As amarras de correntes de aço para aplicação naval utilizadas na indústria de óleo e gás são fabricadas para atender elevadas exigências operacionais. Com a prospecção de petróleo em águas profundas e ultraprofundas o conhecimento de suas propriedades torna-se relevante. Frente a essa necessidade foi realizado o estudo das propriedades mecânicas e metalúrgicas de um elo de corrente de amarra naval na indústria do petróleo proveniente de operação. Esse estudo teve como objetivo principal identificar e avaliar as propriedades mecânicas e metalúrgicas das regiões resultante do processo de soldagem por centelhamento frente ao material de base. Como objetivo secundário foi classificado o material de acordo com algumas propriedades mecânicas recomendadas pela IACS UR W22. Para isso foram realizados ensaios de tração, microdureza, tenacidade ao impacto Charpy e à fratura CTOD, com avaliações metalúrgicas no material de base e região de união por centelhamento. Como resultado foi verificado que o processo de soldagem por centelhamento produziu zonas de extensões reduzidas e com menores valores de tenacidade à fratura e ao impacto. O processo de centelhamento produziu união com espessura de 0,375 mm, com uma zona de solda revelada por ataque químico e duas zonas afetadas pelo calor caracterizadas apenas por perfil de microdureza, com 0,150 mm e 0,300 mm, respectivamente. Os menores valores de tenacidade ao impacto Charpy e à fratura CTOD foram medidos nos corpos de prova posicionados na zona afetada pelo calor. Os resultados obtidos em todos os ensaios foram comparados com as recomendações técnicas IACS UR W22, onde caracterizou o elo como grau R4. / Mooring chains of offshore systems anchors are design to be used under extreme environment operation. New fields of exploration have been operated in deep water and ultra-deep water, wherefore, require more knowledge of the mechanical and metallurgical properties. Hence a study of a studless link of offshore chain from the operating service component was carried out. The main goal of this work was to determine and evaluate the properties of the base material and the zones produced by Flash Butt Welding Process. Furthermore, the material was characterized by the IACS UR W22 standard recommendation. In this study tests of tensile test, microhardness, Charpy and CTOD toughness, mechanical and metallurgical evaluation were performed in the base material and welding zones. The results showed small welding zones with reduced impact and fracture toughness. The lowest values were seen in specimens from the heat affect zone. The weld zone thickness observed by chemical etching extend 0,375 mm and the microhardness profile indicated a Heat Affected Zone (HAZ) with 0,150 and 0,300 mm. The lowest Charpy and CTOD toughness tests were measured in the HAZ specimens. These results were compared with IACS UR W22 standard recommendation and the link chain was characterized as R4 grade.

Orientador: Vicente Afonso Ventrella / Resumo: O trabalho consiste em um estudo da soldagem sobre uma placa da liga de titânio ASTM (Ti-6Al-4V) de espessura 1,44 mm, utilizando o processo de soldagem à laser Nd:YAG na condição autógena, realizando alterações de parâmetros no processo de soldagem afim de alterar o aporte térmico, encontrando propriedades características como a dureza, tensão de escoamento e microestrutura do material. Os ensaios realizados para a pesquisa foram: análise macrográfica, ensaio de tração, ensaio de microdureza e caracterização microestrutural. Para revelação dos detalhes no metal de solda, foi utilizado um ataque químico com o reagente Kroll. As medidas de geometria (largura e profundidade de penetração) dos cordões de solda, assim como a presença de descontinuidades, foram realizadas através de imagens obtidas pelo microscópio estéreo Zeiss Discovery.V8. O processamento e medição das imagens foi realizado através do software "AxioVision", um software associado ao microscópio utilizado. A análise da microestrutura foi realizada através do Microscópio Óptico Neophot 21, já o ensaio de tração foi realizado através de uma Máquina Universal de Ensaios, além do ensaio de microdureza, que foi realizado na escala Vickers. As análises das propriedades mecânicas foram confrontadas com a microestrutura obtida de acordo com a variação do aporte térmico. Como resultados, foram encontradas várias características essenciais para uma boa soldagem da liga, pois a cada incremento de aporte térmico, o cordão de... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The work consists of a study of the welding on a plate of titanium alloy ASTM (Ti-6Al-4V) of thickness 1.44 mm, using the welding process Nd: YAG in the autogenous condition, making changes of parameters in the process of welding in order to change the thermal input, finding characteristic properties such as hardness, yield stress and microstructure of the material. The tests carried out for the research were: macrographic analysis, tensile test, microhardness test and microstructural characterization. To reveal the details in the weld metal, a chemical attack was used with the Kroll reagent. The measurements of the geometry (width and depth of penetration) of the weld beads, as well as the presence of discontinuities, were made through images obtained by the stereo microscope Zeiss Discovery.V8. The images were processed and measured using the "AxioVision" software, a software associated with the microscope used. The analysis of the microstructure was performed through the Optical Microscope Neophot 21, and the tensile test was performed through a Universal Testing Machine, in addition to the microhardness test, which was performed on the Vickers scale. The analysis of the mechanical properties were compared with the microstructure obtained according to the variation of the thermal input. As a result, several essential characteristics have been found for a good welding of the alloy, because with each increment of thermal input, the weld bead increases in width, depth and har... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Submitted by Juliano Torteli De Godoi Zucato (jtgzucato@gmail.com) on 2018-08-15T17:17:02Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Juliano Zucato.pdf: 6062254 bytes, checksum: c2ecd162aff92215ef89a486bafa836f (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-08-15T20:07:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 zucato_jtg_me_ilha.pdf: 6062254 bytes, checksum: c2ecd162aff92215ef89a486bafa836f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-15T20:07:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 zucato_jtg_me_ilha.pdf: 6062254 bytes, checksum: c2ecd162aff92215ef89a486bafa836f (MD5) Previous issue date: 2018-07-03 / O trabalho consiste em um estudo da soldagem sobre uma placa da liga de titânio ASTM (Ti-6Al-4V) de espessura 1,44 mm, utilizando o processo de soldagem à laser Nd:YAG na condição autógena, realizando alterações de parâmetros no processo de soldagem afim de alterar o aporte térmico, encontrando propriedades características como a dureza, tensão de escoamento e microestrutura do material. Os ensaios realizados para a pesquisa foram: análise macrográfica, ensaio de tração, ensaio de microdureza e caracterização microestrutural. Para revelação dos detalhes no metal de solda, foi utilizado um ataque químico com o reagente Kroll. As medidas de geometria (largura e profundidade de penetração) dos cordões de solda, assim como a presença de descontinuidades, foram realizadas através de imagens obtidas pelo microscópio estéreo Zeiss Discovery.V8. O processamento e medição das imagens foi realizado através do software "AxioVision", um software associado ao microscópio utilizado. A análise da microestrutura foi realizada através do Microscópio Óptico Neophot 21, já o ensaio de tração foi realizado através de uma Máquina Universal de Ensaios, além do ensaio de microdureza, que foi realizado na escala Vickers. As análises das propriedades mecânicas foram confrontadas com a microestrutura obtida de acordo com a variação do aporte térmico. Como resultados, foram encontradas várias características essenciais para uma boa soldagem da liga, pois a cada incremento de aporte térmico, o cordão de solda aumenta em largura, profundidade e dureza, porém isto tem vantagem até determinado valor, pois conforme há o aumento do aporte térmico, a soldagem se fragiliza, pelo fato de existir vaporização do material e inclusão de poros na zona fundida. / The work consists of a study of the welding on a plate of titanium alloy ASTM (Ti-6Al-4V) of thickness 1.44 mm, using the welding process Nd: YAG in the autogenous condition, making changes of parameters in the process of welding in order to change the thermal input, finding characteristic properties such as hardness, yield stress and microstructure of the material. The tests carried out for the research were: macrographic analysis, tensile test, microhardness test and microstructural characterization. To reveal the details in the weld metal, a chemical attack was used with the Kroll reagent. The measurements of the geometry (width and depth of penetration) of the weld beads, as well as the presence of discontinuities, were made through images obtained by the stereo microscope Zeiss Discovery.V8. The images were processed and measured using the "AxioVision" software, a software associated with the microscope used. The analysis of the microstructure was performed through the Optical Microscope Neophot 21, and the tensile test was performed through a Universal Testing Machine, in addition to the microhardness test, which was performed on the Vickers scale. The analysis of the mechanical properties were compared with the microstructure obtained according to the variation of the thermal input. As a result, several essential characteristics have been found for a good welding of the alloy, because with each increment of thermal input, the weld bead increases in width, depth and hardness, however this has advantage until a certain value, since as there is increase of the contribution thermal, welding becomes fragile, due to the fact that there is vaporization of the material and inclusion of pores in the molten zone.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / Submitted by Fabiana Santos (fabianacamargo@bce.unb.br) on 2018-10-04T21:29:54Z No. of bitstreams: 1 2018_JorgeAndrésGirónCruz.pdf: 3947071 bytes, checksum: 0cce733c018362c50b17b1729129344e (MD5) / Approved for entry into archive by Fabiana Santos (fabianacamargo@bce.unb.br) on 2018-10-09T20:43:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_JorgeAndrésGirónCruz.pdf: 3947071 bytes, checksum: 0cce733c018362c50b17b1729129344e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-09T20:43:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_JorgeAndrésGirónCruz.pdf: 3947071 bytes, checksum: 0cce733c018362c50b17b1729129344e (MD5) Previous issue date: 2018-10-09 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPQ). / A busca por métodos de produção com melhor controle da qualidade e maior produtividade tem impulsionado o uso de sistemas automatizados em processos industriais como a soldagem. Porém, tornar a soldagem eficiente e econômica, é necessário para reduzir o desperdício de material e tempo gasto na produção e ensaios de verificação de qualidade. Isso pode ser conseguido por meio de sistemas automatizados que substituam os soldadores especialistas e sejam capazes de prever a geometria do cordão de solda a partir dos parâmetros de soldagem – permitindo que um processo realizado com os parâmetros determinados forneça uma junta com as propriedades mecânicas desejadas. Durante anos, muito se tem feito no sentido de prever os problemas na soldagem com o intuito de torná-la um processo estável, capaz de efetuar uniões de peças com o mínimo de interferência humana. Dos vários sensores utilizados em processos de soldagem, ainda não há uma opção eficaz capaz de identificar, diretamente, as características do cordão obtido durante o processo. Esse é um fator limitante no controle do processo, pois somente é possível determinar as características do cordão após a realização da solda através de ensaios (destrutivos ou não), quando nenhuma ação de controle pode ser tomada. Este trabalho propõe o desenvolvimento de um sistema de monitoramento da poça de fusão em tempo real usado para obter imagens do comportamento da oscilação da poça durante a solda. Uma nova abordagem para este tipo de imagens é a utilização de um sistema de iluminação por laser do processo, de modo que uma imagem de alta qualidade natural da poça de fusão, eletrodo e cordão de solda possa ser obtida, dando detalhes da poça e arredores. Essa estratégia, independente de modelos pré-definidos do processo, permite controlar a penetração dos cordões de solda no processo GMAW no modo de transferência metálica por curto-circuito (GMAW-S). Para o modelo e controlador definiuse a utilização de sistemas inteligentes focados diretamente nas medições da oscilação da poça de fusão e a estimação da penetração dos cordões de solda a partir dos parâmetros de processo. Finalmente, um modelo para relacionar a profundidade da penetração, a frequência de oscilação da poça com a formação e o padrão das escamas na superfície do cordão de solda é proposto. / The search for methods of production with better quality control and greater productivity has promoted the use of automated systems in industrial processes such as welding. However, make the welding efficient and economical; it is necessary to reduce the waste and time spent on the production and quality tests. This can be achieved by means of automated systems to replace those skilled welders and be able to predict the geometry of the weld bead as welding parameters - allowing a process performed with the determined parameters provide a joint with the desired mechanical properties. For years, much has been done to predict problems in welding in order to make it a stable process capable of making unions parts with minimal human interference. The various sensors used in welding processes, there is still no effective option able to identify, directly, the weld bead characteristics obtained during the process. This is a limiting factor in the process control, because only can be determined the weld bead characteristics after the completion of welding through testing (destructive or not) when no control action can be taken. This work proposes the development of a real-time weld pool monitoring system to obtain the images of the weld pool oscillation behavior during welding. A novel approach to this type of images is the use of a laser lighting system for illumination of the process, so that a high quality natural image of the weld pool, electrode and weld bead can be obtained, giving details of the weld pool and surrounding area. This strategy, regardless of predefined models, can control the weld bead penetration in the GMAW-S process. For the proposed model and controller is defined the use of intelligent systems focused on the measurements of the weld pool oscillations and the estimation of the weld bead penetration from the process parameters. Finally, a model to relate the weld penetration depth, the weld pool oscillation frequency with the formation and the pattern of the ripples on the weld bead surface is proposed.

Os processos de soldagem por atrito apresentam diversas vantagens na união de materiais metálicos. O Friction Hydro Pillar Processing (FHPP) é um processo recente utilizado para fabricação e reparo de estruturas, que surge como uma alternativa à soldagem convencional. As interfaces das soldas FHPP são geralmente as partes mais suscetíveis à falha, devido à concentração de defeitos e microestrutura heterogênea. Por ser uma técnica recente e pouco difundida é importante avaliar as juntas soldadas por esse processo. Diante desse contexto, este trabalho teve como objetivo analisar os resultados macro e microestruturais de um aço C-Mn submetido ao processo FHPP, utilizando-se diferentes parâmetros, e relacioná-los com o perfil de microdureza. Além disso, avaliar a tenacidade ao impacto nas regiões de interface da solda e no material base. Para isso, foram realizados estudos metalográficos e perfis de microdureza Vickers em diferentes regiões das soldas. Complementarmente foram ensaiadas as interfaces das soldas que obtiveram os melhores resultados, através do ensaio Charpy, para avaliação de tenacidade ao impacto. Durante a soldagem foram utilizadas diferentes forças axiais e de recalque, obtendo como resultados variações, principalmente, nas interfaces soldadas. As alterações visualizadas nas interfaces, geraram uma tenacidade ao impacto menor do que a do material base. Esse fato pode ser atribuído, principalmente, porque o material base apresentou uma microestrutura predominantemente ferrítica, enquanto as interfaces soldadas apresentaram microestruturas heterogêneas, com presença de ferrita acicular, ferrita de Widmanstätten, martensita revenida e bainita. / Friction welding processes offer several advantages to join metallic materials. Friction Hydro Pillar Processing (FHPP) is a recent process used to manufacture and repair of underwater structure, emerging as an alternative for the conventional welding. FHPP welding interface are generally most susceptible to failure due to its heterogeneous microstructure and defects concentration. As FHPP is a quite recent little known technic, evaluate joints welded by this process is important. In this context, this study objective is to analyze macro and microstructural results of a C-Mn steel welded under different FHPP process parameters, and relate this results to a microhardness profile. Besides that, evaluate welding interface and base material impact toughness. To do that, metallographic analysis and microhardness profiles were done in different regions of the welded joint. In addition welded interfaces with the best results were Charpy tested for impact toughness evaluation. Different axial and forging forces were used, achieving macro and microstructural variations mainly in welded interface as a result. These variations caused interface to have lower impact toughness than base material. It can be explained by the base material mainly ferritic structure, whilst welded interface showed heterogeneous microstructures with acicular ferrite, Widmantätten ferrite, tempered martensite and bainite.

Nas últimas décadas a soldagem em estado sólido vem se demonstrando como uma ótima alternativa perante os métodos tradicionais de união, os quais envolvem fusão dos materiais. O presente trabalho avalia a aplicação de um novo processo de união em estado sólido, a soldagem híbrida por difusão através de fricção (Hybrid Friction Diffusion Bonding - HFDB). O HFDB pode ser utilizado na união entre chapas finas ou também de chapas finas em substratos de materiais similares ou dissimilares. Através de calor e pressão os mecanismos de difusão são ativados gerando a união entre os materiais. Uma variante do processo de HFDB padrão pode ser utilizada para a fabricação das uniões de tubos e flanges-tubo de trocadores de calor de tubo espiral produzidos em alumínio. Utilizando como materiais duas ligas de alumínio dissimilares da série 5XXX, as amostras foram soldadas e caracterizadas. Visando a aplicação industrial do HFDB, o processo foi desenvolvido e sua viabilidade foi avaliada através de testes de estanqueidade, resistência à tração e análise metalográfica. Em seguida, visou-se a otimização dos parâmetros de soldagem (rotação, força axial e tempo de processo). Através de técnicas estatísticas de projeto de experimentos (DoE) os três fatores foram avaliados por meios de ensaios de tração para maximizar a resposta, limite de resistência. Investigações posteriores relacionadas aos mecanismos de união foram realizadas por meio da medição dos parâmetros de resposta, análise em microscópio ótico, aquisição de temperatura, espectroscopia de energia dispersiva de raios-x (EDX) e análise em elementos finitos (FEA). A primeira e mais importante premissa, a produção de soldas livres de vazamento, foi atingida. Em seguida, através da análise de uma equação de regressão e gráficos de superfície o conjunto de parâmetros otimizado – 1500 min-1 de rotação, 3 kN de força axial e 30 segundos de tempo de processo - atingiu resultados equivalentes a 95% de resistência quando comparados ao material base. O presente trabalho mostra que o processo de HFDB é promissor para aplicações industriais e indica vantagens perante os métodos tradicionais de união utilizados hoje na fabricação de trocadores de calor de alumínio. / In past few decades solid state welding has been demonstrating to be a great alternative compared to the traditional joining methods, which involve melting of the materials. This study evaluates the application of a new soliid state joining process called Hybrid Friction Diffusion Bonding (HFDB). The HFDB can be used to join thin plates or thin plates on substrates of similar or dissimilar materials. Through heat and pressure diffusion mechanisms are activated generating the bonding between the materials. A variant of the standard HFDB process can be used to manufacture tubes and tube-sheets of Coil-Wound Heat Exchangers made of aluminum. Using two dissimilar aluminum alloys from the 5XXX series, the samples were welded and characterized. Intending an industrial application of the HFDB, the process was developed and its feasibility was assessed by leak tightness tests, tensile strength tests and metallographic analysis. Subsequently, it was aimed to optimize the welding parameters (speed, axial force and process time). Through statistical analysis of design of experiments (DoE), the three factors were evaluated by tensile tests to maximize the response, ultimate tensile stress. Further investigation related to bonding mechanisms were carried out by measuring the response parameters, optical microscope analysis, temperature acquisition, energy dispersive x-ray spectroscopy (EDX) and finite element analysis (FEA). The first and most important target, the production of leakage free welds was achieved. Then, through the analysis of a regression equation and surface plots, the optimized parameter set – 1500 min-1 of rotational speed, 3kN of Axial force and 30 seconds of process time - achieved 95% of resistance when compared to the base material. This study shows that the HFDB process is very promising for industrial applications and indicates advantages compared to the traditional joining methods used today to manufacture aluminum heat exchangers.

Neste trabalho foi realizado um estudo comparativo entre juntas dissimilares produzidas pelo processo FSpW sem e com a utilização de Zn como metal intermediário tendo a finalidade de investigar a eficácia da adição deste metal no comportamento mecânico das juntas, bem como avaliar sua influência nas características microestruturais das juntas soldadas. As juntas foram produzidas com ligas de Al AA5754-H24 e Mg AZ31-O, de particular interesse do setor automotivo. Nas condições de soldagem com metal intermediário, chapas de Al revestido com Zn por galvanização foram usadas. As propriedades mecânicas das juntas foram avaliadas através de ensaios com carregamento quasi-estáticos e dinâmicos, sendo então correlacionados com as características microestruturais. Através das análises constatou-se que a aplicação de Zn como metal intermediário mostrou-se efetiva na redução do volume de compostos intermetálicos formados na interface da solda e consequentemente, obteve-se um aumento do desempenho mecânico de cerca de 48 % no ensaio de cisalhamento por tração, 230% no ensaio de tração cruzada e de 35,31 % no ensaio de fadiga quando em comparação a juntas soldadas diretamente entre as chapas de AA5754-H24 e AZ31-O. / In this research was carried out a comparative study between dissimilar joints produced by means of the process FSpW without and with applying Zn as an intermediary metal with the purpose of investigating the effectiveness of the addition of this metal in the mechanical behavior of joints, as well as to assess its influence on the microstructural characteristics of the welded joints. The joints were produced with the AA5754-H24 Al alloy and the AZ31-O Mg alloy, materials of particular interest to the automotive industry. For the welding conditions with the Zn interlayer Al sheets coated by hot deep galvanizing were used. The mechanical properties of the welded joints were evaluated in terms of quasi-static and dynamic load and then correlated with the microstructural features. Through the analyzes it has been verified that the addition of Zn as an intermediary metal proved to be effective in reducing the amount of the intermetallic compound formed at the weld interface and consequently the mechanical performance increased about 48 % in the lap shear strength test, 230 % in the cross tensile strength test and 35,31 % in the fatigue test when compared to the welded joints produced by the direct contact among the AA5754-H24 and the AZ31-O sheets.

[pt] A soldagem subaquática molhada é uma das técnicas utilizadas no reparo de plataformas submarinas para extração de petróleo e gás, tendo uma grande expansão no mundo atual. Sua maior vantagem frente a outros processos de soldagem se deve a sua simplicidade e facilidade de mobilização, já que permite ao mergulhador trabalhar diretamente sobre as partes submersas das peças sem a proteção de um ambiente artificial, como na tradicional solda a seco. Neste tipo de soldagem são usados tanto eletrodos oxidantes quanto eletrodos rutílicos. Neste trabalho busca-se avaliar os efeitos da utilização de Wustita em substituição parcial à Hematita, mineral empregado no revestimento de eletrodos oxidantes. Foram produzidos 5 grupos de eletrodos mantendo fixa a porcentagem em peso do total de óxidos de ferro e variando as proporções de FeO e Fe2O3. Realizaram-se soldas de 4 passes em posição plana com ângulo de 60º de inclinação entre o eletrodo e a chapa a 0.5m de profundidade. Os metais soldados foram avaliados por análise química, microscopia, hidrogênio difusível e micro dureza. Desenvolveram-se métodos de análise digital de imagens, para medir fração de área de inclusões a partir de imagens de MO e MEV, e a fração de microconstituintes por MO. Os resultados mostraram um aumento de ferrita próeutetóide com o aumento da wustita e uma diminuição com a fração de carbono. Esta, por sua vez, decresceu com o aumento da wustita. A micro-dureza decresceu com a fração de wustita e cresceu com a fração de carbono. / [en] Underwater wet welding is one of the techniques used in the repair of underwater oil and gas platforms, with a large expansion in the world nowadays. Its major advantage over other welding processes is due to its simplicity and ease of deployment, as it allows the diver to work directly on the submerged portions of the parts without the protection of an artificial environment, as in the traditional dry welding. Both oxidizing and rutilic electrodes are used in this type of welding. In this study we assessed the effects of the use of wustite in partial replacement of Hematite, a mineral used in the coating of oxidizing electrodes. Five groups of electrodes were produced with a fixed percentage of the total weight of iron oxide and varying proportions of FeO and Fe2O3. Four pass welds in the flat position with 60° angle of inclination between the electrode plate and a 0.5m deep were performed. Weld metals were evaluated by chemical analysis, microscopy, diffusible hydrogen and micro-hardness. Digital image analysis methods were developed to measure inclusion area fraction from OM and SEM images, and the fraction of micro-constituents by OM. The results showed an increase of proeutectoid ferrite with increasing wustite content and a decrease with increasing carbon content, which, by its turn, decreased with increasing wustite content. Micro-hardness decreased with wustite content and increased with carbon content.

O uso de aços de alta resistência mecânica vem crescendo significativamente, principalmente em situações onde é necessário um material com grande limite elástico para a conformação a frio e boa soldabilidade. Nessas aplicações, a elevada resistência reduz o peso e/ou aumenta a carga que pode ser suportada pelas estruturas produzidas. A introdução dos aços fabricados por processamento termomecânico controlado (TMCP) demandou maiores propriedades mecânicas e metalúrgicas das juntas soldadas sobre eles produzidas. Em função desses fatores, a energia de soldagem é estritamente limitada, e para evitar uma eventual redução da resistência mecânica da zona afetada pelo calor (ZAC), é necessário testar os procedimentos de soldagem próximos daqueles que serão usados na estrutura real. O objetivo deste estudo é obter dados detalhados referentes à eficiência mecânica de juntas soldadas por MAG e com diferentes energias, sobre perfis tubulares quadrados em aço TMCP, formando um conjunto soldado coluna/viga. Seis energias de soldagem e dois metais de adição foram utilizados (AWS ER80S-G e AWS ER120S-G), o primeiro somente com as soldas posicionadas em todo o contorno do perfil, e o segundo com soldas em todo o contorno, transversais e longitudinais em relação à direção de aplicação da carga. Vinte e quatro estruturas foram soldadas, instrumentadas e submetidas à flexão. Comparando as juntas soldadas com mesma energia, observou-se maior resistência à flexão nas soldas longitudinais e em todo contorno, e valores inferiores para soldas transversais. Além disso, pôde ser constatado que 1,2 kJ/mm de energia de soldagem deu os melhores resultados para as juntas soldadas com ambos os consumíveis, uma vez que até esse valor a área da seção resistente das juntas soldadas aumentou significativamente. O uso de energias mais elevadas não foi eficaz para aumentar a resistência à flexão das juntas soldadas ora investigadas, pois o efeito da energia de soldagem sobre a redução da dureza e, consequentemente, resistência mecânica da ZAC, aparentemente se sobrepõe ao aumento da área da seção resistente da junta soldada. / The use of high strength steels is growing significantly, especially in situations where it is necessary a material with high strength for cold forming and good weldability. In these applications, the high strength decreases the weight and/or increases the load that can be supported by the structures produced. The introduction of steels made by thermomechanical controlled processing (TMCP) demanded higher mechanical and metallurgical properties of the welded joints produced on them. Given these factors, the heat input is strictly limited, and to avoid any reduction in the mechanical strength of the heat affected zone (HAZ), it is required to test welding procedures close to those that will be used in the actual structure. The aim of this study is to obtain detailed data on the mechanical efficiency of welded joints with GMAW and different heat inputs, on square tubular profiles in TMCP steel, disposed as a column/beam weldment. Six different heat inputs and two filler metals were used (AWS ER80S-G and AWS ER120S-G), the first one with the welds located around the profile contour, and the second one with welds all around the profile, transverse and longitudinal to the axis of the weld bead. Twenty-four welded structures were instrumented and subjected to bending. Comparing the welded joints with the same heat input, it can be noticed that higher bending strength is obtained from all-around contour and longitudinal welds, and lower values for the transverse welds. Moreover, it could be seen of 1.2 kJ/mm heat input gave optimum results to the welded joints with both consumables, since up to this value the area of the resistant section of welded joints increased significantly. The use of higher heat inputs was not effective to increase the bending strength of the welded joints herein investigated, since the effect of heat input on the reduction of the hardness and, consequently, mechanical strength of the HAZ, apparently overrides the increase in the area of the resistant section of the welded joint.

O presente trabalho objetiva estudar a eficiência térmica do arco elétrico e de fusão para o processo de soldagem MAG, do inglês Metal Active Gas, em diferentes geometrias de juntas soldadas. As soldas foram feitas inicialmente em um calorímetro de fluxo contínuo de água, seguidas de deposição de cordão sobre chapa e soldagem de juntas em ângulo “T”, sempre em aço carbono. A metodologia de projeto de experimentos Box-Behnken foi empregada para a avaliação da influência da variação dos parâmetros de soldagem (tensão, velocidade de alimentação do eletrodo e velocidade de soldagem) nas eficiências, dentro do modo de transferência metálica por curto circuito. Diferentes equações propostas na literatura para o cálculo da eficiência de fusão são comparadas. Para a adequada aquisição da eficiência térmica pelo calorímetro, preliminarmente é avaliada a influência da vazão de água e da geometria na entrada de um calorímetro de fluxo contínuo sobre a eficiência térmica do arco. O procedimento experimental consiste em testar diferentes vazões de água e três configurações geométricas na região de entrada de água no calorímetro: com rolha reta, com difusor cônico e com obstáculo. Os experimentos foram planejados e os resultados avaliados com base na análise de variância estatística de um único fator, no caso, a vazão de água na entrada do calorímetro. A maior eficiência térmica média de 80,5% foi obtida para a vazão de 4 l/min, com baixo erro estatístico, utilizando rolha de entrada com geometria de difusor cônico. O modelo em que o fluxo entra diretamente no tubo apresentou todos os valores de eficiência térmica do arco com pequeno decréscimo numérico se comparados com o difusor cônico, enquanto a rolha com obstáculo apresentou elevado erro estatístico. Com base nos resultados descritos, a eficiência térmica do arco elétrico foi avaliada com a vazão de 4 l/min para o projeto de experimentos Box-Behnken, os valores obtidos estão na faixa de 72 a 82% conforme a combinação dos parâmetros de soldagem. A velocidade de soldagem e a tensão do arco se mostraram como os parâmetros de maior influência na eficiência térmica do arco. Os resultados relativos à eficiência de fusão indicam maiores valores nas soldas realizadas no calorímetro e por simples deposição sobre chapa. A junta T apresentou os menores valores de eficiência de fusão e de diluição para todos os casos. O parâmetro de maior influência na eficiência de fusão foi a corrente de soldagem. / The main aim of the present work is to study arc thermal efficiency and fusion efficiency to Gas Metal Arc Welding – GMAW, using different joint geometries. At first, the welds were performed in a continuous water flow calorimeter, followed by bead on plate and T – joint deposits. The Box-Behken design of experiments methodology was used to analyze the effect of welding parameters (arc voltage, wire feed speed and welding speed) on the efficiencies, when using short circuit metal transfer. The results of the fusion efficiency calculation were compared using different equations found in the literature. To correctly evaluate the thermal efficiency, it was necessary to analyze the influence of water flow rate and calorimeter inlet geometry. The experimental procedure consists of varying water flow rate and testing three different calorimeter inlet seal geometries: straight seal, conical diffuser seal and seal with water flux obstacle. The experiments were designed and the results evaluated based in a one-factor statistical analysis of variance, in this case the inlet calorimeter water flow. The highest average thermal efficiency is 80.5% to water flow of 4 l/min, with a low statistical error, using the conical diffuser seal inlet geometry. The inlet with straight seal model shown all the arc thermal efficiency values with slightly lower numerical values compared with conical diffuser, while the seal with flux obstacle exhibited high statistical error. Based on these results, the arc thermal efficiency was evaluated using 4 l/min water flow to the Box-Behnken Design, resulting values in the 72 to 82% range, depending on the welding parameters. The welding speed and arc voltage were the parameters that significantly affect arc thermal efficiency. The fusion efficiency results of the welds performed on the calorimeter and bead on plate were. The welds performed in T joints exhibit lowest fusion efficiency and dilution to each welding parameters combination tested. The fusion efficiency is strongly affected by the welding current.