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

Para a certificação de um procedimento de soldagem, quer seja de alta responsabilidade na soldagem de oleodutos e gasodutos em tubulações de aço carbono ou para um uso rotineiro e diário em fábricas e oficinas, deve ser realizada uma análise profunda dos fenômenos ocorridos no material de base (MB), no metal de adição (MA) e na zona afetada pelo calor (ZAC). Por meio desta análise criteriosa na qualificação de um procedimento de soldagem, o procedimento é liberado para ser utilizado, seja qual for o objetivo final da soldagem. Apenas com a Especificação do Procedimento de Soldagem (EPS) qualificada em mãos é possível iniciar os trabalhos de soldagem, e caso esta seja seguida integralmente, o sucesso do processo está a um passo de se concretizar. Para demonstração desta interação existente entre qualificação, análise dos resultados, aprovação dos ensaios e aprovação da especificação, foi desenvolvido este trabalho utilizando o material de base na forma tubular API 5L Gr. B soldado com os processos eletrodo revestido (SMAW) e arame tubular autoprotegido (FCAW-S). Foi utilizada uma junta tubular como exemplo de estudo e qualificação de um procedimento de soldagem baseado na documentação contida na norma da Petrobrás N-2301 e em outros códigos e normas, que regem a qualificação do processo de soldagem utilizado em refinarias e plantas de produção brasileiras. Foram estudados em conjunto os resultados obtidos por meio de ensaios mecânicos, ensaios não destrutivos e microestruturais. Ambas as Especificações dos Procedimentos de Soldagem preliminares (pEPS), estabelecidas antes do início da soldagem dos dois processos de soldagem, foram aprovadas e qualificadas, satisfazendo as características macro e microscópicas, metalúrgicas e mecânicas da junta soldada. / A comprehensive analysis of the phenomena occurring in the base metal (MB), filler metal (FM) and the heat affected zone (HAZ) should be conducted to provide the qualification of the welding procedure, either in high-demand carbon steel oil & gas pipelines or standard factory & workshop daily, usual operation. By means of this thorough welding procedure qualification, the process will be released, whatever the ultimate goal of welding. Only after the welding procedure specification (WPS) is qualified, is possible to start any welding work, and being the norm fully observed, the process is nearly to start successfully. The present work has been elaborated to demonstrate the interaction of qualification, result analysis, tests and specification approval, by applying the following elements: tubular base metal API 5L grade B welded with Shielded Metal Arc Welding process (SMAW) and self-shielded Flux Cored Arc Welding process (FCAW-S). A tubular joint was used as sample for a welding procedure qualification studies based on technical documentation specified on Petrobras N-2301, a Brazilian standard, and any others codes and standards that rule welding qualification on refineries & production plants of this company. The results obtained through mechanical testing, non-destructive testing and microstructure were studied together. Both preliminary welding procedure specifications (pWPS) established before the welding of these two welding processes, have been approved and qualified. The support given by welding qualification record (WQR) allows the joints to be welded in production, and result in reliable weld bead that satisfy the macro & microscopic, metallurgical and mechanical characteristics.

Neste trabalho foram determinadas as condições para a soldagem de chapas grossas de aço carbono ASTM A36 com aço baixo-liga temperado e revenido ASTM A514 Grau Q empregando-se o processo arame tubular. Para tanto foram soldadas diversas peças de testes com o intuito de se avaliar as condições mais adequadas de preparação e soldagem de juntas dissimilares destes materiais. A preparação foi realizada por meio de corte térmico. A temperatura de preaquecimento foi determinada através de modelos matemáticos, pelas recomendações das normas AWS D1.1 e DIN EN 1011-2 sendo posteriormente avaliada por intermédio do teste de soldabilidade tipo CTS Controlled Thermal Severity. Os parâmetros de soldagem foram determinados a partir da qualificação de um procedimento de soldagem, conforme a norma AWS D1.1. Foram avaliadas as consequências do emprego do tratamento térmico de alívio de tensões após soldagem (TTAT), pelos testes de dureza Vickers e impacto Charpy. A caracterização microestrutural foi realizada por meio de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura. A caracterização das superfícies oxicortadas evidenciou os efeitos da descarbonetação e também da carbonetação. A temperatura de pré-aquecimento de 160°C determinada por meio da metodologia recomendada pelas normas AWS D1.1 e DIN EN 1011-2 mostrou-se satisfatória nos testes de soldabilidade. Foi possível a qualificação do procedimento de soldagem (EPS) com requisitos de impacto na condição \"como soldado\", porém na condição \"após TTAT\", os baixos valores de tenacidade obtidos no metal de solda, inferiores a 27J, não permitiram a qualificação de uma EPS com requisitos de impacto. Foi observada a ausência de trincas intergranulares tanto na zona afetada pelo calor quanto no metal de base ASTM A514, porém foi revelada a presença de microfases frágeis no metal de solda na condição \"como soldado\", especificamente na região da raiz, intensificadas pelo efeito da diluição. O aumento do teor de carbono na raiz, a presença de microfases frágeis, a grande fração de grãos colunares e de ferrita proeutetóide combinados com a baixa fração de ferrita acicular no metal de solda contribuíram para os baixos valores de tenacidade encontrados na condição \"como soldado\". Após o TTAT observou-se uma queda acentuada da tenacidade, inferior a 27J, do metal de solda devido à fragilização provocada pela precipitação e coalescimento de carbonetos de ferro. / In this work it was determined the conditions for welding thick plate of ASTM A36 carbon steel with quenched and tempered low-alloy steel ASTM A514 Grade Q employing the Flux Cored Arc Welding (FCAW) process. For that several coupons of tests were welded in order to evaluate the most appropriate conditions for preparation and welding of these dissimilar materials. The preparation was carried out by means of thermal cutting. The preheat temperature was determined by mathematical models, the recommendations of standards AWS D1.1 and DIN EN 1011-2 being further evaluated using the CTS type weldability test - Controlled Thermal Severity. The welding parameters were determined by qualifying a welding procedure (WPS), according to AWS D1.1. The effects of post weld heat treatment (PWHT) were evaluated by Vickers hardness tests and Charpy. Microstructural characterization was performed by optical microscopy and scanning electron microscopy. The characterization of oxi-fuel cut surfaces showed the effects of decarburization and also carburization. The preheating temperature of 160 °C determined by calculation and the methodology recommended by the standards was satisfactory in weldability tests. It was possible qualification of welding procedure (WPS) with impact requirements in the condition \"as welded\" but the condition \"after PWHT\" low toughness values obtained in the weld metal, less than 27J, did not allow to qualify a WPS with toughness requirements. The absence of intergranular cracking was observed in both the heat affected zone as the base metal ASTM A514, but the presence of fragile microphase in the weld metal was revealed in the weld metal in the condition \"as welded\" specifically in the root region, intensified by the effect of dilution. The carbon increase at root, the presence of fragile microphase, the large fraction of columnar grains and proeutectoid ferrite combined with the low fraction of acicular ferrite in the weld metal contributed to the low toughness values found in the condition \"as welded \". After PWHT there was a sharp drop in toughness, less than 27J, in the weld metal due to embrittlement caused by precipitation and coarsening of iron carbides.

O processo de soldagem por fricção e mistura (FSW) tem despertado grande interesse nos últimos anos e tornou-se uma alternativa para unir materiais de baixa soldabilidade, como as ligas de alumínio das séries 2XXX e 7XXX, as quais são empregadas na estrutura das aeronaves, por possuírem elevada relação resistência/peso. O processo FSW, todavia, causa mudanças microestruturais nos materiais soldados, particularmente na zona misturada (ZM) e nas zonas termicamente (ZTA) ou termomecanicamente (ZTMA) afetadas. Estas mudanças geralmente interferem no desempenho frente à corrosão das ligas soldadas. No presente estudo, a resistência à corrosão das ligas de alumínio 2024-T3 e 7475-T761, unidas pelo processo FSW foi investigada em solução 10 mM de NaCl. Ensaios de visualização em gel ágar-ágar e de imersão associados a técnicas microscópicas foram realizados para investigar o efeito do acoplamento galvânico na corrosão das diferentes regiões da junta soldada. Os resultados do ensaio de visualização em gel mostraram que, quando acopladas, a liga 2024 atua como cátodo e a 7475 como ânodo. Os ensaios de imersão revelaram acoplamento galvânico entre as ligas na zona misturada (ZM). A região mais afetada pela corrosão foi a ZTMA da liga 7475, com corrosão intergranular desde as primeiras horas de imersão. A influência do processo de soldagem na resistência à corrosão das duas ligas de alumínio foi investigada por ensaios eletroquímicos. Os ensaios eletroquímicos adotados foram medidas de potencial de circuito aberto (PCA) em função do tempo de exposição ao meio corrosivo, espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e curvas de polarização potenciodinâmica. Os ensaios de polarização mostraram elevada atividade eletroquímica na zona de mistura indicada pelos altos valores de densidade de corrente em comparação com as demais zonas testadas. Os resultados de EIE globais mostraram que nas primeiras horas de exposição ao eletrólito o processo de corrosão foi predominantemente controlado pela liga 7475; todavia, com o tempo de exposição ao eletrólito, a corrosão passou a ser controlada pela liga 2024. / Friction stir welding (FSW) has roused great interest in recent years and it is now an alternative for joining materials of low weldability, such as the aluminum alloys of the 2XXX and 7XXX series, used in the aircrafts structure due to their high strength /weight ratio. However, FSW causes material microstructural changes, mainly in the stir zone (SZ), the heat affected zone (HAZ) or thermomechanically (TMAZ) affected zones of the materials welded. These generally interfere with the corrosive performance of the welded joint. In the present study, the corrosion resistance of the 2024-T3 and 7475-T761aluminum alloys, joined by FSW was investigated in 10 mM NaCl electrolyte. Agar-agar gel and immersion tests associated with microscopic techniques were performed to investigate the effect of galvanic coupling between the welded materials. Results from this test showed that, when galvanically coupled, the 2024 alloy acts as cathode and the 7475 as anode. Immersion tests revealed galvanic coupling between the alloys in the SZ. The zone most susceptible to corrosion was the TMAZ of the 7475. Intergranular corrosion was observed in this zone since the first hours of immersion. The influence of the welding process on the corrosion resistance of the alloys was also evaluated by electrochemical tests. The electrochemical tests adopted were open circuit potential measurements (OCP) as a function of time of exposure to the electrolyte, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and potentiodynamic polarization curves. The polarization tests showed high electrochemical activity in the stir zone indicated by the high current densities measured comparatively to the other tested zones. The global EIS results indicated that in the first few hours of exposure to the electrolyte the corrosion process was predominantly controlled by the 7475 alloy; however, with time of exposure to the electrolyte, the corrosion was controlled by alloy 2024.

Nos dias atuais, com o mercado altamente seletivo, com vários fabricantes e fornecedores de diversos tipos de produtos e serviços, a qualidade se tornou uma necessidade premente, na qual uma empresa que forneça bens e/ou serviços com baixa qualidade corre sérios riscos de ser descartada pelos mercados consumidores. Assim, a importância da qualidade é que se converteu em um requisito básico para uma empresa competir e se manter no mercado. As empresas veem a qualidade como uma ferramenta para a redução de custos e para a melhoria de sua imagem junto ao mercado consumidor. Neste contexto, de melhora da imagem junto ao mercado consumidor e de redução de custos, o presente trabalho foi realizado em uma importante e tradicional multinacional de grande porte que produz compressores herméticos para refrigeração, com o intuito de estudar a soldagem do mancal de ferro fundido à carcaça de aço de baixo carbono em compressores rotativos (rolete excêntrico), utilizados em aparelhos de ar condicionado. A solda realizada de maneira falha pode permitir a perda do entreferro do motor, resultando em um ruído característico, chamado stall. Este trabalho avaliou diferentes tipos de arames, buscando garantir um processo com qualidade e baixo custo. Testes foram realizados utilizando como peças teste carcaças e mancais dos compressores. Verificou-se que o arame sólido ANSI/AWS A5.18 ER70S-6, atualmente utilizado, não é o mais indicado para a respectiva soldagem, em virtude da microestrutura e da resistência da soldagem obtida. A solução técnica apropriada é a utilização do arame ERNiFeMn-CI que elimina a fragilização das zonas parcialmente fundidas e diluídas próximos ao metal de solda, enquanto o arame metal cored E70C-6M representa um compromisso entre as propriedades da junta soldada e custo do processo. / Nowadays, with the highly selective market, with several manufacturers and suppliers of various types of products and services, quality has become a pressing need, in which a company that provides services with a low quality at serious risk of being discarded by the consumer markets. Thus, the importance of quality is that it has become a basic requirement for a company to compete and stay in the market. Companies see the Quality as a tool to reduce costs and to improve its image with the consumer market. In this context, the improvement of the image with the consumer market and costs reduction, this study was conducted in a major traditional large multinational that produces hermetic compressors to refrigeration, in order to study the welding of cast iron bearings with low carbon steel houses in rotary compressors (eccentric roller) used in air conditioners. The welding performed in a failure may allow loss of the air gap of the motor, resulting in a characteristic noise, called stall. This study evaluated different types of alloys, aiming to ensure process quality and low cost. Trials were done using low carbon steel houses and cast iron bearings of the compressors. After innumerous tests, it was found that the ANSI/AWS A5.18 ER70S-6 solid wire, currently used, is not the most suitable for their welding, in view of microstructure and resistance of the weld obtained. The appropriate technical solution is to use the wire ERNiFeMn-CI eliminating the weakening of partially melted and diluted zones near the weld metal, while metal cored wire E70C-6M represents a compromise between the properties of welded joint and the cost of the process.

Este estudo apresenta uma tentativa para investigação do efeito que a sensibilidade à taxa de deformação do material poderia provocar no modo de falha do ponto de solda. É sabido que alguns materiais quando deformados dinamicamente sofrem elevação na sua resistência mecânica, e portanto este aumento poderia afetar o comportamento, ou seja, o modo de falha da junta. Os modos de falha esperados neste estudo são o de cisalhamento do ponto na interface ou o arrancamento do ponto na região da zona termicamente afetada. Uma formulação analítica para as tensões atuantes devido à solicitação dinâmica no ponto foi proposta com base em estudos existente para juntas solicitadas estaticamente. Propôs-se uma forma de quantificar a taxa de deformação, que foi incorporada à formulação da tensão dinâmica atuante na região da junta. Em conjunto à formulação analítica, um modelo de elementos finitos foi desenvolvido e diversas condições de carregamento e geometrias foram analisadas e posteriormente comparadas com os resultados analíticos. Como resultado principal verificou-se que, para a estimativa adotada para a taxa de deformação de material, o modo de falha da junta não se altera quando comparado com o modo de falha presente na junta solicitada a carregamento estático. E que para as formulações estimadas e modelos investigados a falha teria uma tendência a ocorrer na região da zona termicamente afetada para qualquer dos casos de carregamento analisados. / This study presents an attempt to probe the effect that some materials strain rate sensitivity could set in the failure mode of the spot weld joint. It is well known that some materials when dynamically loaded and deformed have its mechanical strength increased and therefore this strength increase could affect the joint failure behavior. The failure modes taken in account in this study are the shear of the spot weld in the interface region and the pull-out of the spot weld in the heat affected zone. An analytical formulation to the acting stress in the spot weld region owing to the dynamic loading has been proposed based on studies performed to the statically loaded spot weld joint. Moreover, an analytical formulation has been proposed to quantify the strain rate, and it has been incorporated in the dynamic stress formulation. A finite element model has been also built. Several geometrical configurations of this model have been analyzed under several velocity loading conditions, and their results have been compared with the analytical considerations. As the main result, it has been verified, to the estimated strain rate formulation, the failure mode in the dynamic loading condition has not effectively changed in comparison with the statically loaded joint failure. And according to the formulation considered and the finite elements models results the failure would tend to happen in the heat affected zone to any of the loading cases taken in account in this study.

A soldagem altera as propriedades mecânicas dos aços ligados ao níquel, em especial seu desempenho em aplicações criogênicas. Assim, este trabalho apresenta um estudo sobre a soldabilidade metalúrgica do aço com 9% níquel e tem como objetivos: identificar se a fragilização em temperatura abaixo da temperatura Ac3 ocorre em ZACs com dois e três ciclos térmicos simulados fisicamente; analisar as características da junta soldada pelo processo de soldagem por atrito linear com mistura e os efeitos da soldagem multipasse; e analisar a influência dos passes de enchimento e acabamento sobre o comportamento mecânico da ZAC da raiz de uma junta soldada pelo processo de soldagem MIG/MAG. Destacam-se entre os resultados da simulação física da ZAC: as amostras que tiveram a temperatura máxima abaixo da temperatura Ac1, no terceiro ciclo térmico, não apresentaram o efeito de redução da energia absorvida no ensaio Charpy V; a fração volumétrica de austenita retida não aumenta a quantidade de energia absorvida no ensaio Charpy V para as amostras que tiveram a temperatura máxima do segundo ciclo térmico abaixo da temperatura Ac3 (723°C); e a correlação linear múltipla sugere um modelo empírico, baseado nos dados deste trabalho, onde os fatores de fração volumétrica do microconstituinte martensita-austenita, fração volumétrica de austenita retida e tamanho de grão são mais relevantes para a quantidade de energia absorvida no ensaio Charpy V. Destacam-se entre os resultados da soldagem por atrito linear: a energia absorvida no ensaio Charpy V da zona misturada do primeiro cordão (CP1) é menor que o metal de base; o segundo cordão gera duas regiões na zona misturada do primeiro cordão, que tendem a aumentar a energia absorvida no ensaio Charpy V; os valores de energia absorvida no ensaio Charpy V apresentam correlações lineares simples com a microdureza, a fração volumétrica do microconstituinte martensita-austenita e com o tamanho de grão. Destacam-se entre os resultados da soldagem com MIG/MAG: A soldagem do aço com 9% de níquel com a liga Inconel 625 gera uma zona não misturada entre o metal de solda e a ZAC; a amostra com todos os passes de solda (CP3) apresenta a menor energia absorvida no ensaio Charpy V entre todos os experimentos; e a trinca, no ensaio Charpy V, propaga na zona não misturada no CP1 e no CP2, que tiveram as maiores energias absorvidas no ensaio Charpy. O CP3 apresenta propagação de trinca na linha de fusão e possui a menor energia absorvida no ensaio Charpy V. / Welding modify the mechanical properties of nickel steels, especially their performance in cryogenic applications. Thus, this work presents a study on the metallurgical weldability of 9% nickel steel and its objectives are: identify if the embrittlement in temperature below the Ac3 temperature occurs in HAZs with two and three thermal cycles simulated physically; analyze the characteristics of the joint welded by friction stir welding process and the effects of multipass welding; and analyze the influence of the filling and finishing passes on the mechanical behavior of HAZ from the root of a joint welded by the GMAW welding process. The results of the physical simulation of the HAZ were: the samples that had the maximum temperature below the temperature Ac1, in the third thermal cycle, did not present the effect of reduction of the energy absorbed in the Charpy V test; the retained austenite volumetric fraction does not increase the amount of energy absorbed in the Charpy V test for the samples having the maximum temperature of the second thermal cycle below the Ac3 temperature (723 °C); and the multiple linear correlation suggests an empirical model, based on the data of this work, where the volumetric fraction factors of the martensite-austenite microconstituent, retained austenite volumetric fraction and grain size are more relevant for the amount of energy absorbed in the Charpy V test. The FSW welding highlights results: the energy absorbed in the Charpy V test of the mixed zone of the first pass (CP1) is smaller than the base metal; the second pass generates two regions in the mixed zone of the first pass, which tend to increase the energy absorbed in the Charpy V test; the values of energy absorbed in the Charpy V test show simple linear correlations with the microhardness, the volumetric fraction of the martensite-austenite microconstituent and with the grain size. The GMAW welding highlights results: welding of the steel with 9% nickel with the Inconel 625 alloy makes an unmixed zone between the weld metal and the HAZ; the sample with all weld passes (CP3) shows the lowest energy absorbed in the Charpy V test among all the experiments; and the crack, in the Charpy V test, propagates in the unmixed zone in CP1 and CP2, which had the highest energies absorbed in the Charpy test. The CP3 shows crack propagation in the melting line and has the lowest energy absorbed in the Charpy V test.

Este estudo apresenta uma tentativa para investigação do efeito que a sensibilidade à taxa de deformação do material poderia provocar no modo de falha do ponto de solda. É sabido que alguns materiais quando deformados dinamicamente sofrem elevação na sua resistência mecânica, e portanto este aumento poderia afetar o comportamento, ou seja, o modo de falha da junta. Os modos de falha esperados neste estudo são o de cisalhamento do ponto na interface ou o arrancamento do ponto na região da zona termicamente afetada. Uma formulação analítica para as tensões atuantes devido à solicitação dinâmica no ponto foi proposta com base em estudos existente para juntas solicitadas estaticamente. Propôs-se uma forma de quantificar a taxa de deformação, que foi incorporada à formulação da tensão dinâmica atuante na região da junta. Em conjunto à formulação analítica, um modelo de elementos finitos foi desenvolvido e diversas condições de carregamento e geometrias foram analisadas e posteriormente comparadas com os resultados analíticos. Como resultado principal verificou-se que, para a estimativa adotada para a taxa de deformação de material, o modo de falha da junta não se altera quando comparado com o modo de falha presente na junta solicitada a carregamento estático. E que para as formulações estimadas e modelos investigados a falha teria uma tendência a ocorrer na região da zona termicamente afetada para qualquer dos casos de carregamento analisados. / This study presents an attempt to probe the effect that some materials strain rate sensitivity could set in the failure mode of the spot weld joint. It is well known that some materials when dynamically loaded and deformed have its mechanical strength increased and therefore this strength increase could affect the joint failure behavior. The failure modes taken in account in this study are the shear of the spot weld in the interface region and the pull-out of the spot weld in the heat affected zone. An analytical formulation to the acting stress in the spot weld region owing to the dynamic loading has been proposed based on studies performed to the statically loaded spot weld joint. Moreover, an analytical formulation has been proposed to quantify the strain rate, and it has been incorporated in the dynamic stress formulation. A finite element model has been also built. Several geometrical configurations of this model have been analyzed under several velocity loading conditions, and their results have been compared with the analytical considerations. As the main result, it has been verified, to the estimated strain rate formulation, the failure mode in the dynamic loading condition has not effectively changed in comparison with the statically loaded joint failure. And according to the formulation considered and the finite elements models results the failure would tend to happen in the heat affected zone to any of the loading cases taken in account in this study.

Os aços ARBL tem cada vez mais destaque na produção de auto-peças. Os atrativos são elevados limites de escoamento e resistência, resistência química, boa soldabilidade e estampabilidade. Estes atrativos fazem dos aços ARBL itens importantes no desenvolvimento de novos produtos, projetos de redução de custo e melhoria de processos. As inovações tecnológicas e a exigência de produtos cada vez mais robustos em sua aplicação têm levado a indústria a buscar em outros tipos de materiais as propriedades que possam satisfazer as especificações de projetos. O objetivo deste trabalho é entender a microestrutura e o comportamento mecânico da região soldada de dois aços ARBL e compara-los ao aço SAE1010AA visando a produção de aro para rodas de caminhão e ônibus. O processo de soldagem utilizado é conhecido como soldagem por resistência, onde a união das extremidades do blank é feita por aquecimento através de uma diferença de potencial sem adição de material. Os aços ARBL utilizados são o RD480 produzido pela CSN e o S275JR produzido pela CST. As uniões soldadas são caracterizadas por meio de ensaios de tração, tração com entalhe, impacto e avaliação da tenacidade à fratura através de medidas de CTOD. Os resultados obtidos nos ensaios mecânicos e as análises de microetrutura mostraram que os aços ARBL estudados possuem características mecânicas que os tornam ótimas opções na substituição do aço SAE1010AA na produção de aros para rodas sem câmara. Este trabalho teve o apoio da IOCHPE MAXION, divisão de rodas e chassis. / The HSLA steels have been increasingly highlighted in the production of automotive parts. Their attractives are high yield and ultimate strengths, chemical resistance, weldability and formability. These features make the HSLA steels an important item in the development of new products, design for cost reduction and process improvement. The technological innovations and product requirements have lead the industries to seek for new materials with properties that could meet the design specifications. The objective of this work is to understand the microstructure and the mechanical behavior of the weld zone of two types of HSLA steels and compare with the current steel (SAE1010AA) used in the manufature of rim wheels for truck and bus. The welding process used is this study is known as Flash weld, which is commonly used in the manufacture of wheel rims. The chosen HSLA steels are the RD480 (From CSN Inc.) and S275JR (From CST Inc.). The welded joints are characterized by means of notched and unotched tensile tests, impact tests and fracture toughness evaluation through CTOD measurements. The results obtained in mechanical testing and analysis showed that microetrutura studied HSLA steels have mechanical properties that make them great options in replacing steel SAE1010AA in the production of wheel rims to tubeless. This work was supported by IOCHPE-MAXION, division of wheels and chassis.

A soldagem altera as propriedades mecânicas dos aços ligados ao níquel, em especial seu desempenho em aplicações criogênicas. Assim, este trabalho apresenta um estudo sobre a soldabilidade metalúrgica do aço com 9% níquel e tem como objetivos: identificar se a fragilização em temperatura abaixo da temperatura Ac3 ocorre em ZACs com dois e três ciclos térmicos simulados fisicamente; analisar as características da junta soldada pelo processo de soldagem por atrito linear com mistura e os efeitos da soldagem multipasse; e analisar a influência dos passes de enchimento e acabamento sobre o comportamento mecânico da ZAC da raiz de uma junta soldada pelo processo de soldagem MIG/MAG. Destacam-se entre os resultados da simulação física da ZAC: as amostras que tiveram a temperatura máxima abaixo da temperatura Ac1, no terceiro ciclo térmico, não apresentaram o efeito de redução da energia absorvida no ensaio Charpy V; a fração volumétrica de austenita retida não aumenta a quantidade de energia absorvida no ensaio Charpy V para as amostras que tiveram a temperatura máxima do segundo ciclo térmico abaixo da temperatura Ac3 (723°C); e a correlação linear múltipla sugere um modelo empírico, baseado nos dados deste trabalho, onde os fatores de fração volumétrica do microconstituinte martensita-austenita, fração volumétrica de austenita retida e tamanho de grão são mais relevantes para a quantidade de energia absorvida no ensaio Charpy V. Destacam-se entre os resultados da soldagem por atrito linear: a energia absorvida no ensaio Charpy V da zona misturada do primeiro cordão (CP1) é menor que o metal de base; o segundo cordão gera duas regiões na zona misturada do primeiro cordão, que tendem a aumentar a energia absorvida no ensaio Charpy V; os valores de energia absorvida no ensaio Charpy V apresentam correlações lineares simples com a microdureza, a fração volumétrica do microconstituinte martensita-austenita e com o tamanho de grão. Destacam-se entre os resultados da soldagem com MIG/MAG: A soldagem do aço com 9% de níquel com a liga Inconel 625 gera uma zona não misturada entre o metal de solda e a ZAC; a amostra com todos os passes de solda (CP3) apresenta a menor energia absorvida no ensaio Charpy V entre todos os experimentos; e a trinca, no ensaio Charpy V, propaga na zona não misturada no CP1 e no CP2, que tiveram as maiores energias absorvidas no ensaio Charpy. O CP3 apresenta propagação de trinca na linha de fusão e possui a menor energia absorvida no ensaio Charpy V. / Welding modify the mechanical properties of nickel steels, especially their performance in cryogenic applications. Thus, this work presents a study on the metallurgical weldability of 9% nickel steel and its objectives are: identify if the embrittlement in temperature below the Ac3 temperature occurs in HAZs with two and three thermal cycles simulated physically; analyze the characteristics of the joint welded by friction stir welding process and the effects of multipass welding; and analyze the influence of the filling and finishing passes on the mechanical behavior of HAZ from the root of a joint welded by the GMAW welding process. The results of the physical simulation of the HAZ were: the samples that had the maximum temperature below the temperature Ac1, in the third thermal cycle, did not present the effect of reduction of the energy absorbed in the Charpy V test; the retained austenite volumetric fraction does not increase the amount of energy absorbed in the Charpy V test for the samples having the maximum temperature of the second thermal cycle below the Ac3 temperature (723 °C); and the multiple linear correlation suggests an empirical model, based on the data of this work, where the volumetric fraction factors of the martensite-austenite microconstituent, retained austenite volumetric fraction and grain size are more relevant for the amount of energy absorbed in the Charpy V test. The FSW welding highlights results: the energy absorbed in the Charpy V test of the mixed zone of the first pass (CP1) is smaller than the base metal; the second pass generates two regions in the mixed zone of the first pass, which tend to increase the energy absorbed in the Charpy V test; the values of energy absorbed in the Charpy V test show simple linear correlations with the microhardness, the volumetric fraction of the martensite-austenite microconstituent and with the grain size. The GMAW welding highlights results: welding of the steel with 9% nickel with the Inconel 625 alloy makes an unmixed zone between the weld metal and the HAZ; the sample with all weld passes (CP3) shows the lowest energy absorbed in the Charpy V test among all the experiments; and the crack, in the Charpy V test, propagates in the unmixed zone in CP1 and CP2, which had the highest energies absorbed in the Charpy test. The CP3 shows crack propagation in the melting line and has the lowest energy absorbed in the Charpy V test.