The MIG/MAG process is nowadays the most important welding process. This is due to its high production capacity, characteristic searched by industries to improve their manufacturing processes. Thus, due to this process relevance, development of tools that helps to understanding how it works comes out as necessary, especially in relation to proper welding setting up. One tool for this task is the transfer mode map, which predicts the type of metal transfer according to the welding setting up. However, these maps, normally, are more scientific oriented rather that for practical purposes. In this context, the objective of this work was to map the transfer modes in such a way that welders, supervisors and engineers could be helped in the choice of the best setting up needed. For this purpose, a methodology was developed to provide more information than transfer modes according to the parameter setting up. The proposed mapping had the intention of obtaining transfer regions with proper operating characteristics (stable transfer resulting of appropriate welding conditions) and also information about weld bead conditions, production, thermal cycle and arc radiation. For each transfer mode looked for working at typical welding conditions, which mean that the contact tip-to-work distance was different for the two main transfer modes (short-circuit and spray). A large number of experiments was performed to map the transfers, with the objective to determine a stable operating regions of short-circuit and spray transfer mode using the ER70S-6 welding wire with three different shielding gases. After mapping, single-welded butt joint were carried-out using specific points of the maps instead of bead-on-plate. The proposed methodology was efficient in exterminating regions of operational stability, according to the experiments. It was also possible to have better welding geometries, in general, for setting ups within the map region of operational stability, but the results also depend on the shielding gas and the transfer mode. For setting ups outside the map region of operational stability the bead finish gets worse, except for spray transfer mode when working below the region of operational stability. The deposition efficiency is lower for setting ups outside the region and with gases containing higher levels of CO2, except for short-circuit transfer. The arc radiation intensity is lower in regions below the operational stability and higher above this position, but it is highly dependent of the arc length. Changes in the contact tip-to-work distance and/or in the power source inductance have no influence on the region of operational stability, except for short-circuit transfer, in which the contact tip-to-work distance is able to reduce the set voltage for this region. / O processo de soldagem MIG/MAG é dos mais importantes processos de união de metais na atualidade. Isto se deve à sua alta capacidade de produção, característica constantemente cobiçada pelas indústrias em seus processos de fabricação. Assim, devido à relevância desse processo, torna-se necessária a construção de ferramentas que auxiliem no entendimento do funcionamento do mesmo, principalmente no que se refere à correta regulagem dos parâmetros de soldagem. Uma ferramenta utilizada para isto são os mapas de transferência metálica, que a partir dos parâmetros de regulagem, prevêem como resposta o tipo de transferência metálica. Porém, estes mapas, da forma que são normalmente confeccionados, são de caráter mais científico do que prático. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi a confecção de mapas de transferência práticos que venham auxiliar os usuários de soldagem (soldadores, supervisores e engenheiros) na escolha da melhor regulagem em função de suas necessidades. Para isto, foi desenvolvida uma metodologia que proporcionasse mais do que a informação sobre o tipo de transferência a partir da regulagem dos parâmetros. Nestes mapas propostos, objetivou-se obter uma região de transferência com característica operacional (transferência estável com condições de soldagem apropriadas) e também informações sobre o acabamento e perfil do cordão, rendimento de deposição, ciclo térmico e radiação emitida pelo arco. E para cada modo de transferência se procurou trabalhar apenas em condições típicas, o que fez com que a DBCP fosse diferenciada para dois modos principais de transferência (curto-circuito e goticular). Uma grande quantidade de experimentos foi realizada para mapear as transferências, com objetivo de delimitar uma região de estabilidade operacional de transferências por curto-circuito e outra goticular, utilizando o arame ER70S-6 e três gases de proteção para cada tipo de transferência. Após o levantamento, foram realizadas soldagens em pontos específicos dos mapas utilizando juntas ao invés de soldagem de cordão sobre chapa. Os resultados obtidos mostram que a metodologia proposta foi eficiente na determinação das regiões de estabilidade operacional. Mostraram também que o acabamento e a geometria do cordão, em geral, ficam melhores para regulagens dentro da região de estabilidade operacional, mas com resultados também dependentes do gás de proteção e tipo de transferência utilizada. Para regulagens fora da região de estabilidade operacional o acabamento piora, exceto para transferência goticular em regulagens abaixo da região. O rendimento de deposição é menor fora da região e com gases de proteção com maior teor de CO2, exceto para transferência por curto-circuito, onde, regulagens acima desta região não causam prejuízo. A intensidade de radiação emitida pelo arco é menor abaixo da região e maior acima desta, sendo dependente principalmente do comprimento de arco. A mudança da DBCP e da indutância da fonte não mostraram influência sobre a região de estabilidade operacional, exceto para transferência por curto-circuito, onde a DBCP promove a diminuição da regulagem das tensões desta região. / Mestre em Engenharia Mecânica

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Nowadays, welded structures are widely employed in engineering design. Generally, these structures have internal stresses (residual stresses) generated by the thermal cycle to which these parts are submitted during welding process. In many cases, these stresses are not minimized by means of thermal treatment. Thus, one must take into account the residual stresses in the design of welded components. However, computation of residual stress field is not an easy task and, besides, it is important to evaluate the quality of welded components. Therefore, by using the advantage of the fact that the stress state influences the mechanical behavior of components and structures (stress stiffening effect), it was proposed to evaluate the viability of a methodology to control the quality of welded components, by means of dynamic responses. This way, it was verified experimentally the sensitivity of vibrating natural frequencies to welding residual stress in different structures. It was confirmed that thin structures are more sensitive to the stress stiffening effect. To evaluate this effect numerically, a procedure to simulate welding was validated by using experimental data from literature. This procedure was used to obtain the residual stress field. This stress field is included in a modal analysis to verify the modifications of natural frequencies. Numerical results were compared to experimental results obtained here, showing a good agreement. It was also proposed to use the electromechanic impedance technique to evaluate the stress stiffening effect. An analysis of the results shows the possibility of use the stress stiffening effect to implement a methodology for quality control of welded components. / Atualmente, estruturas soldadas encontram-se amplamente aplicadas em projetos de engenharia. Normalmente, estas estruturas apresentam tensões internas (residuais) devidas ao ciclo térmico ao qual são submetidas durante a soldagem. Em muitos casos, estas tensões não são minimizadas por meio de tratamento térmico, havendo assim a necessidade de inclusão destas em projeto. Entretanto, a determinação do campo de tensões residuais não é tarefa fácil e, no caso de uma produção em série, é importante avaliar a qualidade do componente confeccionado. Sendo assim, aproveitando o bem conhecido fato de o comportamento mecânico de componentes e estruturas sofrer influência do estado de tensão (enrijecimento por tensão), propõe-se avaliar a viabilidade de uma metodologia de controle de qualidade de peças soldadas por meio de respostas dinâmicas. Desta forma foi verificada experimentalmente a sensibilidade das freqüências naturais de vibração ao estado de tensões residuais de soldagem em diferentes estruturas. Confirmou-se que estruturas esbeltas são mais sensíveis ao enrijecimento por tensões residuais de soldagem. Com a finalidade de avaliar este efeito numericamente, um procedimento para simulação da soldagem foi validado utilizando-se dados experimentais da literatura. Na seqüência, utilizou-se tal procedimento para, após a determinação das tensões residuais de soldagem, realizar uma análise modal e avaliar as alterações nas freqüências naturais de vibração (e conseqüentemente o efeito do enrijecimento por tensão). Os resultados numéricos foram confrontados com os resultados experimentais obtidos neste trabalho, apresentando uma boa concordância. Finalizando o trabalho, propõe-se utilizar a técnica da impedância eletromecânica para avaliar o enrijecimento por tensão. Uma avaliação dos resultados mostra ser possível utilizar o enrijecimento por tensão para implementar uma metodologia para controle de qualidade de componentes soldados. / Doutor em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011Bitstream added on 2014-06-13T19:35:03Z : No. of bitstreams: 1 munekata_rm_me_ilha.pdf: 4705141 bytes, checksum: 56254cadfa4c90cb796f3b90671140ee (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho estudou a influência da energia do pulso de soldagem, no caso processo laser de Nd:YAG operando no modo pulsado, na soldagem de duas lâminas finas com 100 μm de Hastelloy C-276, utilizado no revestimento de sensores que trabalham em ambiente corrosivo da indústria sucroalcooleira, química petroquímica e alimentícia. Utilizou-se energia de pulso de 1,0 Joule a 2,25 Joules, com incremento de 0,25 Joules com a velocidade de soldagem de (ν) taxa de repetição (Rr) fixas de 525mm/min e 39Hz respectivamente e largura temporal de 4 ms. As soldas foram realizadas com proteção gasosa de argônio. Foram realizadas análises macrográficas e micrográficas das juntas soldadas, através de secções transversais das mesmas e ensaios de microdureza Vickers e ensaio de tração. Os resultados obtidos mostraram que o controle da energia do pulso, em processo de soldagem por laser de lâminas finas é de fundamental importância para a geração de juntas soldadas livres de descontinuidades. Os parâmetros geométricos da junta soldada, tais como largura do cordão, largura de união e profundidade do cordão, aumentaram em função do aumento da energia do pulso. O processo mostrou-se muito sensível à formação de porosidade e à presença de gap entre as lâminas / This work measured experimental investigations were carried out using a pulsed neodymium: yttrium aluminum garnet laser welding to examine the influence of the pulse energy in two thin foil welding with 100 μm thickness, employed to cover sensors that work in corrosive environment of the sugar and alcohol industry,chemical petrochemistry and nourishing. The pulse energy was varied from 1,0 to 2,25 J at an increment of 0.25 J and an increment of 0.25 Joules with a welding speed and(ν) repetition rate (Rr) fixed 525mm/min and 39Hz respectively and 4 ms pulse duration. The specimens were laser-welded in an argon atmosphere. The welds were analyzed by macroscopic and microscopic observations using optical microscopy and micro hardness and tensile test. The results indicated that pulse energy control, in laser welding of thin foils, is of considerable importance for weld quality since it can generate discontinuities free weld joints. The geometric parameters of the welded joints like bead width, connection width and bead depth increased with the pulse energy increasing. The process showed very sensitive to porosity formation and gap between couple

[pt] A caracterização tridimensional tem sido mais utilizada na área da ciência dos materiais devido à necessidade de melhor compreensão e resultados mais precisos acerca da microestrutura dos materiais, que não são completamente revelados pelas técnicas tradicionais de microscopia bidimensional. No presente trabalho dois tipos de técnicas de caracterização 3D foram utilizadas: MicroTC - Microtomografia de Raios-X (com tomógrafos de bancada e baseados em fonte síncrotron) e FIB-SEM (feixe de íons focalizados acoplados a um MEV). Estas técnicas foram aplicadas a um sistema específico: descontinuidades em metal de solda subaquática molhada. Estas descontinuidades (poros, trincas e inclusões) apresentam tamanhos típicos variando de nanômetros a dezenas de micrômetros. Além disso, apresentam formas, distribuição espacial e orientação bastante variada e complexa. Assim, esta tese apresenta o desenvolvimento de metodologia de aquisição, processamento, análise e visualização 3D de poros, trincas e inclusões em solda subaquática molhada, a partir de imagens obtidas por MicroTC e FIB-SEM. As técnicas de aquisição foram otimizadas para os diferentes tipos de descontinuidades. Rotinas especializadas de processamento e análise de imagens foram criadas, sempre que possível utilizando um ambiente de software livre (FIJI/ImageJ). Diversas medidas foram automaticamente obtidas: número de objetos, volume, fração volumétrica, área superficial, diâmetro de Feret, espessura, esfericidade e compacidade. Além disso, a construção de imagens 3D permitiu observar a forma e a distribuição espacial das descontinuidades presentes. Visando avaliar a sensibilidade para detecção de trincas por MicroTC, um corpo de prova com seção variável foi submetido a um ensaio de tração, de forma que as diferentes seções sofressem diferentes valores de tensão. Foi verificada uma correlação positiva entre o valor de tensão e o número, comprimento e espessura das trincas detectadas. Este experimento também revelou o impacto da resolução espacial e do ruído sobre a possibilidade de detectar as trincas de forma acurada. / [en] 3D characterization is growing quickly in materials science due to the demands of better microstructural characterization, which cannot be fully achieved with the traditional 2D microscopy techniques. In this work, two types of 3D characterization techniques were employed: MicroCT – microcomputed x-ray tomography (with both bench top and synchrotron sources) and FIB-SEM (focused ion beam coupled to SEM). These techniques were applied to a specific system: discontinuities in underwater wet welds. These discontinuities (pores, cracks and inclusions) range in size from nanometers to tens of microns. Moreover, they present complex and varied shapes, spatial distribution and orientation. Thus, this thesis presents the development of methodology for the acquisition, processing, analysis and visualization of pores, cracks and inclusions in underwater wet welds, from images obtained by MicroCT and FIB-SEM. The acquisition techniques and conditions were optimized for the different kinds of discontinuities. Specialized routines for image processing and analysis were developed, employing a free software environment whenever possible (FIJI/ImageJ). Several measurements were automatically obtained: number of objects, volume, volume fraction, surface area, feret diameter, thickness, sphericity and compacity. Moreover, the rendering of 3D images allowed the observation of the shape and spatial distribution of the discontinuities in the weld metal. To evaluate the detection sensitivity of cracks by MicroCT, a specimen with varied cross-sections was submitted to a tensile test, so that the different sections were submitted to to different stress values. A positive correlation was observed between the stress value and the number, length and thickness of the detected cracks. This experiment also showed the influence of spatial resolution and noise upon the possibility of detecting cracks accurately.

[pt] Realizou-se uma completa avaliação das propriedades mecânicas e metalúrgicas do metal de base e do metal de solda para o material da classe API 5L X60. A caracterização das propriedades mecânicas monotônicas e à fadiga deste aço inclui ensaios de tração, de iniciação de trincas por fadiga (épsilonN), de propagação de trincas por fadiga (da/dN), e de tenacidade à fratura (CTOD). Com as propriedades mecânicas quantificadas, passou-se à medição das tensões residuais. Primeiro utilizou-se um equipamento de raios-X portátil para o levantamento do perfil das tensões residuais ao longo da junta soldada. Porém, este método apresentou muita dispersão nos resultados. Em virtude deste fato optou-se por outro ensaio de medição de tensão residual, chamado de método da furação instrumentada ou - Hole-Drilling -.Porém devido à limitação da técnica de furação instrumentada (sigmaRES menor ou igual SE / 3), propôs-se um modelo numérico que viabilizasse a medição das tensões residuais para cargas nominais que variasse até a resistência ao escoamento. Além do mais como o problema da excentricidade na técnica da furação instrumentada é muito relevante, propôs-se uma roseta extensométrica com 5 extensômetros para que se pudesse fazer uma medição das tensões residuais que não fosse determinística. / [en] This study involved a complete evaluation of the mechanical and metallurgical properties of the base and the metal of welding for the material of the class API 5L X60. The characterization of the mechanical monotonic properties of fatigue of this steel included the evaluation of mechanical monotonic, cyclic, toughness, fatigue crack propagation potential drop and back strain deformation and microstructural evaluation. After quantifying the mechanical properties of API 5L X60 steel, residual tensions were then measured. Firstly, for the assessment of the profile of residual tensions throughout a welded joint a portable x-ray equipment was used. However, as this method presented considerable result dispersion, I opted for yet another technique for measuring residual tension, namely the Hole Drilling Method. As this technique also presented shortcomings (sigmaRES less or equal SE / 3), I suggest a numerical model that allows for the measuring of residual tensions for nominal loads which varies till the resistance of yielding. In addition, since the problems with the hole drilling technique are of great relevance, I also suggest the use of a rosette with 5 strain-gages so as not to restrict the measurement of residual tensions to a deterministic experiment.

A corrosão acarreta riscos ambientais, perdas de vidas e elevados gastos financeiros. Logo, a prevenção e o controle tornam-se mandatórios para a operação segura e rentável de estruturas metálicas. O combate à corrosão depende essencialmente de uma maior compreensão dos fenômenos envolvidos e de investimentos em novas tecnologias. A indústria do petróleo recorre frequentemente à aplicação do aço inoxidável UNS S31803 em suas estruturas, devido a sua boa resistência mecânica e à corrosão. Apesar de ser considerada uma liga de boa soldabilidade, ainda é possível que existam heterogeneidades, defeitos e a formação de fases indesejadas após a soldagem, os quais podem deteriorar a resistência à corrosão da junta. A técnica de soldagem com pino consumível (FHPP) mostra-se como uma recente alternativa para o setor industrial offshore devido as suas qualidades inerentes. Deste modo, a finalidade desse trabalho é avaliar separadamente a resistência à corrosão das principais regiões da junta soldada por FHPP (material base do pino e do substrato e a zona termomecanicamente afetada) de aço inoxidável dúplex UNS S31803, frente a um meio de água do mar sintética na condição naturalmente aerada. De tal modo, é possível identificar eventual comprometimento da resistência à corrosão de uniões desta natureza. Para isso foi desenvolvida uma célula eletroquímica de três eletrodos com dimensões reduzidas (microcélula). Assim, as regiões principais da junta soldada foram analisadas separadamente através de polarizações potenciodinâmicas cíclicas. Foi possível obter os potenciais de corrosão (Ecor), de quebra de passividade (Eq) e de proteção (Eprot1 e Eprot2), junto com os coeficientes de Tafel (ba e bc) e as densidades de corrente de corrosão (icor) e de quebra de passividade (iq). Com base nestas observações, acredita-se que a junta soldada apresenta comportamento eletroquímico em todas suas regiões. / Corrosion impacts annually in environmental risks, loss of human life and high financial costs. Thus, the prevention and the control became mandatory for safe and profitable operation of metal structures. Therefore, the maintenance of acceptable levels of corrosion depends essentially on a greater understanding of the corrosion phenomena and investments in new technologies. The petroleum industry often relies on the UNS S31803 stainless steel in their structures, due to the good mechanical and corrosion resistance of this material. Even though it is considered to be an alloy of good weldability, it is still possible to have heterogeneities, defects and formation of deleterious phases after the welding, which may result in the weakening of the corrosion resistance of the joint. Friction hydro pillar process, arise as a good and recent alternative to the offshore industry, due to its inherent qualities. Therefore, the aim of this study is to individually evaluate the corrosion resistance of the main regions (base materials from the pin and from the subtract and the thermo-mechanically affected zone) of the duplex stainless steel UNS S31803 joint welded by FHPP, against synthetic seawater in the naturally aerated condition, in order to identify potential impairment of the corrosion resistance of these joints. For this, it was developed a three electrode electrochemical cell with reduced dimensions (microcell). This way, the main regions of the welded joint could be analyzed separately with cyclic potenciodinâmica polarizations. It was obtained the corrosion (Ecor), pitting (Eq) and protective (Eprot1 and Eprot2) potentials, along with the Tafel slopes (ba and bc) and corrosion (icor) and passivity breakdown (iq) current densities. Based on these observations, it is believed that the welded joint present good electrochemical behavior in all its regions.

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

[pt] A soldagem é o principal processo de união de componentes estruturais, sendo aplicado em larga escala na indústria. No entanto os ciclos térmicos existentes na soldagem geram nos componentes tensões e deformações residuais, que agem como solicitações pré-existentes, podendo ocasionar a falha prematura dos mesmos. As metodologias existentes para previsão das tensões residuais apenas quantificam conservadoramente esses esforços em um número limitado de geometrias. Nesse trabalho foi desenvolvida uma metodologia numérica usando o método de elementos finitos para a simulação da soldagem de componentes, com foco nas tensões, deformações e distorções causadas durante o processo. Os modelos estudados trataram da união de elementos planos, como chapas e painéis, da fabricação de elementos tubulares, como de dutos e de sua montagem em campo, e da união por soldagem das partes de um vaso de pressão. Foi estudada a influência de diversos parâmetros no comportamento da estrutura como: número de passes, velocidade de soldagem, comportamento do material, e influência do tratamento mecânico de alívio de tensões por meio da simulação de testes hidrostáticos aplicados aos componentes tubulares e ao vaso de pressão. No caso das placas unidas pela soldagem e dos tubos fabricados por este processo, a validade dos resultados obtidos foi feita por meio de medições experimentais realizadas com as técnicas de furo cego, corte elíptico e difração de raios X. Verificou-se uma boa concordância entre os resultados numéricos e experimentais, onde foi possível a obtenção de resultados experimentais para comparação. As simulações apontaram nos espécimes altos valores de tensões residuais, por vezes da ordem do limite de escoamento do material, sendo observada tração na região do cordão de solda e compressão em sua adjacência. Esse resultado é esperado uma vez que no cordão de solda são localizados os maiores gradientes de temperatura e as maiores restrições à expansão volumétrica. As simulações mostraram que a aplicação de um teste hidrostático tem como efeito benéfico para o componente a redistribuição das tensões residuais, com consequente diminuição das tensões residuais trativas nos cordões de solda. O grau do alívio das tensões é influenciado pelo valor da pressão de teste; sendo que, em geral, verificou-se que tanto maior a pressão de teste, tanto maior a redistribuição de tensões. / [en] Welding is the main process to join structural components, being applied on a large scale and helping to increase productivity. However, the weld thermal cycles generate residual stresses and deformation, which act as pre-existing loads, and may cause premature failure. Existing methods only conservatively quantify these efforts on a limited number of geometries. In this work a numerical methodology was developed using the finite element method to simulate welding components, focusing on the stress, strains and distortions caused by process. The models studied dealt with the joining of elements such as plates and panels, the manufacturing of tubular elements such as pipelines and their assembly in the field, and the union by welding of parts of a pressure vessel.To understand the behavior of the structure the influence of various parameters were studied such as: number of weld beads, welding speed, material behavior, and the influence of a stress relief mechanical treatment through the simulation of hydrostatic tests applied to the tubular components and to the pressure vessel. In the two cases of the plates joined by welding and the pipes manufactured by this process, the validation of the results was performed by experimental measurements conducted using the blind hole, elliptical cut and X-ray diffraction techniques. Good agreement between the numerical and experimental results were verified, when was possible the knowledge of experimental results for comparison. The simulations indicated values of residual stress, sometimes in the order of the yield strength of the material, being observed traction in the weld bead and compression in its vicinity. This result is expected since that in the weld bead are located the largest temperature gradients and major restrictions on volume expansion. The simulations showed that the application of a hydrostatic test induces a beneficial effect to the component redistribution of residual stress, with consequent reduction of the tensile residual stresses in the weld beads. The degree of relief of tensile stress is influenced by the test pressure value; and, in general, it was found that the greater the test pressure, the greater the stress redistribution.

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

A corrosão acarreta riscos ambientais, perdas de vidas e elevados gastos financeiros. Logo, a prevenção e o controle tornam-se mandatórios para a operação segura e rentável de estruturas metálicas. O combate à corrosão depende essencialmente de uma maior compreensão dos fenômenos envolvidos e de investimentos em novas tecnologias. A indústria do petróleo recorre frequentemente à aplicação do aço inoxidável UNS S31803 em suas estruturas, devido a sua boa resistência mecânica e à corrosão. Apesar de ser considerada uma liga de boa soldabilidade, ainda é possível que existam heterogeneidades, defeitos e a formação de fases indesejadas após a soldagem, os quais podem deteriorar a resistência à corrosão da junta. A técnica de soldagem com pino consumível (FHPP) mostra-se como uma recente alternativa para o setor industrial offshore devido as suas qualidades inerentes. Deste modo, a finalidade desse trabalho é avaliar separadamente a resistência à corrosão das principais regiões da junta soldada por FHPP (material base do pino e do substrato e a zona termomecanicamente afetada) de aço inoxidável dúplex UNS S31803, frente a um meio de água do mar sintética na condição naturalmente aerada. De tal modo, é possível identificar eventual comprometimento da resistência à corrosão de uniões desta natureza. Para isso foi desenvolvida uma célula eletroquímica de três eletrodos com dimensões reduzidas (microcélula). Assim, as regiões principais da junta soldada foram analisadas separadamente através de polarizações potenciodinâmicas cíclicas. Foi possível obter os potenciais de corrosão (Ecor), de quebra de passividade (Eq) e de proteção (Eprot1 e Eprot2), junto com os coeficientes de Tafel (ba e bc) e as densidades de corrente de corrosão (icor) e de quebra de passividade (iq). Com base nestas observações, acredita-se que a junta soldada apresenta comportamento eletroquímico em todas suas regiões. / Corrosion impacts annually in environmental risks, loss of human life and high financial costs. Thus, the prevention and the control became mandatory for safe and profitable operation of metal structures. Therefore, the maintenance of acceptable levels of corrosion depends essentially on a greater understanding of the corrosion phenomena and investments in new technologies. The petroleum industry often relies on the UNS S31803 stainless steel in their structures, due to the good mechanical and corrosion resistance of this material. Even though it is considered to be an alloy of good weldability, it is still possible to have heterogeneities, defects and formation of deleterious phases after the welding, which may result in the weakening of the corrosion resistance of the joint. Friction hydro pillar process, arise as a good and recent alternative to the offshore industry, due to its inherent qualities. Therefore, the aim of this study is to individually evaluate the corrosion resistance of the main regions (base materials from the pin and from the subtract and the thermo-mechanically affected zone) of the duplex stainless steel UNS S31803 joint welded by FHPP, against synthetic seawater in the naturally aerated condition, in order to identify potential impairment of the corrosion resistance of these joints. For this, it was developed a three electrode electrochemical cell with reduced dimensions (microcell). This way, the main regions of the welded joint could be analyzed separately with cyclic potenciodinâmica polarizations. It was obtained the corrosion (Ecor), pitting (Eq) and protective (Eprot1 and Eprot2) potentials, along with the Tafel slopes (ba and bc) and corrosion (icor) and passivity breakdown (iq) current densities. Based on these observations, it is believed that the welded joint present good electrochemical behavior in all its regions.