Abstract This work evaluates microstructural changes and residual stresses on surface samples of AISI 201LN and 304L subjected to shot peening. The residual stresses were measured by X‑ray diffraction and magnetic Barkhausen noise (MBN) in different shot-peened conditions. The results showed that the 201LN steel presented more martensite than the 304L steel in the initial condition, but with lower δ‑ferrite contents. These ferromagnetic phases were present in a low amount with high tensile residual stresses due to brush cleaning and light cold‑rolling in the final stage of the fabrication process. The shot peening process promoted compressive residual stresses mainly in the δ‑ferrite. However, some “fresh” martensite exhibited tensile residual stress represented by higher and thinner peaks, which together with the low-intensity amplitude in the neighborhood, represented all formed martensite. Thus, small microstructural changes provoked high residual stresses behavior, which can be detected in ferromagnetic phases by MBN.

Abstract: The torque and forces in friction stir welding (FSW) are important parameters for the process behavior, weld quality, and mechanical properties of the weld. Torque and forces are mainly influenced by rotational and welding speeds and tool geometry, including the tool pin profile. However, experimental studies to describe the influence of the pin profile on torque and forces have received little attention. In this paper, the influence of the threaded pin on torque and forces in the FSW process of 5052-H34 aluminum alloy is considered. The axial, welding, and transverse forces and the torque are experimentally measured at several combinations of rotational (600, 900, 1200 and 1500 rpm) and welding speeds (100, 200, and 300 mm/min) for two pin profiles: smooth and threaded. Additionally, residual stresses are measured, by X-ray diffraction technique, for some experimental conditions in the stir zone of the weld. The results show that the influence of the pin shape on the torque, forces, and residual stresses depends on the rotational and welding speeds, mainly on the rotational speeds. In general, the threaded pin increases the residual stresses and the maximum values of torque and forces in the axial and transverse directions while reducing the welding force.

ABSTRACT Mechanical components and structures wear out as a result of friction between surfaces in relative motion. Residual stresses play an important role for the tribological performance of components since compressive residual stresses yield positive effects on wear resistance. However, the real effect of residual stresses on the tribological performance of surfaces is not entirely clear. The objective of this work is to evaluate the residual stress behavior during a pin-on-disk wear test of quenched and tempered AISI 4340 disk specimens against a counter-body of steel AISI E 52100. Tests were performed in shot peened and non-shot peened specimens in six steps and residual stresses were evaluated after each one by X-ray diffraction technique using sin2y method. The results shown that wear rate of the shot peened specimens was approximately fifty percent lower. Shot peening induced compressive residual stresses contributed to this effect even though they were modified during the pin-on-disk test.

RESUMO A indústria automobilística vem investindo em novos processos de fabricação que melhoram a produtividade sem perda da qualidade. Entretanto, a presença de tensões residuais, geradas em todos os processos de fabricação, constitui um dos grandes problemas encontrados na indústria metal mecânica, pois estas podem se somar às tensões de carregamento externo e causar falhas catastróficas em equipamentos e componentes. Sendo a soldagem um dos processos de fabricação mais utilizados atualmente, é necessário entender como os parâmetros de soldagem impactam na natureza e magnitude das tensões residuais geradas. Em alguns processos de soldagem são utilizados gases de proteção, que podem influenciar a condutividade do arco elétrico e, consequentemente, afetar o comportamento das tensões residuais nas juntas soldadas. Neste trabalho foi realizado um estudo experimental sobre a influência do percentual de CO2 dos gases de proteção com base em argônio, nas tensões residuais geradas em juntas de aço avançado de alta resistência DP600, soldadas pelo processo GMAW (amplamente utilizado na indústria automobilística). As tensões residuais foram medidas por difração de raios-X, pelo método do sen2ψ. A avaliação microestrutural foi realizada através de microscopia óptica. Os resultados mostraram que as tensões residuais têm natureza trativa, da ordem de 120 MPa, em todas amostras que utilizaram gás de proteção com menor percentual de CO2.

ABSTRACT The automotive industry has been investing in new manufacturing processes that improve productivity without loss of quality. However, the presence of residual stress (RS), generated in all manufacturing processes, is one of the major problems encountered in the metalworking industry, since these can add up to external loading stresses and cause catastrophic failures in equipment and components. Since welding is one of the most widely used manufacturing processes, it is necessary to know how the welding parameters impact on the nature and magnitude of the residual stresses generated. The shielding gases are used in some welding processes and can be influence the conductivity of the electric arc, which can be affected the residual stresses behavior in the welded joints. In this work an experimental study was carried out about the influence of the percentage of CO2 on the argon-based shielding gases in the residual stresses generated on joints of high strength steel DP600 welded by GMAW process (widely used in the automotive industry). The residual stresses were measured by X-ray diffraction by the sin2ψ method. An assessment of the microstructural morphology by optical microscope (OM) was made. The results showed that the residual stresses have a tensile nature, of the order of 120 MPa, in all samples, which used shielding gas with a lower percentage of CO2.

RESUMO A indústria automobilística vem investindo em novos processos de fabricação que melhoram a produtividade sem perda da qualidade. Entretanto, a presença de tensões residuais, geradas em todos os processos de fabricação, constitui um dos grandes problemas encontrados na indústria metal mecânica, pois estas podem se somar às tensões de carregamento externo e causar falhas catastróficas em equipamentos e componentes. Sendo a soldagem um dos processos de fabricação mais utilizados atualmente, é necessário entender como os parâmetros de soldagem impactam na natureza e magnitude das tensões residuais geradas. Em alguns processos de soldagem são utilizados gases de proteção, que podem influenciar a condutividade do arco elétrico e, consequentemente, afetar o comportamento das tensões residuais nas juntas soldadas. Neste trabalho foi realizado um estudo experimental sobre a influência do percentual de CO2 dos gases de proteção com base em argônio, nas tensões residuais geradas em juntas de aço avançado de alta resistência DP600, soldadas pelo processo GMAW (amplamente utilizado na indústria automobilística). As tensões residuais foram medidas por difração de raios-X, pelo método do sen2ψ. A avaliação microestrutural foi realizada através de microscopia óptica. Os resultados mostraram que as tensões residuais têm natureza trativa, da ordem de 120 MPa, em todas amostras que utilizaram gás de proteção com menor percentual de CO2.

ABSTRACT The automotive industry has been investing in new manufacturing processes that improve productivity without loss of quality. However, the presence of residual stress (RS), generated in all manufacturing processes, is one of the major problems encountered in the metalworking industry, since these can add up to external loading stresses and cause catastrophic failures in equipment and components. Since welding is one of the most widely used manufacturing processes, it is necessary to know how the welding parameters impact on the nature and magnitude of the residual stresses generated. The shielding gases are used in some welding processes and can be influence the conductivity of the electric arc, which can be affected the residual stresses behavior in the welded joints. In this work an experimental study was carried out about the influence of the percentage of CO2 on the argon-based shielding gases in the residual stresses generated on joints of high strength steel DP600 welded by GMAW process (widely used in the automotive industry). The residual stresses were measured by X-ray diffraction by the sin2ψ method. An assessment of the microstructural morphology by optical microscope (OM) was made. The results showed that the residual stresses have a tensile nature, of the order of 120 MPa, in all samples, which used shielding gas with a lower percentage of CO2.

Resumo A soldagem de juntas dissimilares é muito comum em sistemas utilizados na exploração e produção de petróleo em águas profundas. Comumente envolve a soldagem de tubos de aço de baixo carbono com válvulas, bombas ou outros tubos, todos feitos de aços ligados. Vem sendo prática nessas soldagens a utilização de Inconel como material de enchimento; no entanto, esta soldagem é precedida por um processo de amanteigamento no lado de aço baixa liga e um tratamento térmico de alívio de tensões. Uma técnica alternativa apresentada neste trabalho é a utilização de um metal de enchimento de solda que durante o processo de resfriamento sofre uma transformação martensítica em uma temperatura relativamente baixa, de modo que o processamento de deformação resultante compensa a contração que ocorre como resultado do processo de resfriamento. O objetivo deste estudo foi avaliar a aplicação de arame de solda Maraging 250 em uma junta dissimilar típica da indústria do petróleo. Os ensaios foram realizados em juntas de aços ASTM grau A516 70 e AISI 8630M soldadas com Maraging 250. Foram avaliados perfis de tensão residual, dureza, microestrutura, resistência à tração e energia de impacto absorvida. A junta soldada com maraging 250 apresentou altos valores de tensões residuais compressivas. As microestruturas de diferentes regiões de soldagem foram analisadas. O enchimento de solda Maraging 250 mostrou grande potencial de aplicação quando juntas dissimilares dessa natureza estão presentes.

Abstract The welding of dissimilar joints is very common in systems used in oil exploration and production in deep waters. This commonly involves welding low carbon steel pipes with valves, pumps or other pipes, all of them made of alloy steel. Inconel has been used in such welding as filler material; however, this welding is preceded by a process of buttering in the low alloy steel side and a stress relief heat treatment. An alternative technique presented in this paper is the use of a welding filler metal that, during the cooling process, undergoes a martensitic transformation at a relatively low temperature, so that the resulting deformation processing offsets the contraction that occurs as a result of the cooling process. This study evaluates the application of Maraging 250 weld in a dissimilar joint of the oil industry. Tests were performed on joints of ASTM steels A516 grade 70 and AISI 8630M welded with Maraging 250. The residual stress profiles, hardness, microstructure, tensile strength and impact energy absorbed were evaluated. The welded joint with Maraging 250 showed a high intensity of compressive residual stress. The microstructure of different welding regions was analysed and compared.

Os aços inoxidáveis superduplex (AISD) são materiais que aliam altos valores de resistência mecânica com elevados níveis de resistência à corrosão. Por tal motivo, esta família de aços inoxidáveis é muito utilizada em componentes de processo na indústria offshore. No entanto, existem grandes desafios na soldagem destes materiais em termos de produtividade e custos mantendo-se a qualidade da junta produzida. Atualmente, a proteção gasosa da raiz é efetuada até o último passe de acabamento na soldagem durante a pré-montagem e montagem de tubulações de AISD em plataformas offshore. Neste tipo de proteção são usualmente empregados os gases hélio, argônio e nitrogênio, ou misturas destes. O nitrogênio é tipicamente adicionado no gás de proteção em teores de até 3% de modo a promover a estabilização da fase austenítica na superfície da raiz da solda. Devido ao alto custo do gás de proteção utilizado, é necessário determinar o passe ou camada na qual a proteção gasosa na raiz seja efetiva em termos das propriedades mecânicas e da resistência à corrosão, considerando ser esta uma região crítica, que ficará em contato com o fluido operante durante o serviço do componente. Neste sentido, o presente trabalho apresenta os resultados da influência da utilização de gás de purga na raiz de juntas soldadas correspondente a uma tubulação de aço inoxidável superduplex (AISD) UNS S32750 de 9 mm de espessura de parede soldada pelo processo de soldagem TIG (GTAW). Foram avaliados o ciclo térmico, o teor de nitrogênio e a tenacidade ao impacto da raiz da solda em função do aporte térmico para diversas juntas soldadas com diferentes níveis de proteção gasosa na raiz. Deste modo, o presente trabalho tem como objetivo a redução de custos na soldagem de tubulações indicando até qual camada é requerida a proteção gasosa na raiz em função do aporte de calor empregado.

Superduplex stainless steels (SDSS) are materials that have high mechanical strength and corrosion resistance and, for this reason, they are widely used in components for the offshore industry. Despite this, there are great challenges in the welding process of this material in relation to productivity and costs whilst maintaining the high quality of the weld produced. In reality, during the pre-assembly and assembly of SDSS pipelines at offshore platforms, backing gas protection of the root is executed until the last pass of the welding procedure. The most common gases used are helium, argon and nitrogen, or a mixture of these. Up to 3% of nitrogen is typically added to the mix to promote the stabilization of austenitic phase at the welding root surface. Due to the high cost of the protection gas, there is a market need to determine the pass or layer in which the root backing gas protection is effective, in terms of the mechanical properties and the corrosion resistance, because the region will be in constant contact with the fluid during the component service life. This work presents the results of the influence of the utilization of backing gas on the root of welded joints of superduplex stainless steel (SDSS) UNS S32750 piping, with a thickness of 9mm, welded by the gas tungsten arc welding (GTAW) process. The thermal cycle, nitrogen content and the toughness of the welding root were evaluated in function of the heat input for various samples with different levels of backing gas protection on the root. The primary objectives of this work are; the reduction of costs of the welding process of pipes and to show which layer requires backing gas protection on the root in function of the heat input.