The aim of this work is to evaluate the welding residual stress profile in ASTM A106 Gr. B steel pipes with 4" diameter and to correlate this profile with the microstructure and hardness of the joint. The results showed that the residual stresses are more uniform for a lower welding heat input. Higher welding heat input causes not only a non-uniformity of the stress profile but also promotes the maximum stress as high as the yield strength. The microstructure was composed of ferrite, perlite and possibly bainite; the presence of martensite was not verified. The hardness results indicated that none of the welding parameters used produced levels of hardness greater than 249 HV. Such a result is of fundamental importance because it suggests that low hardness does not necessarily mean low residual stress levels.

Resumo O presente trabalho visa investigar a microestrutura formada na soldagem dissimilar entre chapas de aços inoxidáveis ferríticos AISI 410S e aços inoxidáveis austeníticos AISI 304L pelo processo friction stir welding. A soldagem foi realizada com o ajuste dos seguintes parâmetros: rotação 450 rpm; velocidade de soldagem de 1,0 mm/s; e força axial 40 kN. O aço AISI 410S foi posicionado no lado de avanço enquanto que o aço AISI 304L foi posicionado no lado de retrocesso. A análise consistiu de preparação metalográfica e caracterização microestrutural por microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura. Para o aço AISI 410S foi observada a formação de martensita associada com ferrita na zona de mistura (ZM), zona termomecanicamente afetada (ZTMA) e na zona afetada pelo calor (ZAC). As características do processo de soldagem FSW resultaram num refino de grão para o aço inoxidável ferrítico, posicionado no lado de avanço, tanto na ZM quanto nas ZTMA e ZAC. O mesmo comportamento não foi observado para o lado austenítico.

Abstract This study aims to investigate the microstructure formed in dissimilar welding between AISI 410S ferritic stainless steel and AISI 304L austenitic stainless steels plates by friction stir welding process. The welding was performed setting the following parameters: rotation 450 rpm; welding speed of 1.0 mm/s; and axial force 40 kN. The AISI 410S was positioned on the advancing side while the AISI 304L steel was positioned in the retracting side. The analysis consisted of metallographic preparation and microstructural characterization by optical microscopy and scanning electron microscopy. For AISI 410S ferritic stainless steel was found martensite formation in association with ferrite in the stir zone (SZ), thermomechanically affected zone (TMAZ) and heat-affected zone (HAZ). The characteristics of the FSW welding process for the ferritic stainless steel resulted in grain refining, whether in the SZ, TMAZ and HAZ. In the austenitic stainless steel side, the same behavior was not found.

ResumoEste trabalho tem por objetivo estudar a influência do tecimento na soldagem TIG com alimentação de arame frio em único passe visando à aplicação futura em revestimento de ligas de níquel, considerando a análise das características geométricas e diluição, de forma a adequar estes revestimentos para as indústrias do Setor de Petróleo e Gás Natural. A baixa diluição é necessária para evitar a redução das propriedades de resistência à corrosão dos revestimentos. As soldagens foram realizadas utilizando um robô industrial e um alimentador automático de arame frio. A liga usada como metal de adição foi a AWS ER NiCrMo-3 (Inconel 625) e o substrato foi o aço ASTM A516 Gr. 60. Foram realizadas soldagens com alimentação automática de arame frio na condição sem tecimento e com tecimento tipo triangular, variando a energia em três níveis. Os resultados mostraram que o uso do tecimento influencia consideravelmente a geometria do cordão de solda e o nível de diluição. Com uso do tecimento o reforço do cordão de solda reduziu e a largura aumentou, proporcionando uma melhor distribuição de material sobre a peça, reduzindo com isso a razão reforço/largura (R/L), parâmetro este que indica o grau de convexidade do cordão de solda. Uma razão R/L alta, indica que o grau de convexidade pode ser excessivo, dificultando com isso uma adequada sobreposição de passes para soldagem posterior de revestimentos, com a possibilidade de formação de vazios entre os mesmos. Quanto a penetração e a diluição, ambas apresentaram comportamentos similares, com redução de forma significativa nas condições em que o tecimento é empregado. Estes resultados mostram que o uso do tecimento garante uma combinação de baixa razão R/L com baixa diluição, condição esta desejável para soldagem de revestimentos.

AbstractThis work aims to study the influence of arc waving in GTAW process with cold wire feeding deposited in single pass in order to use nickel-based alloys as coating to of petroleum and natural gas industries, where low dilution is needed to avoid reduction in corrosion resistance of the coatings. The welds were made using an robot workbench and a cold wire feeder system. The alloy used as filler metal was AWS ER NiCrMo-3 (Inconel 625) and the substrate was ASTM A516 Gr 60 steel plates. Welds were carried out with automatic cold wire feeding varying without arc waving and with triangular type arc waving. In addition the heat input was changed at three levels. The results showed that the use of arc waving has considerably influence on the geometry of the weld bead and the level of dilution. With use of arc waving the weld bead reinforcement was reduced and the width were increased, providing a better distribution of material on the workpiece surface, thereby reducing the reinforcement/width (R/W) ratio. This parameter indicates the degree of convexity of the weld bead. A high R/W ratio indicates that the degree of convexity may be excessive; thereby hampering an adequate overlap between the passes aiming to produce weld overlay without voids between them. Penetration and dilution showed similar behaviors, with significantly reduction under conditions where the arc waving was applied. These results show that the use of arc waving ensures a combination of low R/W ratio with low dilution, condition that is desirable to weld coatings.

O objetivo do presente trabalho foi avaliar a influência dos parâmetros de soldagem na formação de defeitos na soldagem de revestimentos com ligas à base de níquel, e sua possível eliminação através do correto ajuste dos referidos parâmetros. Para tanto, foram depositados revestimentos com as ligas à base de Ni do tipo Inconel 625, Hastelloy C276 e Inconel 686, sobre um substrato de aço C-Mn, através do processo TIG com alimentação de arame frio. O planejamento dos experimentos foi realizado aplicando-se o método Taguchi. Os fatores de controle avaliados foram a Técnica da energia (TE), o nível de energia de soldagem (E), o tipo de liga (L), o gás de proteção (G) e o tipo de tecimento (T). Outros parâmetros foram mantidos constantes, tendo sido investigados previamente. Os resultados mostraram que o tipo de tecimento em espiral, embora contribua significativamente para a redução da diluição, causa uma forte instabilidade ao processo, resultando na maioria dos casos em defeitos superficiais ou defeitos entre passes. A condição ótima para evitar a formação de defeitos entre passes identificada pelo método Taguchi foi constituída pelas seguintes combinação de fatores de controle 2-2-2-3-3, ou seja: TE-I; Emédia; Liga Hastelloy C276; Gás de proteção Ar+He; Tecimento Duplo-8. A condição ótima para a soldagem sem defeitos resulta em alto nível de diluição não sendo indicada para a soldagem de revestimentos resistentes à corrosão.

The objective of the present work was to evaluate the influence of the welding parameters in the formation of defects in weld overlays with nickel-based alloys, and its possible elimination through the correct adjustment of the welding parameters. Coatings were deposited with the nickel-based alloys type Inconel 625, Hastelloy C276 and Inconel 686, on C-Mn steel plates, using GTAW cold wire feed process. The planning of the experiments was accomplished being applied the Taguchi method. The control factors evaluated were the Energy Technique (ET), the welding heat input (E), the type of alloy (L), the shielding gas (G) and the type of arc oscillation (T). Other parameters were maintained constant, having previously been investigated. The results showed that the arc oscillation type in spiral, although it contributes significantly to reduce the dilution level, it cause a strong instability to the process, resulting in most of the cases in surface defects or defects among passes. The optimum condition to avoid defects among passes was identified by the Taguchi method, which was constituted by the following combination of control factors: 2-2-2-3-3, or be: I energy technique (TE-I); medium heat input level (Emedium); Hastelloy C276 alloy; Shielding gas Ar+He; Double-8 arc oscillation. The optimum condition for the welding without defects results in high dilution level not being indicated for the welding of resistant coverings to the corrosion.

O aço inoxidável ferrítico possibilita, em função de suas características, o uso em diversos campos da engenharia. Dentre esses é possível citar a industria do petróleo e gás, de celulose açucareira, de transporte, entre outras. Atualmente, o desenvolvimento de novas ligas para a substituição dos aços ao carbono no que se refere ao setor de transporte de carga, levou muitos fabricantes a adotarem a liga ferrítica com base de cromo entre 11% e 12%, implementando a tal situação, uma maior vida util. A utilização dessa nova classe de aço inoxidável ferrítico gera uma demanda no que tange à pesquisas das soldas desses aços. Neste trabalho, buscou-se analisar a região soldada de um aço inoxidável ferrítico experimental contendo 11% de cromo, realizando para tal um estudo de sua microestrutura, e tenacidade ao impacto do metal de base e da zona afetada pelo calor (ZAC). A avaliação mostrou bons resultados nas propriedades mecânicas medidas nas duas regiões analisadas. Entretanto, verificou-se uma perda acentuada da tenacidade ao impacto na ZAC em relação ao metal de base.

Ferritic stainless steel is used in various sectors of engineering, such as in oil and gas industry, cellulose, or transport. New alloys are currently been developed to replace carbon steel in cargo transportation sector, which has led the industry to use ferritic alloys with chromium contents near 12%, increasing the mechanical and chemical properties. The use of this new class of ferritic stainless steel creates a demand concerning research in welding these steels. In this study, it is analyzed the microstructure and impact toughness of the parent metal and heat affected zone (HAZ) in a ferritic stainless steel containing 11% Cr. Good mechanical properties were observed in both regions, though there was a marked loss in the impact toughness of the HAZ compared to the base metal.

Prolongar a vida útil e aumentar a confiabilidade de equipamentos e tubulações de plantas de produção e processamento de petróleo é uma busca constante no setor de petróleo e gás. Tais aspectos dependem essencialmente do uso de ligas resistentes à corrosão. Neste contexto, a soldagem de revestimento com superligas à base de níquel tem sido uma alternativa interessante, pois confere aos equipamentos uma alta resistência à corrosão com um custo inferior, se comparado à fabricação de componentes ou tubulações maciças com superligas. Assim, o objetivo do presente trabalho foi investigar o comportamento metalúrgico de revestimento de superliga à base de níquel do tipo Inconel 625 depositados pelo processo TIG com alimentação de arame frio. As soldagens foram realizadas em uma bancada robotizada, empregando uma fonte eletrônica de soldagem com sistema de aquisição de dados para o monitoramento dos sinais de corrente e tensão. A caracterização microestrutural foi realizada através das técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e transmissão (MET), espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS). Os resultados mostraram que a microestrutura do metal de solda foi constituída por uma matriz γ com fases secundárias ricas em Nb. Foi encontrada a formação de precipitados complexos de carbonetos/nitretos de Ti e Nb.

To extend the life and reliability of pipes and equipment in oil & gas production and processing settings is a continuous demand. These aspects are essentially dependent on corrosion resistant alloys used. In this context, the weld overlay with Ni-based superalloys is a great interesting alternative, since improve the corrosion resistance without increase the cost of manufacture when compared to massive equipment. Thus, the objective of this study was to evaluate the metallurgical aspects of Inconel 625 weld overlays deposited by GTAW cold wire feed process. The welds were performed using a robotic workbench, an electronic power supply and a data acquisition system. The microstructural characterization was carried out using scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (MET), electron dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction. The results shown that the microstructure of overlays was formed by a gamma matrix and secondary phases rich in Nb. These precipitates were identified as Nb-rich Laves phase and a complex TiN/NbC.

O objetivo deste trabalho é analisar a influência da energia de soldagem na zona afetada pelo calor (ZAC), de juntas soldadas do aço inoxidável duplex UNS S31803. Foram realizadas soldagens com eletrodo revestido AWS E2209-17 em junta tipo V de Aço Inoxidável Duplex UNS S31803, com dois níveis de energia (15 e 20 kJ/cm). A condição soldada com energia mais elevada apresentou uma ZAC mais extensa e microestrutura mais grosseira nos passes de acabamento. No entanto, nos passes de enchimento e de raiz, as ZAC's destas regiões foram mais refinadas e menos extensa. Em relação à microdureza, a condição soldada com energia de 15 kJ/cm apresentou níveis menores. Em relação à tenacidade, não foi verificada diferença significativa nos resultados.

The aim this work is to evaluate the influence of multipass welding heat input on the microstructure and mechanical properties of the heat affected zone (HAZ) of UNS S31803 duplex stainless steel multipass welded joints. The shielded metal arc welding process using as filler metal the AWS E2209-17 covered electrode were employed had been carried through V joint groove UNS S31803 DSS, so that two levels of energy (15 and 20 kJ/cm) had been used in this experiment. The condition welded with higher energy higher a HAZ extensive and coarser microstructure in the finishing passes. On the other hand, in the wadding passes and root pass, the HAZ this region was more refined and less extensive. In respect of microhardness, the condition welded with energy of 15 kJ/cm got lower levels. In relation to toughness, it was not observed significant differences.

Os aços inoxidáveis duplex (AID) apresentam em sua microestrutura ferrita e austenita, de modo a aliar boas propriedades mecânicas e resistência à corrosão. Estes materiais possuem grande aplicação na indústria petroquímica, sendo o UNS S31803 um dos mais conhecidos. Existem poucos trabalhos referentes ao estudo da influência da restrição na soldagem da junta na formação de Widmanstätten. Logo, este trabalho tem como objetivo analisar a influência da restrição no balanceamento de fases, na morfologia da austenita, na microdureza e na tenacidade da Zona Afetada pelo Calor (ZAC) e da Zona Fundida (ZF). Foram realizadas soldagens em juntas tipo V utilizando eletrodo revestido AWS E2209-17com dois níveis de energia: 15 kJ/cm e 20 kJ/cm, com e sem restrição. De maneira geral, houve maior quantidade de ferrita nos passes de acabamento em relação aos passes de enchimento e de raiz. Foram observadas maiores quantidades de Widmanstätten nas condições soldadas com restrição. A ZAC apresentou uma microestrutura mais grosseira nos passes de acabamento. No entanto, não foram observadas diferenças significativas nas microestruturas quando comparadas as condições com e sem restrição. As condições que apresentaram maior quantidade de Widmanstätten obtiveram menores níveis de microdureza. Não foram observadas diferenças na energia absorvida na ZAC e ZF.

Duplex stainless steels present ferrite and austenite in their microstructure in order to join good mechanical properties and corrosion resistance. These materials are very used in petrochemical industry, being the DSS UNS S31803 one of the most commercially known. There were not much published literature to study the influence of the precipitation of Widmanstätten austenite in joins with some restriction. This work has as objective to analyze the influence of the restriction in the phase balance of austenite and ferrite, in the morphology of the austenite, in the microhardness and the toughness of both HAZ and FZ. Shielded electrode AWS E2209-17 was used to weld V joints in the duplex stainless steel UNS S31803. Welding has been performed in two levels of energy C1 (15 kJ/cm) and C2 (20 kJ/cm), with and without restriction. In a generalized manner, it was observed a greater amount of ferrite in the finishing passes when compared to the first passes. Bigger amounts of Widmanstätten austenite in the conditions welded with restriction had been observed. Generally, the HAZ presented a coarser microstructure in the finishing passes, in way that did not show significant differences when compared with the conditions with and without restriction. Microhardness level was lower when large amount of Widmanstätten has been presented. Differences in energy absorbed in HAZ and FZ has not been observed when comparing conditions with and without restriction. The influence of the use of restraint in welding, especially in balancing phase, microstructure and microhardness has been observed.

Neste trabalho foram calculados e comparados os custos de soldagem associados a cada um dos ensaios realizados, como forma de determinar parâmetros operacionais adequados e economicamente viáveis para soldagem com o processo MIG/MAG com transferência metálica por curto-circuito, visando uma correta deposição de revestimentos com ligas de níquel sobre um substrato de aço C-Mn. O número de ensaios a serem realizados, foi determinado pelo uso do método Taguchi que dividiu os ensaios em duas matrizes L9, resultando num total de 18 ensaios. Na comparação dos gastos despendidos em cada um dos ensaios foi utilizado o custo direto total da soldagem de um revestimento com 55 mm de largura e 190 mm de comprimento, utilizando uma sobreposição de 50%. Com base nos resultados dos ensaios foram pré-selecionados quatro ensaios (R7, R11, R12 e RC4), dentre os quais o ensaio R11 apresentou o menor custo. Mas vale ressaltar que nos quatro ensaios pré-selecionados o material de adição utilizado foi a liga 625, pois esta liga apresentar um custo do arame-eletrodo muito inferior as demais ligas (C-276 e 686). Assim a escolha do material de adição para aplicação do revestimento ficou restrita somente a liga 625.

In this work were calculated and compared the welding costs for each of the tests performed to determine operational parameters and economically feasible for welding with GMAW process in a short circuiting transfer mode, aiming at a correct weld overlay with nickel alloy on a substrate of C-Mn steel. The number of tests to be performed was determined by using the Taguchi method that divided the tests into two L9 orthogonal arrays resulting in a total of 18 experiments. To compare the costs incurred in each of the tests we used the total direct cost of welding a layer with dimensions of 55 x 190 mm, using an overlap of 50%. Based on the results of the tests were pre-selected four tests (R7, R11, R12 and RC4), among which the test R11 has the lowest cost. But it is noteworthy that the four pre-selected test alloy 625 was used as filler metal, because the electrode wire of this alloy has a much lower cost compared to other alloys (C-276 and 686). Thus the selection of the filler metal for weld overlay was restricted only to alloy 625.

Neste trabalho utilizou-se o método Taguchi (planejamento Robusto de experimentos), para cumprir com um reduzido número de ensaios, dois objetivos: obter a influência dos fatores de controle sobre as variáveis respostas e determinar as condições ideais para aplicação das ligas de níquel nas soldagens de revestimentos através do processo MIG/MAG com transferência metálica por curto-circuito. Foram escolhidos seis fatores de controle com três níveis cada: Tensão de referência, Velocidade de soldagem, Tipo de tecimento, Técnica da tocha, Gás de proteção e o Material de adição. Por sua vez as variáveis respostas escolhidas foram: Diluição (D) e Razão entre o reforço e a largura (R/L). As soldagens foram realizadas na posição plana por simples deposição sobre chapas de aço ASTM 516 Gr60 com dimensões de 200 x 50 x 12,7 mm. O uso do tecimento proporcionou cordões com baixos valores da razão R/L e obteve valores bastante baixos de diluição chegando à ordem de 5%. A combinação dos níveis dos fatores de controle apontados como ótimos pelo método Taguchi resultaram em valores para as variáveis repostas consideradas adequadas para a soldagem de revestimento.

In this work aim the Taguchi method (Robust design of experiments) was chosen to achieve with a limited number of tests two objectives: the first was to the influence of the control factors (welding parameters) on quality characteristics (weld bead geometry) and the second was to determine optimal conditions for weld overlay with nickel alloy through the GMAW process in a short circuiting transfer mode. Six control factors were employed with three levels each: Reference voltage, Welding speed, Arc oscillation, welding gun orientation (Perpendicular, forehand and backhand), Shielding gas and filler metal. Already the employed quality characteristics were: Percent dilution (D) and the ration between reinforcement and bead width (R/L). The weldings were accomplished using a bead on plate (BOP) technique, flat position, in steel ASTM 516 Gr60 with dimensions of 200 x 50 x 12,7 mm. The results showed that the use of arc oscillation promote weld bead with low values of the ratio R/L and obtain low dilution's values arriving to the order of 5%. The combination of levels of control factors identified as optimal by the Taguchi method obtained values for the variables considered suitable for weld overlay.

O objetivo desse trabalho é avaliar o efeito da soldagem TIG orbital sobre o nível de tensões residuais da junta, sobre a microestrutura resultante e sobre o aspecto superficial do cordão de solda, considerando os efeitos da energia de soldagem, do número de passes e do tipo de pulsação (corrente e rotação) em tubos de pequeno diâmetro e contribuir para a análise de decisões de se aplicar ou não testes hidrostáticos ou TTPS. Os corpos de prova soldados com diferentes níveis de energia, pulsação e número de passes foram submetidos à medição de tensões residuais em um difratômetro de Raios-X. As amostras também foram submetidas a análises metalográficas. Conclui-se que as tensões residuais na superfície externa dos tubos são de caráter compressivo. O nível de tensões residuais nos tubos cai com o aumento da energia de soldagem e é menor para tubos soldados utilizando pulsação do que com os soldados sem pulsação e, para esse trabalho, não foi influenciado substancialmente pelo número de passes. As amostras analisadas apresentaram microestruturas convencionais para o aço empregado.

This work aims in evaluate the effect of orbital TIG welding on the joint's residual stress level, the final microstructure and the superficial aspect of the weld filet, observing the welding energy, number of passes and the type of pulsation effects in small diameter pipes. The test specimens were welded with different energy, pulsation and number of passes levels and after that it were submitted to residual stress measurement in a X-Ray diffractometer, samples were extracted from the test specimens and it were submitted to metallographic analysis. The ending of this work is that: residual stress in the pipes outer surface are compressive, residual stress level in pipes goes down with increasing welding energy, it is smaller for pipes welded with pulsation and in this work it were not effectively influenced by number of passes. Metallographic analyses have shown expected microstructures for the employed material.

O processo de soldagem TIG com fluxo (processo A-TIG) apresenta como principal vantagem a possibilidade de se obter uma maior penetração do cordão de solda empregando os mesmos parâmetros de soldagem do processo TIG convencional. Diversos estudos mostram a influência dos fluxos ativos sobre as características geométricas das soldas em aços inoxidáveis austeníticos, porém pouco se sabe sobre a influência deste processo nas características geométricas e metalúrgicas de cordões de solda em aços inoxidáveis ferríticos. Neste trabalho são aplicados diferentes tipos de fluxo na soldagem de aço inoxidável ferrítico com o objetivo de verificar possíveis influências no perfil do cordão de solda, no seu aspecto visual, na microestrutura, na dureza da zona fundida e na resistência ao impacto (ensaio Charpy). As soldagens "bead-on-plate" foram realizadas sem metal de adição. Foram utilizados seis tipos de fluxo, sendo um óxido elaborado em laboratório (TiO2) e cinco fluxos comerciais. Os resultados mostraram que a utilização do fluxo permite um aumento na penetração com mudanças significativas no aspecto do cordão de solda. Verificou-se ainda que a microestrutura e a dureza do cordão de solda do aço estudado não foram afetadas pelo tipo de fluxo utilizado, com a microestrutura analisada em microscópio óptico. O aço em estudo mostrou um alto grau de fragilidade à temperatura ambiente.

The A-TIG welding process presents as main advantage the possibility of increase in the penetration depth using the same parameters as conventional TIG welding. Many researchers show the influence of the active flux on the weld geometry in austenitic stainless steel, however little it is known of the influence of this process in the weld fillet shape and metallurgic characteristics of the weld fillet in ferritic stainless steel. In this work different types of flux are applied with the objective to verify possible influences on the weld fillet in ferritic stainless steel welding, such its visual aspect, the microstructure, the hardness and resistance to the impact of the fusion zone. Bead on plate welds were made without metal filler. Six types of flux had been used, and one flux was prepared in laboratory (TiO2) and the others five were commercial flux. The results indicate that the use of the flux allows increase in the penetration with significant changes in the aspect of the weld fillet. It was verified that the microstructure and the hardness of the weld fillet of this ferritic stainless steel was not been affected by the flux type. The result of the Charpy test in the metal base it was batter in the fusion zone.

This work presents a study on the influence of national heavy petroleum in the corrosion of the AISI 444 and AISI 304 stainless steels in simulated refining operation conditions. The petroleum was first characterized through physicochemical analysis (density, fluidity point, viscosity, sulfur concentration). In an attempt to understand the corrosion effect of temperature and of the type of heating the referred types of steel thermal treatments were carried out at three levels of temperature (200, 300 and 400 °C). The procedure was done in conditions close to those in the distillation column. Heat was gradually increased from room temperature, and directly heated to working temperature. Each treatment took 4 hours to be completed. Scanning electronic microscopy (SEM) and the analysis of X rays dispersive energy (EDX) were used after the trials to characterize the samples. The results show that treatment temperature, as well as the type of heating, has distinct influences on each type of steel.