pass in plan position and inside of the pipe in rotation movement with the torch stopped. In this case it was also being evaluated mainly % Fe and corrosion resistance. For isolated beads in the pulsed current mode, dilution values were obtained from 3.6% to 22.26% and values of R / L from 0.23 to 0.67, being the most satisfactory result of 12.76% and 0.28 for D and R / L respectively. For isolated beads in the conventional current method,dilution values ranged from 9.62% to 23.19%, with R / L ranging from 0.21 to 0.60, being the most satisfactory result of 11.81% and 0.28 for D and R / L. At overlays with three passes, have been achieved better results in the corrosion resistance with conventional current mode, and the variable “distance from the contact tip to the workpiece, DBCP”, had the greatest influence on results.

Submitted by Danilo Gomide (gomidedanilo@gmail.com) on 2018-09-25T01:29:16Z No. of bitstreams: 1 Dissertação-Danilo Gomide.pdf: 5902894 bytes, checksum: 200b6aa57360f837a89107b0b9e766f0 (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-09-25T18:54:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 gomide_da_me_ilha.pdf: 5902894 bytes, checksum: 200b6aa57360f837a89107b0b9e766f0 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-25T18:54:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 gomide_da_me_ilha.pdf: 5902894 bytes, checksum: 200b6aa57360f837a89107b0b9e766f0 (MD5) Previous issue date: 2018-07-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A cavitação ocorre inerente ao processo de produção de energia elétrica nas Usinas Hidrelétricas, ocasionando perda progressiva de massa, afetando o desempenho e potência obtidos das turbinas hidráulicas, sendo necessário o seu reparo. Visando minimizar desgaste utiliza-se uma técnica de engenharia de superfície que é aplicar uma camada de material resistente a cavitação. Dentre esses materiais destacam-se os aços inoxidáveis com cobalto, por causa de sua dureza, baixa energia de falha de empilhamento e capacidade de endurecimento por deformação. As deposições desses materiais são realizadas por processos de soldagem, como a soldagem a arco elétrico com atmosfera gasosa ou por soldagem com arame tubular, devido ao baixo custo, elevada taxa de deposição, qualidade de acabamento superficial e baixa taxa de diluição. Diante deste contexto, esse trabalho foi realizado para analisar a camada de aço inoxidável austenítico com cobalto e verificar a influência da camada de amanteigamento. Sendo assim, foram produzidas duas séries de amostra, cada uma composta por três corpos de provas, sendo diferenciadas pela energia de soldagem utilizadas no processo, obtidas pela variação da corrente de soldagem, 98 A, 143 A e 198 A. Na primeira série foi simulado uma condição de reparo das turbinas hidráulicas, utilizando como metal base o aço ASTM A36, sendo depositado sobre ele o arame AWS E70-S6, como camada de preenchimento, posteriormente foi aplicado o arame AWS E309-T1, camada de amanteigamento, e por último foi depositado o aço inoxidável austenítico com cobalto, como revestimento. Na segunda série as amostras foram produzidas sem a camada de amanteigamento. A microestrutura foi analisada por macrografia e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados mostraram boa interação metalúrgica entre as diferentes camadas e microconstituintes correspondentes aos investigados na literatura. A microanálise por EDS demonstra a baixa diluição do processo de soldagem utilizado. Os ensaios de difração de raio-X foram capazes de identificar as estruturas de cada camada, como a estrutura CFC no material resistente a cavitação. O ensaio de microdureza instrumentado demostra a capacidade de o revestimento com cobalto resistir à cavitação e que é dispensável a camada de amanteigamento. / Cavitation occurs inherently to the process of production of electric power in the Hydroelectric Power Plants, causing progressive loss of mass, affecting the performance and power obtained from the hydraulic turbines, being necessary its repair. In order to minimize wear, a surface engineering technique is used to apply a layer of cavitation resistant material. Among these materials stand out the cobalt stainless steels, because of their hardness, low stacking failure energy and strain hardenability. The depositions of these materials are carried out by welding processes, such as Gas Metal Arc Welding or by Flux Cored Arc Welding, due to the low cost, high deposition rate, surface finish quality and low dilution rate. Considering this context, this work was carried out to analyze the austenitic stainless steel layer with cobalt and to verify the influence of the buttery layer. Therefore, two series of samples, each composed of three test bodies, were differentiated by the welding energy used in the process, obtained by the variation of the welding current, 98 A, 143 A and 198 A. In the first group, a hydraulic turbine repair condition was simulated using ASTM A36 steel as the base metal. The AWS E70-S6 wire was deposited on it as a fill layer, after which the AWS E309-T1 wire was applied. and finally the austenitic stainless steel with cobalt was deposited as a coating. In the second group of samples were produced without the buttery layer. The microstructure was analyzed by macrography and scanning electron microscopy. The results showed good metallurgical interaction between the different layers and microconstituents corresponding to those investigated in the literature. Microanalysis by EDS demonstrates the low dilution of the welding process used. The X-ray diffraction tests were able to identify the structures of each layer, such as the CFC structure in the cavitation resistant material. The instrumented microhardness test demonstrates the ability of the cobalt coating to withstand cavitation and that the buttery layer is dispensable.

A soldagem a ponto por resistência é o processo de união de partes mais comum utilizado na indústria automobilística. Vários métodos de representação de pontos de solda estão disponíveis, e este trabalho se propõe comparar dois métodos de modelagem de pontos de solda através de um estudo de correlação, em termos da força máxima suportada pela junta soldada, entre os resultados de testes virtuais e de laboratório. Estes métodos de representação dos pontos de solda são os elementos de viga e os elementos sólidos. Os testes utilizados neste estudo de correlação carregam o corpo de provas sob ação de forças de cisalhamento e normal aplicadas diretamente no ponto de solda. E para completar este estudo de correlação, o entendimento dos modos e critérios de falha de juntas soldadas também é necessário. Os modelos de elementos finitos dos corpos de prova gerados para serem testados sob condições de cisalhamento e de força normal são detalhados pela apresentação dos tipos de materiais, elementos, formulações de contato e carregamento utilizados. Estes modelos foram analisados pelo LS-DYNA, que é um código de elementos finitos de propósito geral para análise de respostas dinâmicas provenientes de grandes deformações de estruturas. Da mesma forma, os testes físicos e os corpos de prova utilizados são detalhados, e os resultados provenientes dos testes são comparados aos obtidos nas simulações. Dos resultados obtidos, a melhor correlação se deu com a utilização do elemento sólido para representar o ponto de solda, com diferenças entre os resultados físicos e virtuais em torno de 4%. Uma representação simples do ponto de solda é indicada no caso de modelos completos e para aplicações na indústria, alguns fatores, tais como a modelagem da ZTA, podem ser suprimidos. Uma breve descrição do processo de soldagem a ponto, alguns tópicos da análise de elementos finitos não-linear e algumas características do LS-DYNA, além das conclusões e recomendações para trabalhos posteriores, completam este estudo. / Resistance spot welding is the most common jointing process of parts used in automotive industry. Several methods to represent spot welds are available, and the purpose of this work is to compare two different methods of spot weld modeling through a correlation study, taking into consideration the maximum force withstood by the welded joint, between virtual and lab test results. These spot weld representation methods are beam and solid elements. The tests used in this correlation study load the specimens under pure shear and pure normal forces. And in order to complete this correlation study, the understanding of the failure modes and criteria is also necessary. The specimens finite element models generated to be tested under purê shear and normal conditions are detailed by the presentation of materials, elements contact formulations and loading types used. These models were analyzed by the LS-DYNA, which is general purpose finite element code for analyzing the large deformation dynamic response of structures. As well, the physical tests and used specimens are detailed, and the results from the tests are compared to the results obtained in the simulations. Taking the obtained results, the best correlation was found using solid elements to represent the spot weld, due to differences between the physical and the virtual results about 4%. A simple representation of the spot weld is indicated in case of a complete model, and for the industry application, some factors such as the HAZ, may be suppressed. A brief description of the spot welding process, some topics of the non-liner finite element analysis and some features of the LS-DYNA, and also the conclusions and recommendations for future works, complete this study.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A soldagem multipasse de chapas grossas impÃe à junta soldada um estado de tensÃes residuais que pode ser muito prejudicial quando estas estÃo em serviÃo. Existem vÃrios fenÃmenos capazes de alterar os nÃveis de tensÃes residuais de soldagem nos materiais, um deles à a transformaÃÃo de fases. Este trabalho apresenta um estudo comparativo dos nÃveis de tensÃes residuais em trÃs juntas soldadas, produzidas com metais de adiÃÃo diferentes pelo processo arame tubular. Um arame eletrodo de aÃo inoxidÃvel martensÃtico Fe-12%Cr-5%Ni com baixa temperatura de transformaÃÃo foi o primeiro a ser utilizado, o segundo, um aÃo inoxidÃvel austenÃtico Fe-18,5%Cr-10%Ni, e finalmente, um aÃo baixa liga Fe-1,25%Cr-0,5%Mo. No processo de soldagem foi utilizada uma bancada robotizada com fonte multiprocesso para confecÃÃo das juntas, sendo o aÃo ABNT 4140 o metal de base. As tensÃes residuais foram medidas na superfÃcie das juntas soldadas atravÃs do mÃtodo de difraÃÃo de raios-X. TambÃm foram avaliadas as seguintes propriedades mecÃnicas; resistÃncia à traÃÃo, tenacidade e microdureza, bem como, as microestruturas resultantes na zona fundida, zona afetada pelo calor e metal de base. Os resultados mostraram que a junta produzida com arame eletrodo que sofreu transformaÃÃo martensÃtica a baixa temperatura apresentou nÃveis considerÃveis de tensÃo residual compressiva, ao contrÃrio das demais juntas que apresentaram tensÃo residual trativa na maioria dos pontos medidos. Nos ensaios de traÃÃo, a junta de baixa temperatura de transformaÃÃo martensÃtica apresentou elevados limites de escoamento e de resistÃncia à traÃÃo, e a sua ruptura ocorreu na interface entre o metal de base e o metal de solda. Nos ensaios de impacto da mesma junta, os valores de energia absorvida no metal de solda e zona termicamente afetada se apresentaram relativamente baixos. / The multi-pass welding of thick plates imposes to the welded joint a state of residual stresses that can be very harmful when they are in service. There are various phenomena that can alter the levels of residual stresses after materials welding; one of them is phase transformation. This work presents a comparative study of the levels of residual stresses in three welded joints, produced with different filler metals by Flux Cored Arc Welding (FCAW). A martensitic stainless steel wire Fe-12% Cr-5% Ni with low transformation temperature was the first to be used. After this an austenitic stainless steel Fe-18.5% Cr-10% Ni was used and finally a low alloy steel Fe -1.25% Cr-0.5% Mo. In the welding process, we used a workbench robot with multiprocess source for making joints, and the AISI 4140 the base metal.. Residual stresses were measured on the surface of welded joints using X-ray diffraction method. Tensile strength, toughness and hardness, as well as the resultant microstructure in weld metal, heat affected zone and base metal were evaluated. The results showed that the joint produced with wire electrode that has undergone low temperature martensitic transformation presents significant levels of compressive residual stress, unlike the other joints which present tensile residual stress at most of the measured points. In tensile tests, the joint of martensitic stainless steel showed high yield limits and tensile strength, and its rupture occurred at the interface between base metal and weld metal. Results of the impact tests of this joint showed relatively low absorbed energy values at the weld metal and heat affected zone.

A crescente exigência do setor automotivo por maior produtividade com redução de custos, aliada aos novos materiais que compõe as carrocerias e seus revestimentos, levou ao estudo da correlação da resistência dinâmica, força de expansão térmica e indentação, com a formação do ponto de solda, a fim de qualificar e controlar a soldagem por resistência a ponto. Para o estudo ter validade prática a qualificação da solda, os parâmetros de soldagem e corpos de prova foram definidos conforme norma AWS-SAE D8-9M 2002. Os corpos de prova para os ensaios foram retirados das chapas que compõe uma carroceria veicular. O cabeçote de soldagem foi projetado e construído seguindo os padrões de máquinas industriais. Os instrumentos de medição foram desenvolvidos especificamente para atender as condições industriais da soldagem por resistência. Os ensaios simularam as variações de parâmetros e produção dos pontos de solda conforme ocorre na indústria automobilística. As análises foram realizadas através da comparação gráfica e matemática do comportamento das grandezas medidas com a qualificação dimensional do ponto. A correlação, apresentada, distingue chapas de espessuras diferentes, materiais de revestimento, variação de parâmetros, erros de posicionamento (ponto torto), expulsão de material (flash), variações na formação do ponto (undersize) e o mais importante, desgaste dos eletrodos. Esta correlação permite criar um sistema de qualificação e controle do ponto de solda. / The growing demand from the automotive sector for greater productivity, reduced costs, combined with new materials that make up their bodies and coats, led to the study of the correlation of the dynamic resistance, thermal force expansion and indentation, with the formation of the spot weld, in order to qualify and control the resistance spot welding. For the study to be valid practicing the qualification of spot weld, welding parameters and specimens were define according AWS - 9M SAE D8 2002 standard. The specimens for testing were removed from the sheets that make up a vehicle body. The welding head was designed and built according the standards of industrial machinery. Measuring instruments were developed specifically to meet the conditions of industrial resistance welding. The tests simulated the variations of parameters and production of welding spots as occurs in automotive industry. The analyzes were performed through the graphical comparison and mathematical behavior of measured quantities with dimensional spot qualification. The correlation presented distinguishes sheets of different thicknesses, coating materials, variation of parameters, positioning errors (crooked point), expulsion of material (flash), variations in spot formation (undersize) and most important, wear of the electrodes. This correlation allows to create a system of qualification and control of the spot welding.