Orientador: Marcelino Pereira do Nascimento / Banca: José Elias Tomazini / Banca: Carlos Antonio Reis Pereira Baptista / Resumo: Tubos de aço utilizados na exploração e prospecção de petróleo e gás natural estão sujeitos a carregamentos dinâmicos durante o transporte (transit fatigue) e também quando em serviço. Por este motivo é imperativo que os tubos utilizados apresentem excelente integridade estrutural a fim de evitar a ocorrência de falhas prematuras devido à fadiga. Contudo, como o processo de fabricação HFIW, largamente utilizado pela indústria, envolve conformação mecânica seguida de soldagem, defeitos estarão inerentemente presentes nos tubos, notadamente uma interface entre as bordas das chapas soldadas. No presente trabalho foi investigado como a junta soldada de tubos de aço API 5CT N80 tipo Q pode contribuir para redução da vida em fadiga e como o processo como um todo pode levar a anisotropia mecânica dos tubos. Para preservar ao máximo as características originais dos tubos foram realizados ensaios de fadiga axiais utilizando corpos de prova não previstos pelas normas técnicas vigentes, com espessuras iguais as das paredes dos tubos dos quais foram retirados. Foi também desenvolvido e testado um dispositivo para realização de ensaios de fadiga utilizando trechos de tubo, o qual mostrou potencial para a realização de ensaios futuros. Os resultados dos ensaios axiais (realizados de modo a comparar a região da junta soldada como uma posição a 90° dela) indicaram que a junta soldada pode agir como um tipo de concentrador de tensões, contribuindo para a diminuição da resistência à fadiga dos tubos de maneira inversamente proporcional à carga aplicada. Também foi observado que defeitos resultantes do processo de fabricação (muitos deles macroscópicos) podem atuar como pontos para a nucleação de trincas de fadiga e que, portanto, não deveriam estar presentes no produto final. Ensaios de tração, ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Steel pipes, used in the oil and gas industry in prospection and exploration activities, are often subjected to cyclic loading during their transportation (transit fatigue) and during their service life. Considering this, these steel pipes must have excellent structural integrity in order to avoid premature failure by fatigue mechanisms. However, the HFIW manufacturing process, widely used by the industry, involves mechanical forming and welding and, therefore, defects are inherently present in the finished products, remarkably an interface between the edges of the steel sheets that are welded into tubes. In this work it has been investigated how the HFIW manufacturing process can reduce the fatigue resistance of API 5CT N80 type Q steel tubes and lead to a mechanical anisotropy of the finished product. To keep the specimens characteristics closer to the real steel pipes, axial fatigue tests have been performed with round specimens which had their thickness equal to the thickness of the walls of the pipes from which they had been taken from. It has been developed also a device and a method to test small length sections of steel tubes, which have shown potential to be used in the future as a new methodology for the study of fatigue in steel pipes. The results of the axial fatigue tests (carried out to compare the welded joint to a position situated 90° from it) indicate that the welded joint can act as a stress raiser and contributes to reduce the fatigue resistance of the steel pipes, in a inversely proportional relationship with the increasing of the applied dynamic loading. It has been observed also that some defects, which result from the manufacturing process, can act as points for the nucleation of fatigue cracks and, for this, they should not be present in the manufactured product. Tensile tests, metallographic analysis, ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-04-25T21:03:05Z No. of bitstreams: 1 TadeuFelixDosSantos_DISSERT.pdf: 1188872 bytes, checksum: 47b34679279af1fc33a4e33479484fde (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-04-27T19:21:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TadeuFelixDosSantos_DISSERT.pdf: 1188872 bytes, checksum: 47b34679279af1fc33a4e33479484fde (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-27T19:21:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TadeuFelixDosSantos_DISSERT.pdf: 1188872 bytes, checksum: 47b34679279af1fc33a4e33479484fde (MD5) Previous issue date: 2015-09-02 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / Este estudo oferece uma abordagem anal??tica que visa determinar o campo de temperaturas desenvolvido durante a soldagem TIG DC sobre uma placa fina de Alum??nio. As caracter??sticas n?ao-lineares do fen?omeno, tais como a depend?encia das propriedades termof??sicas e mec?anicas do material com a temperatura, s?ao consideradas nesse estudo. Al?em do processo de troca de calor por condu?c?ao, s?ao levadas em considera?c?ao as trocas por convec?c?ao natural e radia?c?ao. Uma an?alise transiente foi realizada a fim de se avaliar o comportamento temporal do campo de temperatura. Tamb?em uma modelagem tridimensional para a fonte de calor foi discutida. Com a finalidade de validar os resultados obtidos atrav?es do modelo anal??tico, foi feito o confronto destes com aqueles obtidos experimentalmente e os dispon??veis na literatura. As respostas anal??ticas obtidas apresentam uma boa correla?c?ao com as experimentais dispon??veis na literatura, comprovando assim a viabilidade e efici?encia deste m?etodo anal??tico na simula?c?ao do ciclo t?ermico para este tipo de soldagem. / This study offers an analytical approach in order to provide a determination of the temperature field developed during the DC TIG welding of a thin plate of aluminum. The non-linear characteristics of the phenomenon, such as the dependence of the thermophysical and mechanical properties with temperature were considered in this study. In addition to the conductive heat exchange process, were taken into account the exchange by natural convection and radiation. A transient analysis is performed in order to obtain the temperature field as a function of time. It is also discussed a three-dimensional modeling of the heat source. The results obtained from the analytical model were be compared with the experimental ones and those available in the literature. The analytical results show a good correlation with the experimental ones available in the literature, thus proving the feasibility and efficiency of the analytical method for the simulation of the heat cycle for this welding process.

Uma das finalidades do pré-aquecimento na soldagem é reduzir a taxa de resfriamento da junta a ser soldada, com consequente minimização da formação de fases frágeis. Esta prática é usualmente realizada em uma região relativamente extensa no entorno da junta, eventualmente causando alterações indevidas nas propriedades mecânicas e metalúrgicas do metal base, além de desperdiçar energia e tempo. Entretanto, o aquecimento localizado na junta também tem a função de auxiliar na fusão do metal base, fazendo com que este alcance temperaturas próximas à fusão do material. Esse pré-aquecimento pode favorecer o aumento da penetração do cordão de solda. Em juntas de chapas mais espessas, pode ser descartada a usinagem de chanfro em alguns casos, e podem ser alcançadas maiores velocidades do processo de soldagem. Desta forma, neste trabalho foi utilizado um equipamento de aquecimento indutivo para aquecer localmente a zona a ser soldada, visando avaliar a microestrutura formada e o perfil de durezas encontrado para os parâmetros variados. Os parâmetros de montagem e de operação foram avaliados quanto à sua influência na geometria do cordão de solda. A utilização do pré-aquecimento se mostrou efetiva na redução da taxa de resfriamento e consequentemente da proporção de fases frágeis e microdureza máxima das juntas. O trabalho mostra que a penetração e largura do cordão de solda foram aumentadas com o aumento do pré-aquecimento, e reduziram com o aumento da velocidade de soldagem, sendo a velocidade de soldagem o fator com maior influência nestas respostas. / One of the purposes of welding preheating is to decrease cooling rate of the joint to be welded, with consequent minimization of brittle phases formation. This practice is usually performed in a relatively large area around the joint, eventually causing undue changes in base metal mechanical and metallurgical properties, beyond to waste energy and time. However, the heat located in the joint also has the function of assisting in the melting of the base metal, so that it reaches temperatures close to the melting point of the material. This preheating may increase the penetration of the weld bead. In thicker plates may be discarded bevel machining in some cases and can be achieved higher welding speeds. Therefore, in this work an inductive heating equipment was used to locally heat the zone to be welded, aiming to evaluate the formed microstructure and the hardness profile found for the varied parameters. The assembly and operating parameters were evaluated for their influence on the geometry of the weld bead. The use of preheating was effective in reducing cooling rates and consequently in the proportion of brittle phases and maximum microhardness of the welded joint. The work shows that penetration and weld bead width increase with the increasing of the preheating, and reduces with the increase in welding speed, being the welding speed the factor with the greatest influence on this responses.

O presente trabalho teve como objetivo investigar o comportamento da junta para diferentes parâmetros de soldagem em um processo inovador de soldagem por fricção em tubos utilizando um anel rotativo. O material do tubo utilizado neste trabalho foi o aço inoxidável duplex SAF 2205 (UNS S31803).Utilizou-se o método estatístico Taguchi para reduzir a quantidade de juntas soldadas e verificar quais os melhores parâmetros de soldagem. O processo avaliou 3 parâmetros variando em máximo e mínimo, resultando em 4 condições de soldagem. Três juntas soldadas foram produzidas para cada condição de soldagem, o que acabou gerando 12 juntas. A obtenção da melhor condição de soldagem foi realizada através da análise de “quanto maior melhor” para o resultado de resistência à tração para as amostras. Nesta análise,a condição ótima de soldagem coincidentemente foi a condição de soldagem 4. Paralelamente à análise Taguchi, foram realizados ensaios de qualificação para todas as 4 condições de soldagem de acordo com a norma DNV-OS-F101:2013: teste de tração, dobramento, dureza, porcentagem de ferrita e porcentagem de intermetálicos Adicionalmente aos ensaios exigidos pela norma DNV-OS-F101:2013, foram realizados testes de impacto Charpy-V e EBSD para a melhor condição de soldagem obtida pela método Taguchi (condição 4). Os resultados indicaram que, de acordo com os requisitos da norma DNV-OS-F101:2013, apenas a condição de soldagem quatro (0,10 mm/s; 7,50 kN/s/ 10,0 mm) foi integralmente qualificada. Valores insuficientes de resistência obtidos nos ensaios de tração, bem como divergências nas porcentagens ótimas de fases desqualificaram as outras três condições de soldagem. Como resultado adicional para a condição de soldagem qualificada, testes de impacto Charpy apresentaram valores de energia absorvida superiores àqueles encontrados para processos convencionais de soldagem. / The present work had as objective to investigate the joint behavior for different welding parameters in an innovative process of welding by friction in tubes using a rotating ring. The material of the tube used in this work was duplex stainless steel SAF 2205 (UNS S31803). The Taguchi statistical method was used to reduce the amount of welded joints and to verify the best welding parameters. The process evaluated 3 parameters varying in maximum and minimum, resulting in 4 welding conditions. Three welded joints were produced for each welding condition, resulting in 12 joints. The best welding condition was obtained by the analysis of "the greater the better" for the result of tensile strength for the samples. In this analysis, the optimum welding condition coincidentally was the welding condition 4. Parallel to the Taguchi analysis, qualification tests were performed for all 4 welding conditions according to DNV-OS-F101: 2013: tensile test, bending, hardness, percentage of ferrite and percentage of intermetallics In addition to the tests required by the DNV-OS-F101: 2013, Charpy-V impact tests and characterization by EBSD were performed for the best welding condition obtained by the Taguchi method (condition 4). The results indicated that, according to the requirements of DNV-OS-F101: 2013, only the welding condition four (0.10 mm/s, 7.50 kN/s; 10.0 mm) was fully qualified. Insufficient values of strength obtained in the tensile tests, as well as divergences in the optimal percentages of phases, disqualified the other three welding conditions. As an additional result for the qualified welding condition, Charpy impact tests showed absorbed energy values higher than those found for conventional welding processes.

A operação segura e eficiente de unidades de produção de petróleo e gás depende essencialmente do desempenho de seus dispositivos, componentes e estruturas. Dutos rígidos são importantes componentes utilizados na indústria offshore, comumente empregados como flowlines e risers. Aços ao carbono, como o API 5L X65, são materiais tipicamente utilizados para essas aplicações, devido ao seu baixo custo relativo e disponibilidade. No entanto, para o pré-sal brasileiro, parece improvável o uso desses aços, uma vez que o óleo está contaminado por elevadas concentrações de CO2, o que provoca a corrosão generalizada. Assim, as operadoras no Brasil devem considerar uma solução alternativa, como tubos cladeados ou ligas resistentes à corrosão (CRA). Aços inoxidáveis duplex e superduplex (AISD) surgiram na última década como um material alternativo para ambientes quimicamente agressivos. No entanto, de acordo com estudos recentes, quando catodicamente protegidos contra a corrosão, esses aços são vulneráveis ao trincamento induzido pelo hidrogênio (HISC). O objetivo deste trabalho é avaliar, através de ensaios de tenacidade à fratura, a susceptibilidade ao HISC de amostras do AISD soldadas, utilizando dois níveis diferentes de proteção catódica. Para a avaliação da tenacidade à fratura, decidiu-se utilizar o método de ensaio de step loading, pois esta prática é considerada mais realista já que as amostras são expostas ao hidrogênio durante todo o teste, ao invés de um simples pré-carregamento de hidrogênio como recomendado por alguns procedimentos. Os valores de tenacidade são dados em termos de CTOD e integral J. A tenacidade foi avaliada em termos de iniciação e carga máxima, utilizando corpos de prova do tipo SENB da mecânica da fratura. Os resultados aqui apresentados indicam que os AISD são bastante suscetíveis a HISC, especialmente na zona termicamente afetada, mesmo para potenciais pouco catódicos como -650 mVECS. / The optimized and secure operation of oil and gas floating production units depends essentially on the performance of their devices, components and structures. Rigid pipelines are key equipment used in the offshore industry commonly employed as flowlines and risers. Carbon steel such as API 5L X65 is the material of choice for those applications due to its low relative cost and availability. However, for the Brazilian pre-salt it seems unlikely the use of carbon steels, since the oil is contaminated by high concentrations of CO2, which causes generalized corrosion. Therefore, operators in Brazil should consider an alternative solution, such as lined or cladded pipes as well as corrosion resistant alloys (CRA). Duplex and superduplex stainless steels (SDSS) have emerged in the last decade or so as an alternative material for harsh environments. Nevertheless, according to recent studies, SDSS when cathodically protected against corrosion are prone to hydrogen induced stress cracking (HISC). The aim of this investigation is to evaluate through fracture toughness measurements the susceptibility of welded SDSS samples to HISC for two different levels of cathodic protection. For fracture toughness evaluation, we decided to use the step loading test method, since we understand that this practice is more realistic because samples are exposed to hydrogen during the entire tests instead of simple hydrogen pre-charging as recommended by some procedures. Fracture toughness values are given in terms of both CTOD and J-integral for crack initiation and maximum stress for SENB specimens. The results given here indicated that SDSS are quite susceptible to HISC especially in the heat affect zone even for potentials as negative as -650 mVsce.

Os aços inoxidáveis dúplex (AIDs) exibem uma combinação de propriedades mecânicas e de resistência à corrosão atraente que os destaca entre os demais aços inoxidáveis. Isso ocorre devido a sua microestrutura balanceada, consistindo de ferrita e austenita, e também pela sua composição química específica contendo elementos de liga como cromo e molibdênio. Considerando-se estes fatores positivos, os AIDs são amplamente utilizados nas indústrias de óleo e gás, petroquímica, papel e celulose, e de controle de poluição. A aplicação destas ligas usualmente depende de processos de soldagem, e os ciclos térmicos merecem atenção especial para se evitar alterações microestruturais que comprometam o desempenho mecânico e/ou eletroquímico (fundamentalmente a resistência à corrosão). A soldagem por fricção e mistura mecânica ou Friction Stir Welding é uma técnica de união no estado sólido que pode reduzir defeitos, como trincas, porosidades entre outros, frequentemente encontrados em processos de soldagem que envolvem fusão. Além disso, devido ao menor aporte térmico, os processos de união no estado sólido têm o potencial de minimizar alterações microestruturais, mantendo assim, no caso dos aços AIDs, a morfologia, a distribuição e a proporção das fases ferrita e austenita mais próximas do ideal. O presente estudo empregou o processo de FSW para produzir juntas de topo em chapas com 4 mm de espessura do aço inoxidável dúplex UNS S31803, com ferramenta de PCBN inclinada em 1,5º a uma velocidade rotacional de 500 rpm, força axial de 45 kN, e diferentes velocidades de soldagem. Soldas com penetração completa e livres de defeitos foram consolidadas aplicando velocidades de soldagem de 1, 2 e 3 mm/s, enquanto a velocidade de 4 mm/s resultou em defeitos do tipo vazios na zona de mistura (ZM) no lado de avanço. A caracterização através de microscopia óptica na secção transversal das soldas revelou um refino microestrutural que aumentou os valores de dureza na ZM. A técnica de difração de elétrons retroespalhados (EBSD) mostrou um conteúdo apropriado de ferrita, entre 40 e 60%, para todas as condições de soldagem testadas. Ensaios de tração de amostras transversais das juntas soldadas romperam no material de base (MB) para velocidades de soldagem entre 1 e 3 mm/s, e falharam no local onde existiam vazios para a velocidade de soldagem de 4 mm/s. Além disso, as juntas soldadas apresentaram limite de escoamento e limite de resistência à tração similares ao MB, mas com menor alongamento. As soldas produzidas com velocidade de soldagem de 1 mm/s mostraram indícios de fases intermetálicas, que não comprometeram a resistência mecânica das juntas. Uma correlação entre a história térmica associada ao processo de FSW, a microestrutura produzida e o desempenho mecânico das juntas soldas foi estabelecida. / Duplex stainless steels (DSS) exhibit an attractive combination of mechanical properties and corrosion resistance due to their balanced microstructure consisting of ferrite and austenite, and also their chemical composition containing alloy elements like chromium and molybdenum. Considering these positive factors, DSS are widely used in the oil and gas, petrochemical, pulp and paper, and pollution control industries. The application of these alloys usually depends on welding processes, and the thermal cycles deserve special attention in order to avoid microstructural changes that compromise the mechanical and/or electrochemical performance (fundamentally corrosion resistance). Friction Stir Welding is a solid-state joining technique which can reduce flaws, such as cracks and porosities often found on fusion welding processes. Furthermore, due to the lower heat input, solid-state joining techniques have the potential of minimizing microstructural alterations and maintain, in the case of DSS, morphology, distribution and proportion of the phases ferrite and austenite. The present study used FSW to produce butt joints on 4 mm thick sheets of UNS S31803 DSS, with a PCBN tool tilted 1,5º in a rotational speed of 500 rpm, axial force of 45 kN, and different welding speeds. Full penetration and defect free welds were consolidated applying welding speeds of 1, 2 and 3 mm/s, whereas 4 mm/s resulted in voids inside the stir zone (SZ) in the advancing side. Characterization through optical microscopy on transverse section of the welds revealed a microstructural refinement, which increased the microhardness values on the SZ. Electron backscatter diffraction (EBSD) technique showed a proper ferrite content between 40 and 60% for all the tested welding conditions. Transverse tensile tests of the welded joints failed at the base metal for welding speeds between 1 and 3 mm/s, and failed on the location of the voids defects for welding speed of 4 mm/s. Moreover, the welded joints presented similar yield and tensile strength to the base material and reduced elongation. The welds produced with welding speed of 1 mm/s showed evidences of intermetallic phases, which didn’t compromise the strength of the joints. A correlation between the thermal history associated to the FSW process, the produced microstructure, and the mechanical performance of the welded joints has been established.

O processo de união entre ligas de alumínio e aços é complexo, devido às suas diferentes propriedades físicas e mecânicas, bem como pela formação de grande quantidade de compostos intermetálicos frágeis, o que dificulta a realização deste tipo de união pelos métodos convencionais de fusão. O processo de Soldagem a Ponto por Fricção (Friction Spot Welding - FSpW) é destinado à soldagem de juntas sobrepostas, adequado para união de materiais leves, e.g. ligas de alumínio e de magnésio para aplicações estruturais. A gama de componentes e materiais para os quais o FSpW pode ser aplicado está em contínua expansão, garantindo ao processo potencial para se tornar uma tecnologia industrial significativa. Por ser um processo que ocorre em estado sólido, apresenta algumas vantagens em relação aos métodos convencionais de fusão. O baixo aporte térmico associado a essas técnicas de soldagem exibe grande potencial para reduzir ou até mesmo inibir a formação da camada de compostos intermetálicos, sendo, portanto potencialmente indicado para união de materiais dissimilares. Neste trabalho foi feito um estudo da viabilidade da soldagem dissimilar entre as ligas de Alumínio AA5454-H22 e aço automotivo HX340-LAD-Z através do processo FSpW. As juntas soldadas foram analisadas mecânica e metalurgicamente, tendo como objetivo avaliar os efeitos dos parâmetros de processo na microestrutura, na geometria e no desempenho mecânico da junta, além de buscar a otimização do processo para os materiais em estudo. A relação entre a qualidade da junta e os parâmetros do FSpW foi estudada utilizando o Método Taguchi, por meio do estudo do comportamento das soldas sob solicitação monotônica de cisalhamento. Os resultados obtidos demonstram que soldas de boa qualidade e reprodutibilidade podem ser produzidas com este processo. Contudo, a presença de um filme intermetálico composto por fases ricas em Al, tais como Fe2Al5 e FeAl3, na interfaces das soldas, afeta significativamente o comportamento em fratura das juntas e, consequentemente, seu desempenho mecânico. / The joining process of aluminium and steel is very complex in view of the differences between their physical and mechanical properties, as well as the formation of great amounts of brittle intermetallic compounds at the joint interface, which make it difficult to join those materials using conventional fusion welding techniques. Friction Spot Welding (FSpW) is a suitable joining process, which produces high quality overlap joints of lightweight materials, e.g., aluminium and magnesium alloys for structural applications. The range of components and materials for which FSpW can be used is continuously expanding, ensuring great potential to the process, which became nowadays a significant industrial technology. As a solid state joining process FSpW offers some advantages relative to conventional fusion welding techniques. The low heat input involved in this process has great potential to reduce, or even to inhibit, the formation of the intermetallic layer, making it, therefore, suitable to join dissimilar materials. In this work a study of feasibility of dissimilar FSpW between the aluminium alloy 5454-H22 and the automotive steel HX340LAD-Z was performed. The welded joints were assessed mechanically and metallurgically aiming evaluate the process parameter effects on the microstructure, geometry and mechanical performance of the joint, besides searching the process optimization for the materials in question. The relationship between the joint quality and the FSpW process parameters was analysed using Taguchi’s Method, studying the behaviour of the joint under shear load. The results revealed that sound welds between AA5454-H22 and HX340LAD-Z with high strength and reproducibility can be produced with using this process. It was found that the presence of an intermetallic film compounded by Al-rich phases, such as Fe2Al5 and FeAl3, at the joint interface, plays a fundamental role on the fracture behaviour of the joints and thus, and on its mechanical behaviour.

Este trabalho teve como objetivo observar o resultado da variação dos parâmetros do processo FHPP (Friction Hydro Pillar Processing), dando-se atenção aos efeitos destes na microestrutura e na qualidade do reparo. O estudo foi realizado através de investigações metalográficas nos reparos obtidos, bem como análises via perfis de microdureza Vickers. Foram utilizadas diferentes forças axiais, que levaram a obtenção de reparos isentos de defeitos no seu preenchimento. Observou-se que o utilizando forças axiais maiores contribuíram para obter microestrutura mais refinada e homogênea, com formação predominante de martensita, menor tempo de processamento, menor quantidade de constituinte Martensita-Austenita e uma Zona Termicamente Afetada (ZTA) de menor tamanho. / This study aimed to observe the result of the variation of the Friction Hydro Pillar Processing parameters, giving attention to the microestructural effects and quality of repair. The study was carried out by metallographic investigations in repairs obtained and Vickers microhardness profiles. Were used different axial forces, which led to obtain no defects in repairs. It was observed that using higher axial forces helped to get more refined and homogeneous microstructure with predominant formation of martensite, lower processing time, less amount of Martensite-Austenite constituent and lower Heat Afecfted Zone (HAZ) size.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, Programa de Pós-Graduação em Ciências Mecânicas, 2013. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2014-02-14T11:37:20Z No. of bitstreams: 1 2013_MatheusTabataSantos.pdf: 11193212 bytes, checksum: 7f75a49a79af82c37f6dc66cf0962c70 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-02-28T14:31:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_MatheusTabataSantos.pdf: 11193212 bytes, checksum: 7f75a49a79af82c37f6dc66cf0962c70 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-02-28T14:31:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_MatheusTabataSantos.pdf: 11193212 bytes, checksum: 7f75a49a79af82c37f6dc66cf0962c70 (MD5) / O aço inoxidável martensítico ASTM A743 CA6NM é tipicamente utilizado na produção de turbinas hidroelétricas, devido a sua elevada resistência à cavitação. Essas turbinas são fabricadas em processos separados de fundição seguido de um tratamento térmico e de acabamento superficial com subsequente acoplamento por meio de um processo de soldagem, em que um material semelhante é utilizado, normalmente, o AWS 410 NiMo. Uma vez que eles têm grandes espessuras, normalmente, a soldagem ocorre em várias passos, a fim de preencher a cavidade articular. Após o processo de soldagem, normalmente em toda a turbina é feito um tratamento térmico final, que é realizado em grandes fornos para que seja possível atingir uma temperatura uniforme em toda as partes. A fim de estudar o efeito que a camada de solda exerce sobre o material de base e sobre o metal depositado, este trabalho visa determinar certas propriedades dos metais envolvidos no reparo das turbinas (emissividade e dureza), as metodologias de soldagem para esse reparo e as alterações microestruturais que ocorreram no metal base (ASTM A743 CA6NM), no metal de adição (AWS 410 NiMo) e na interface material de base e material de adição. Para atingir tais objetivos, ensaios de determinação da emissividade dos metais envolvidos no processo foram realizados para que o uso da termografia infravermelha no monitoramento das amostras fosse possível. Ensaios de soldagem GMAW também foram feitos, depositando diversos cordões de solda de AWS 410 NiMo em camadas sucessivas na fronteira de uma placa de seis milímetros de espessura de aço ASTM A743 CA6NM assistidos por termografia e com temperatura de interpasse controlada. Após o processo de soldagem, as amostras foram cortadas a partir da placa soldada e foram examinadas em duas direções, paralela e perpendicular à direção de deposição. As suas microestruturas e durezas resultantes foram analisadas e correlacionadas com a evolução das temperaturas registradas durante o processo de soldagem. Os resultados do ensaio Vickers (HV10) mostraram que a dureza do substrato é ligeiramente menor que a do metal de deposição, e na região de interface o material apresentou um incremento de dureza significativo. Com relação a microestrutura resultante do processo de soldagem, tanto o metal base quanto o de deposição apresentaram microestrutura martensítica, porém a microestrutura do metal de deposição, até aproximadamente 17 passes de solda, apresentou-se com um aspecto de martensita tratada termicamente. De forma geral, os resultados obtidos foram bastante satisfatórios, e várias possibilidades de pesquisa mais aprofundada são cabíveis, não dando por fim este. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The martensitic stainless steel ASTM A743 CA6NM is typically used in the production of hydroelectric turbines, due to their high resistance to cavitation. These turbines are manufactured in separate processes of casting followed by a heat treatment and surface finish with subsequent engagement by means of a welding process, in which a similar material is usually used (AWS 410 NiMo). Since they have large thicknesses, typically the welding is carried out in several layers in order to fill the joint cavity. After the welding process, usually the whole turbine runner is subjected to a final heat treatment, which is carried out in large furnaces thus providing a means of achieving a uniform temperature in all parts. In order to study the effect that a weld layer exerts on the base material and on the previously deposited metal, this work aims at determining certain properties of the materials involved in the repair of turbines (emissivity and hardness), the methodologies for this welding repair and the microstructural changes occurring in the base metal (ASTM A743 CA6NM) in the weld metal (AWS 410 NiMo) and in the interface between base material and filler material. To achieve these objectives, tests to determine the emissivity of the materials involved in the process were performed such that infrared thermography could be used for monitoring the samples varying temperature during the deposition process. GMAW welding tests were carried out by depositing multiple weld beads of AWS 410 NiMo wire in successive layers on the edge of a six millimeter thick ASTM A743 CA6NM sample plate assisted by thermography and interpass temperature control. After the welding process, the samples were cut from the welded plate and were examined in two directions: parallel and perpendicular to the deposition direction. Their resulting microstructure and hardness were analyzed and correlated with the evolution of temperatures recorded during the welding process. The test results for the Vickers Hardness (HV10) show that the hardness of the substrate is slightly smaller than the deposition metal and in the interface material has a significant increase in hardness. Regarding the microstructure of the welding process, both the base metal and the deposition metal presented martensitic microstructure, but the microstructure of the deposition metal, up to approximately the 17th weld bead, presented an aspect of martensite thermally treated. In general, the results obtained by this research were quite satisfactory, and several possibilities for further research are reasonable, not by giving this, the end.

Diversas pesquisas em processos de soldagem para construção naval concentram-se em reduzir peso, aumentar a eficiência de energia, melhorar a resistência à corrosão e à tenacidade, bem como reduzir custos e tempo na construção dos navios. O aço naval microligado, AH36, apresenta boa correlação entre estrutura, propriedades mecânicas e soldabilidade. Estas características se devem principalmente a redução dos teores de carbono em função do uso de elementos microligantes como V, Nb e Ti, e do tipo de processo de obtenção das chapas pelo processo termomecânico seguido de resfriamento acelerado (em inglês: Thermomechanical control process -TMCP). Assim, o objetivo deste trabalho é avaliar a soldagem do aço naval AH 36 pelo processo de arco submerso com um e dois arames. Para tanto foram empregados os ensaios mecânicos de tração, de dobramento e de dureza. A tenacidade foi determinada pelo ensaio de Charpy com entalhe em V. Para caracterização metalográfica foram aplicadas as seguintes técnicas: Microscopia óptica (MO) e Microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios X. Os resultados mostraram que as juntas soldadas apresentaram limite de resistência máxima de 561 MPa, com rompimento localizado no metal de base. No ensaio de microdureza foi observado que a região de crescimento de grão da zona afetada pelo calor, no experimento com a técnica Tandem, apresentou-se a região mais rígida das juntas analisadas, também o valor de microdureza no metal de solda foi 10% maior que no metal de base. Os resultados dos ensaios de impacto Charpy V mostraram que a temperatura de transição dúctil frágil do metal de base é de -30ºC. Da mesma maneira, o menor valor de energia absorvida foi para região do metal de solda. Através da análise da micrografia foi possível identificar diferentes morfologias de ferrita, a presença de perlita e pequenas regiões de martensita, bem como a presença de agregados MA. / Several researches in welding processes for shipbuilding has been focusing on reducing weight, increasing energy efficiency, improving corrosion resistance and toughness as well as reducing costs and time in the construction of ships. The microalloyed steel AH36 shipbuilding presents a good correlation among structure, mechanical properties and weldability. These features are mainly because reduction in carbon content due to the use of microalloying elements such as V, Nb and Ti, together with the process of steel plates by thermomechanical control process (TMCP), Therefore, the objective of this study is to evaluate the welding of shipbuilding steel AH 36 by submerged arc process with one and two wires. It was utilized tests such as: tensile, bending and hardness tests. The toughness was determined by Charpy V-Notch test. The metallographic characterization was carried out by the following techniques: optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM) and X-Rays diffraction. The results showed that the tensile test for welded joints presented maximum resistance limit of 561 MPa, and the rupture was located in the base metal. Microhardness test showed that the region of coarse grain of heat affected zone, in the tandem submerged arc welding (SAW), presented the hardest region of the welded joint, also the microhardness value in the weld metal was 10% greater than the metal base. Charpy V notch test tests depicted a ductile brittle transition temperature at about -30 ºC. In the same way, the lowest absorbed energy was identified in the weld metal region. Through microstructure characterization it was possible to identify different morphologies of ferrite, pearlite and the small presence of martensite, as well as, the presence of aggregates MA.