Abstract The study of the influence of the nitrogen atmosphere on the behavior of the welding parameters (current and voltage) and on the properties of the deposits of self-protected tubular wires used in the FCAW process for the recharging of pieces and parts subjected to severe abrasion is debated. Three filler materials are evaluated for this type of application: one with high chromium, another with high chromium and alloyed with niobium and the third with lower chromium content and also alloyed with titanium. Deposits are made under the conditions indicated by the manufacturers for the wires (in terms of regime parameters) with and without nitrogen gas protection, using a constant voltage mode welding source. The use of additional gaseous protection (N2) modifies the welding parameters while modifying the microstructure, influencing the mechanical properties of the deposits. The deposits were characterized by optical microscopy, confirming the influence of nitrogen on the operational behavior and on the deposits for the three wires used.

Resumen Se aborda el estudio de la influencia de la atmosfera de nitrógeno sobre el comportamiento de los parámetros de soldadura (corriente y tensión) y en las propiedades de los depósitos de alambres tubulares auto-protegidos utilizados en el proceso FCAW para el recargue de piezas y partes sometidas a abrasión severa. Son evaluados tres materiales de aporte para este tipo de aplicación: Uno de alto cromo, otro de alto cromo y aleado con niobio y el tercero con menores contenidos de cromo y aleado también con titanio. Se realizan depósitos en las condiciones indicadas por los fabricantes para los alambres (en cuanto a parámetros de régimen) con y sin protección de gas nitrógeno, mediante fuente de soldadura en modo de tensión constante. El uso de protección gaseosa adicional (N2) modifica los parámetros de soldadura a la vez que modifica la microestructura, influyendo en las propiedades mecánicas de los depósitos. Los depósitos obtenidos fueron caracterizados por microscopia óptica, confirmando la influencia del nitrógeno sobre el comportamiento operacional y sobre los depósitos para los tres alambres utilizados.

RESUMO A aplicação de revestimentos com o objetivo de reduzir o desgaste em equipamentos e, consequentemente os custos de manutenção, busca obter o incremento da vida em serviço e redução das paradas programadas. Uma correta seleção do material depositado permite, dentre outras coisas, transformar elementos descartáveis por desgaste em bens de capital recuperável, aumentar a resistência e prover as superfícies susceptíveis ao desgaste de características e propriedades desejadas e, em geral, aumentar a eficiência do processo. Assim, o objetivo deste trabalho é avaliar a resistência ao desgaste abrasivo de revestimentos duros depositados em camada única através do processo de soldagem FCAW (Flux - Cored Arc Welding) Duplo Arame, com arame tubular auto protegido. Foram utilizados três tipos de consumíveis aplicados nos revestimentos de martelos e facas picadoras da indústria sucroalcooleira (FeCrC, FeCrC+Ti e FeCrC+Nb) de diâmetro 1,6 mm em doze condições de revestimento diferentes. O revestimento por soldagem foi aplicado sobre uma chapa de aço carbono SAE 1020 com e sem amanteigamento de liga E308LSi, utilizando-se o modo de transferência metálica por curto-circuito. Construíram-se corpos de prova para a avaliação do desgaste em laboratório com abrasômetro Roda de Borracha de acordo com a norma ASTM G65-00. A avaliação de desgaste foi feita via perda de massa. Foram realizadas também análise de dureza, microdureza e microestrutura dos revestimentos. Os melhores resultados de resistência ao desgaste foram obtidos com a utilização dos dois arames eletrodo de mesma composição (FeCrC+Ti - FeCrC+Ti). A presença do Ti no revestimento apresentou menor quantidade de trincas e melhor resistência ao desgaste. As condições com amanteigamento não demonstraram bons resultados com relação à resistência ao desgaste dos revestimentos.

ABSTRACT The application of hardfacing brings the reduction of the wear and therefore increases service life of components and reducing the maintenance shutdowns. This work aims to study the wear resistance of hardface applied by welding, by using the process FCAW (Flux- Cored Arc Welding) Self-Shield Double Wire. Three types of consumables used in coating hammers and knives of the sugar industry were used. (FeCrC, FeCrC+Ti and FeCrC + Nb) with diameter 1.6 mm in twelve coating conditions. The coating was applied by welding on a steel SAE 1020 with and without E308lSi buttering, with metal transfer mode in short circuit. It was compared the deposits made with each condition. It was constructed specimens for the evaluation of wear in the laboratory with Rubber Wheel according to ASTM G65-00. The wear evaluation was made via mass loss. It was also carried analysis hardness and microhardness of the coating microstructure. The best wear resistance results were obtained with the use of two wires electrode with the same composition (FeCrC + Ti). The presence of Ti in the coating has fewer cracks and improves wear resistance in this study. The conditions with buttering have not shown good results with respect to wear resistance of coatings.

Resumo: Este artigo apresenta um estudo das características operacionais, geométricas e microestruturais de soldas MIG e MIGAF (MIG com arame frio) aplicadas no revestimento de chapa de um aço AISI 1020, com uma superliga de níquel ER NiCrMo-4, tipo Hastelloy 276C. A soldagem foi automatizada, na posição plana, e realizada por uma fonte eletrônica em CC+ com aquisição instantânea dos oscilogramas de corrente e tensão de soldagem. As variáveis de entrada foram às velocidades do arame eletrodo e do arame frio, e a velocidade de soldagem. Foram avaliadas a operacionalidade dos processos e o efeito da energia de soldagem sobre as características geométricas (reforço e largura), diluição, microestrutura e microdureza do revestimento. Os resultados indicaram um bom desempenho operacional, a ausência de defeitos nos passes isolados e nos revestimentos para as soldagens com MIGAF. Além disso, constataram-se menores níveis de diluição.

Abstract: This paper presents a study about the operational, geometrical and microstructural characteristics of GMAW and GMAW-CW (GMAW Cold Wire) welds applied on a coating of steel AISI 1020 plate, with a nickel superalloy ER NiCrMo-4, Hastelloy 276C type. The welding was automated in flat position, and executed with an electronic source on DC+ and having instantaneous acquisition of the welding voltage and current oscillograms. The input variables were the speeds of the electrode and cold wires and the welding speed. It was evaluated the operational processes and the effect of heat input on the geometrical characteristics (reinforcement and width), dilution, microstructure and microhardness of the coating. The results indicated a good operating performance, the absence of defects in single passes and in the GMAW-CW coatings. Furthermore, it has been found the lowest level of dilution.

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.

Os processos de soldagem com arame maciço (GMAW) e arame tubular (FCAW), que competem entre si em termos de qualidade, produtividade e operacionalidade, requerem do usuário informações seguras de suas principais características e aplicações para determinar as condições mais adequadas de soldagem. Desta forma, o objetivo deste trabalho é comparar a potencialidade de cada processo na soldagem horizontal de aço carbono ABNT 1020, variando o tipo de gás de proteção, a corrente e tensão de soldagem, mantendo constante a taxa de fusão por unidade de comprimento. Para a realização deste estudo foram utilizados os arames AWS E71T-1 e ER 70S-6 sob as proteções gasosas 100%CO2 e Ar+25%CO2 em dois níveis de corrente e quatro níveis de tensão. As características avaliadas foram a regularidade de transferência metálica no modo curto-circuito, a capacidade produtiva através da taxa e rendimento de deposição e o escorrimento do cordão de solda dentro do chanfro. De maneira geral, os dois processos apresentaram semelhança na capacidade produtiva, mostrando certa dependência do valor da tensão de soldagem. Também se observou que, na mesma faixa de corrente e com a elevação da tensão, houve mudanças nas características de transferência metálica nos dois processos. Em relação ao escorrimento dos cordões de solda, o processo GMAW apresentou melhores cordões em menores tensões. Para o processo FCAW os valores dos escorrimentos não apresentaram grandes variações, tendo uma condição melhor que o GMAW para maiores valores de tensão de soldagem (região de predominância de transferência metálica conduzida pelo fluxo sem curto-circuito). O gás de proteção 100%CO2, para ambos os processos, foi o que proporcionou melhor rendimento de depósito com predominância de transferência metálica por curto-circuito.

The processes of welding with solid wires (GMAW) and flux cored wire (FCAW), that compete in terms of quality, productivity and operability, demand the user to have clear information about their main features and applications to determine the most appropriate welding conditions. Thus, the goal is to compare the capability of each process in the horizontal position welding of ABNT 1020 carbon steel, varying the type of shielding gas for the same level of welding current and voltage to maintain a constant deposition rate per length. For this study the wire E71T-1 and ER 70S-6 were used, both under 100% CO2 and Ar +25% CO2 shielding gas and in two current and four voltage levels. The stability of short-circuit metal transfer mode was evaluated along with the production capacity (deposition rate and deposition efficiency) and the presence of deposit discontinuity. In general, both processes had a similar production capacity, showing some dependence on the welding voltage value. It was noted that, for the same current range and with increasing voltages, there was a change in metal transfer characteristics for both processes. Regarding deposit discontinuities (runoffs), the solid wire showed better results with lower voltage values. The values of runoffs for the cored wire were similar, however with a better condition for higher values of voltage (region of predominance of metal transfer carried by the flux without short-circuiting). The shielding gas 100% CO2 allowed higher deposition efficiency for both wires with a predominance of short-circuit metal transfer mode.

O setor sucroalcooleiro brasileiro tem apresentado um expressivo crescimento nos últimos anos, entretanto, a manutenção das indústrias apresenta um elevado custo devido à perda de metal dos equipamentos por mecanismos de desgaste. O objetivo deste trabalho é estudar a aplicação de revestimentos duros por soldagem com arames tubulares quanto à resistência ao desgaste de facas picadoras de cana-de-açúcar, comparando os resultados obtidos em laboratórios com os aplicados em campos. Foram utilizados quatro tipos de consumíveis utilizados na indústria sucroalcooleira: um eletrodo revestido da liga FeCrC de 4,0 mm de diâmetro e três arames tubulares autoprotegidos de 1,6 mm de diâmetro, de ligas Fe-23,1Cr-4,11C, Fe-22Cr-4,5C-6,5Nb, Fe-1,8C-7,5Cr-1,5Mo-5,26Ti. O metal de base utilizado foi um aço SAE 1020. Foram construídos corpos de prova para a avaliação de desgaste em laboratório com abrasômetro Roda de Borracha segundo a norma ASTM G65-91. Posteriormente, foram construídas facas picadoras de cana-de-açúcar, revestidas com as mesmas condições de soldagem e montadas no picador de uma destilaria de álcool. A avaliação de desgaste foi feita via perda de massa. As soldagens com os arames tubulares foram efetuadas no modo de transferência por curto-circuito, com mesmos valores de corrente e tensão de soldagem. O arame contendo Nb apresentou a maior resistência ao desgaste em laboratório e devido à presença de trincas e ao lascamento do revestimento, a menor resistência ao desgaste em campo. O arame FeCrC e o arame contendo Ti e Mo apresentaram resistência ao desgaste similar, com o pior desempenho em laboratório e o melhor em campo. Comparados ao eletrodo revestido, apenas o arame contendo Nb apresentou similar desempenho em laboratório e o arame FeCrC e o arame com adição de Ti e Mo, similar desempenho em campo.

The Brazilian sugar/alcohol sector presented expressive growth in recent years. However maintenance cost is high due to metallic losses by wear. This paper studies the application of hardfacings by flux cored arc welding on the wear resistance of sugarcane shredder knives comparing laboratory and field-test results. Four types of consumable were used: three selfshielded flux cored wires of diameter 1.6 mm of alloys FeCrC, FeCrC+Nb and FeCrC+Ti and a covered electrode of FeCrC alloy of diameter 4.0 mm. The base metal is SAE 1020 steel. Test specimens were evaluated using rubber wheel abrasion tests (ASTM G65). Sugarcane shredder knives hardfaced in the same welding conditions were also tested on a shredder in an alcohol distillery. Wear evaluation is by mass loss. The flux cored wires were welded in short-circuit transfer mode with the same current and voltage values. The wire with Nb had the highest wear resistance in laboratory test but due to cracks and spalling had the least wear resistance in field test. The FeCrC and FeCrC+Ti wires presented the worst results in laboratory tests and the best results in field test, respectively. In comparison with the covered electrode, the FeCrC+Nb wire presented similar performance in laboratory and the FeCrC+Ti wire presented similar performance in field tests.

Uma das versões do processo Plasma-MIG consiste basicamente da combinação de um arco Plasma com um arco MIG/MAG em uma única tocha. Com essa associação, se procura unir vantagens individuais de cada arco. A principal característica consiste na independência entre o aporte de energia imposto pelo processo e o material adicionado, resultando em uma maior facilidade em atuar sobre a geometria do cordão de solda. Na literatura corrente existem poucas informações relacionadas com o processo, além de que a maioria remota principalmente das décadas de 70 e 80, quando a tecnologia disponível não era capaz de viabilizar o processo para a indústria da época. No entanto, nos últimos anos, a difusão das novas fontes eletrônicas utilizadas em soldagem contribuiu na retomada do interesse pelo processo Plasma-MIG. Neste contexto, este trabalho objetivou ampliar os estudos relacionados à influência do balanço das correntes Plasma e MIG/MAG sobre a geometria do cordão de solda e taxa de fusão do arame. Soldagens de simples deposição sobre chapa forma realizadas com uma combinação de corrente de Plasma e de MIG/MAG em 3 níveis cada, mantendo-se, pela correção da velocidade de soldagem, o mesmo volume de cordão. Foi observado que a introdução da corrente Plasma sobre a corrente MIG/MAG reduz a penetração e a diluição e proporciona cordões menos convexos. Por outro lado, o uso da corrente Plasma faz aumentar a taxa de fusão do arame MIG/MAG. Entretanto, parece que a intensidade da corrente Plasma não é o fator governante nestas alterações.

One of the versions of the Plasma-MIG process is basically a combination of a Plasma arc with a MIG/MAG arc in a single torch. With this association, the advantages of each arc are searched. The main characteristic of it is the independence between the heat input by the process and the deposited material, resulting in greater facility for control the bead weld geometry. In current literature, there are shortage of information related to the process, and most of them remote from 70’s and 80’s years, when the available technology was not able to make the process viable for the industry. However, in the last years, the diffusion of new electronic power sources used in welding brought up again the interest in Plasma-MIG process. In this context, this work aimed to contribute to the studies related to the influence of the MIG and Plasma current balance on the geometry of the bead weld and wire fusion rate. Bead-on-plates weld were carried out with a Plasma and MIG/MAG current combinations at 3 levels each, keeping, by welding speed corrections, the bead volume the same. It was observed that the introduction of the Plasma current over the MIG/MG current reduces penetration and dilution and lead to less convex beads. On the other hand, the use of Plasma current increases the MIG/MAG wire fusion rate. However, it seems that the intensity of the Plasma current is not the governing parameter on those changes.

O setor sucroalcooleiro tem apresentado um expressivo crescimento nos últimos anos no Brasil, entretanto, a manutenção das indústrias apresenta um elevado custo devido à perda de metal dos equipamentos por mecanismos de desgaste. O objetivo deste trabalho é avaliar a resistência ao desgaste abrasivo e a microestrutura de revestimentos duros depositados em camada única. Foram utilizados quatro tipos de consumíveis utilizados na indústria sucroalcooleira: um eletrodo revestido da liga FeCrC de 4,0 mm de diâmetro e três arames tubulares autoprotegidos de 1,6 mm de diâmetro, de ligas FeCrC, FeCrCNb, FeCrCTiMo. O metal de base utilizado foi um aço SAE 1020. As soldagens com os arames tubulares foram efetuadas no modo de transferência por curto-circuito, com mesmos valores de corrente e tensão de soldagem. Para o ensaio de desgaste utilizou-se o abrasômetro Roda de Borracha, segundo a norma ASTM G65-91. Os corpos de prova de desgaste foram retirados da região central das chapas de testes e da mesma região retirou-se dois conjuntos de amostras para análise microestrutural (microscopia ótica). Os resultados dos ensaios com a roda de borracha mostrou que a liga FeCrCNb apresenta maior resistência ao desgaste, seguida do eletrodo revestido e com pior desempenho a liga FeCrCMoTi e a liga FeCrC. A liga FeCrC (tanto para o eletrodo revestido como para o arame tubular) apresentou microestrutura formada por carbonetos primários M7C3 distribuídos em uma matriz de menor dureza; a liga contendo Nb apresentou microestrutura similar além da presença de carbonetos NbC; por sua vez, a liga com adição de Ti e Mo apresentou a presença de grandes carbonetos primários de titânio.

The Brazilian sugar/alcohol sector presented expressive growth in recent years. However, maintenance cost is high due to metallic losses by wear. This paper studies the application of hardfacing by flux cored arc welding on the wear resistance and microstructure of single layer weld beads. Four types of consumable were used: three selfshielded flux cored wires of 1.6 mm diameter of alloys FeCrC, FeCrCNb, FeCrCMoTi and a covered electrode of FeCrC alloy of 4 mm diameter. The base metal was SAE 1020 steel. Test specimens were evaluated using Rubber Wheel Abrasion Test (ASTM G65). The selfshielded flux cored wires were welded in short-circuit transfer mode with the same current and voltage values. Wear evaluation was by mass loss and microstructure analysis by optic microscopy. The results of the trials with Rubber Wheel Test showed that the FeCrCNb alloy presented the largest wear resistance, followed by the covered electrode. The FeCrC+Ti alloy and the FeCrC alloy presented the worst performance. The FeCrC alloy (for both covered electrode and tubular wire) presented microstructure formatted by primary M7C3 carbides distributed in a smaller hardness matrix; the alloy containing Nb presented a similar microstructure apart from its carbides that were mainly NbC. The alloy with Ti and Mo addition presented large titanium primary carbides.

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.

The aim of this work was to propose, apply and evaluate a methodical approach to select welding processes in a productive environment based on market requirements of Quality and Costs. A case study was used. The welds were carried out in laboratory, simulating the joint conditions of a manufacturer and using several welding processes: SMAW, GTAW, pulsed GTAW, GMAW with CO2 and Ar based shielding gases and pulsed GMAW. For Quality analysis geometrical aspects of the beads were considered and for Cost analysis, welding parameters and consumable prices. Quantitative indices were proposed and evaluated. After that, evaluation of both Quality and Costs was done, showing to be possible to select the most suitable welding process to a specific application, taking into account the market conditions of a company.