Resumo A técnica de tecimento por deflexão magnética do arco foi desenvolvida há alguns anos para permitir a oscilação da poça fundida, causando o refinamento de grão e melhorando as propriedades da junta soldada. Este artigo tem como objetivo propor dois modelos de fontes de calor que inclui os efeitos de deflexão magnética do arco em um processo GTAW sobre chapa nas simulações numéricas pelo uso do método dos elementos finitos. Dois casos são estudados. No primeiro, são comparadas as simulações numéricas para o arco sem deflexão e para o arco com deflexão magnética fixa ao longo do movimento da tocha. São analisadas as temperaturas em três pontos na parte inferior da chapa (dois afastados da linha de centro de soldagem e outro no centro) e poças de fusão para chapas de aço SAE 1020 e espessuras de 3,2 e 6 mm. Os resultados obtidos pelas simulações numéricas estão muito próximos aos experimentais. No segundo caso, é analisada a soldagem com tecimento (frequência de 1Hz) em chapas de aço de 3 mm de espessura. São comparadas as larguras do cordão e sua forma geométrica com os resultados experimentais, que mostram a boa concordância obtida pelos dois modelos propostos.

Abstract The technique of weaving by magnetic arc deflection was developed a few years ago to enable the oscillation of the weld pool, thus, causing grain refinement and improving the properties on the welded joint. This paper aims to propose two heat source models that include effects of magnetic arc deflection on a bead-on-plate GTAW process in numerical simulations by using the finite element method. Two cases are studied. In the first case, non-deflected arc and straigth magnectic deflected arc along the torch movement are carried out and compared to numerical simulations. Temperatures at three different points on the backside of the plates (two away from the welding center line and one in its center) and weld pools of SAE 1020 3.2 mm and 6 mm thick steel plates are analyzed. Results obtained by numerical simulations are close to the experimental ones. In the second case, welding with weaving (frequency of 1Hz) on 3 mm thick steel plates is analyzed. The bead width and its visual presentation are compared to experimental results, which show good agreement with both proposed models.

RESUMO Os estudos na área da engenharia de superfícies recebem grande importância devido ao aprimoramento que as modificações superficiais fornecem aos materiais. Com um mercado global que tem a necessidade de proporcionar às peças e equipamentos maior vida útil com baixo custo, para suportar solicitações severas e assim manter seu alto desempenho, os tratamentos superficiais tornam o que se pensava impossível na realidade. Dentre os tratamentos superficiais que têm recebido atenção, e é objeto deste trabalho, temos o processo termoquímico de boretação. O processo de boretação consiste em saturar com boro a superfície de aços e ligas metálicas. Essa saturação fornece à superfície um incremento de propriedades não intrínsecas ao metal de base, tais como: dureza, resistência à abrasão e corrosão. Embora as propriedades dos aços boretados já tenham sido estudadas, os efeitos que o processo de boretação exerce nos aços durante ou posteriormente a processos de soldagem não são conhecidos. É objetivo deste trabalho avaliar a microestrutura e resposta mecânica de um aço de baixo carbono submetido ao tratamento de boretação pré e pós-soldagem GTAW. Os resultados apontaram uma má soldabilidade metalúrgica do aço de baixo teor de carbono com camada boretada, com a presença de trincas de solidificação. Já o aço soldado previamente à boretação apresentou um núcleo mais dúctil devido ao tratamento térmico submetido pós soldagem, porém com superfície de elevada dureza. Embora os valores de dureza do núcleo tenham caído drasticamente na zona soldada após este processo, a superfície destas amostras apresentou elevada dureza devido à camada boretada, o que pode ser considerado, principalmente em aplicações visando a resistência ao desgaste.

ABSTRACT Studies on surface engineering area are given great importance due to the improvement that surface modifications provide to materials. With a global market that has the need to provide parts and equipment with extended service life and low cost, to support stringent requests and thus maintain its high performance, surface treatments may bring what was impossible into reality. Among the surface treatments that have received attention recently, we have the thermochemical process of boriding. The boriding process consists of saturate the surface of steels and metal alloys with boron. This saturation provides an increase in the surface properties not inherent to the base metal, such as hardness, resistance to abrasion and corrosion. Although the properties of boriding steels have already been studied, the effects that the boriding process perform on the steel during or after the welding processes are not known. Hence, it is the purpose of this study to evaluate the microstructure of a low carbon steel treated with boriding before and after GTAW welding. The results indicated poor metallurgical weldability of low carbon steel with boride layer, with the presence of solidification cracks. Nonetheless, the steel welded previous to boring treatment presented a more ductile nucleus, with harder surface. Although the values of hardness within the nucleus of the steel had dropped drastically at the welded zone after the boring, the surface of this steel showed higher values of hardness due to the boriding layer. This fact should be considered when applications where wear resistance is needed.

RESUMO A soldagem a arco submerso é um processo de fabricação bastante utilizado na indústria naval, a qual apresentou um crescimento significativo nos últimos anos no país. Este trabalho apresenta um estudo detalhado da interação química que ocorre entre o metal de base, o metal de adição e o fluxo de soldagem em um caso específico de uniões soldadas, aplicado à indústria naval brasileira. Neste estudo foi observado que durante o processo de soldagem os elementos, Mn e Ni indicaram uma migração do fluxo de soldagem para a poça fundida, enquanto que o Si migrou da poça fundida para o fluxo. Já o carbono foi perdido para a atmosfera. Os outros elementos constituintes do fluxo apresentaram reações entre si, sem envolver o metal fundido. A partir da avaliação das microestruturas e das propriedades mecânicas verificou-se a presença das fases já esperadas para o tipo de aço em estudo, no entanto, há um indicativo de aumento de precipitados na zona fundida, que pode estar relacionado à migração dos elementos químicos do fluxo para a poça fundida. Ainda, se observou que o procedimento de soldagem adotado para este trabalho alcançou todos os requisitos necessários de comportamento mecânico para poder ser aplicado em serviço, na indústria de construção de plataformas, conforme normas utilizadas na área.

ABSTRACT Submerged arc welding is a production method commonly used in shipbuilding industry, which showed a significant growth in the past decade. The present manuscript shows a study of the chemical interactions that occurs among base metal, weld metal and weld flux to a specific case study applied in the Brazilian shipbuilding industry. The evaluation of such interactions indicated that chemical elements such as Mn and Ni showed a migration from the flux to the weld pool, whereas Si flowed from the weld pool to the flux. In addition, carbon was lost to the atmosphere. Other flux elements constituents showed interaction only among themselves, and no reaction with the weld pool was observed. Microstructural analysis and mechanical properties allowed one to identify the presence of phases already expected for this type of iron, however the images obtained from the weld pool microstructure indicate an increase in precipitates in the weld pool area that may be related to the migration of the flux chemical elements to the weld pool. In addition, the welding proceeding used in this study attained all mechanical behavior requirements to be applied in service, in the shipbuilding constructions.

A união de materiais metálicos é freqüentemente associada a problemas metalúrgicos, associados ao material em uso e que, cuja solução, demanda estudos dedicados e demorados. Especificamente, podem ocorrer modificações metalúrgicas na ZAC (zona afetada pelo calor), levando a alterações microestruturais. Contudo esta é uma região de difícil estudo devido a sua pequena dimensão. Assim, a fim de superar esta limitação com relação ao estudo da ZAC, existem na literatura proposições de máquinas de simulação de ZAC, que fazem uso do efeito Joule para o aquecimento de determinados corpos de prova, que se resfriam por condução e convecção, de forma a simular o ciclo térmico em uma ZAC obtida por soldagem real. Tais simuladores comerciais estão disponíveis, mas a um custo muito alto. Assim, o desenvolvimento de um simulador físico de baixo custo é de grande importância. Em artigos anteriores, a proposição e construção deste simulador, que está baseado na modificação de um equipamento de soldagem a ponto por resistência, foram avaliadas como uso de corpos de prova cilíndricos de geometria fixa. Embora, a fonte consiga suprir a energia necessária para se atingir o ciclo térmico de aquecimento (alta temperatura e baixo tempo), não foi possível atingir um ciclo térmico de resfriamento próximo ao da realidade. Assim, para suprir tal limitação, simulações foram executadas em elementos para determinar a geometria ótima em função do tempo de resfriamento (ciclo térmico) desejado. Todos os dados das simulações foram compilados na forma de uma modelo de regressão para se executar tal otimização da geometria. A partir desta metodologia foi possível construir diferentes diagramas CCT aplicados obtidos com os rápidos ciclos térmicos presentes na soldagem. Tais diagramas são apresentados e comparados com os poucos encontrados na literatura, com boa concordância.

The joining of metals is often associated to metallurgical problems, which is specific for each material and, therefore, demands dedicated and time-consuming study. Specifically, metallurgical transformations in the HAZ (Heat Affected Zone) can occur and lead to microestructural changes such as grain growth, fragile structures presence, cracking, among others. The HAZ is a difficult region for studying due to its small dimensions, where its properties are defined basically by the base metal characteristics and the factors that affect the thermal cycle of the process. Thus, in order to overcome this limitation of the HAZ study, there are in the literature different proposes of HAZ-simulator machines, which uses the Joule effect for heating specific coupons that cool down by conduction and convection. This approach intends to simulate the thermal cycle in a "real" HAZ obtained in a "real" welding. Comercial simulators are available at very high costs. Therefore, the development of a low-cost machine is welcome. In a previous study, the proposition and construction of this machine, based on the modification of resistance spot welding equipment, was carried out and the first coupons were fabricated in a cylindrical geometry. Although the machine provides sufficient energy, the use of traditional coupons with cylindrical geometry presents restrictions of portraying the "real" case, i.e., the welding. In the cylindrical geometry option, the obtained thermal cycles do not present temperature gradients closer to the ones in "real" weldments. Hence, to overcome this limitation, finite elements modelling was carried out and different coupon geometries were simulated. The objective is to reach thermal cycles as close as possible to the ones obtained in a "real" situation. A database of different geometrical features was achieved by using the finite element analyses. This database was used as the input of model regression analyses by using statistical ANOVA. The empirical resulting model was employed as the input of an optimization algorithm, which is used for searching a given cooling rate desired by the user. From these results is possible to obtain different cooling rates and build-up Continuous Cooling Transformation (CCT) Diagrams dedicated to welding, i.e., with higher cooling rates. Comparison was found in good agreement between obtained diagrams and the literature ones.