Resumo A união de materiais diferentes ou componentes com geometrias complexas muitas vezes requer processos de uniões especiais, como por exemplo, uma fonte de energia de alta densidade como laser ou feixe de elétrons para soldagem por fusão ou mesmo um processo de soldagem no estado sólido. Em particular, este trabalho descreve os experimentos recentes da aplicação da soldagem por difusão no estado sólido (SDES) para diferentes tipos de aços inoxidáveis: austenítico AISI 316L, duplex UNS 31803 e superduplex UNS 327250. A soldagem por difusão foi realizada sob alto vácuo a 1050 °C, durante 60 minutos, empregando uma pressão uniaxial de 18-35 MPa. A qualidade da união foi avaliada por microscopia óptica e testes mecânicos. Os resultados preliminares indicam a necessidade de otimização dos parâmetros de processo para os aços duplex e superduplex. Os resultados positivos alcançados no presente trabalho permitiram a fabricação de protótipos de trocadores de calor compacto em aço inoxidável, utilizando o novo método de fabricação, desenvolvido por LABTUCAL / UFSC, através do qual o processo de corte a jato de água é aplicado para confeccionar com precisão os canais do núcleo do permutador de calor.

Abstract The joining of dissimilar materials or components with particular geometry often requires special union procedures, for instance a high density energy source as laser or electron beam for fusion welding or even necessarily a solid state welding process. In particular, this work describes the recent experience on applying the solid-state diffusion bonding (SSDB) to different types of stainless steels: austenitic AISI 316L, duplex UNS 31803 and superduplex UNS 327250. The SSDB was realized under high vacuum at 1050 °C for 60 min, employing uniaxial hydrostatic pressure of 18-35 MPa. The quality of the joints was evaluated by optical microscopy and mechanical tests. The preliminary results indicate the necessity of optimization of the process parameters for the duplex and superduplex steels. The positive results of the present study allowed the fabrication of compact heat exchanger prototype in stainless steel, employing the new manufacturing method, developed by LABTUCAL/UFSC, whereby a water jet is applied to precisely cut the channels of the heat exchanger core.

Este trabalho reúne resultados promissores sobre uma via alternativa de reparo em dutos e tubulações em operação com pequena espessura remanescente, envolvendo a recuperação prévia da parede do tubo por amanteigamento por processos de aspersão térmica. Avaliou-se a instabilidade apresentada pelo arco voltaico e alteração do perfil da zona fundida quando da deposição de solda por eletrodos revestidos sobre chapas de aço carbono previamente amanteigadas, com camadas de composição similar, pelos processos de aspersão térmica a chama e a arco-elétrico. Os resultados permitiram correlacionar a estabilidade do arco com o nível de oxidação das camadas aspergidas.( Medidas de temperatura do revestimento aspergido mostraram que, desde que o processo de aspersão ocorra de forma ininterrupta até a espessura final do revestimento, a temperatura superficial é crescente com a espessura do depósito, o que resulta num maior teor de óxidos, associado tanto à uma instabilidade do cordão como à uma maior penetração da poça fundida). Difratogramas de raios-X nas camadas aspergidas e análises do teor de oxigênio na zona fundida dos cordões de solda comprovaram a influência desse elemento na alteração do perfil da zona fundida. Como alternativa ao uso de ar comprimido, foi avaliada sua substituição pelo argônio como gás de arraste, verificando-se efeitos muito benéficos - redução significativa da penetração e boa estabilidade do arco voltaico - admite-se que advindos da redução da oxidação da camada aspergida pelo efeito protetor do gás inerte. A avaliação dos resultados permitiu estabelecer critérios de soldagem com menor risco de perfuração se comparados a uma condição sem revestimento prévio por aspersão térmica.

This work brings promising results about an alternative way of welding in-service repair of pipes with low reminiscent thickness, which involves a previous buttering coating of the pipe wall by thermal spraying. The characteristics of buttering layers deposited by two thermal spraying processes (arc and conventional flame) were compared, in special the influence of their degree of oxidation in dependence of the carrying gas (pressurized air or argonium) on the arc stability and penetration of weld beads SMAW over plain carbon steels previously buttered with similar composition layers. The results allowed to correlate the stability of the arc to the level of oxidation of the sprayed layers. (Temperature measurements on the surface of the sprayed layers showed that, since the process of thermal spray occur in an non-stopped way until the final thickness of the coating, the superficial temperature is increased with the thickness of the deposit, what results in a higher content of oxides, which is associated to an arc instability and a greater penetration of the molten pool.) X-ray diffractrogams and oxygen analysis proved the influence of this element in the changing profile of the fusion zone. As an alternative to the use of compressed air, its substitution by the inert gas argon as carrying gas was evaluated, verifying very benefic effects - significant reduction of penetration e good arc stability - believed coming from the reduction of oxidation in the sprayed layer by the protective effect of the inert gas. The evaluation of the results permitted to establish criteria of welding with lower risks of burn-through compared to a condition without buttering layers.

This work aims to characterize the phases, thickness, hardness and hardness profiles of the nitride layers formed on the CA-6NM martensitic stainless steel which was plasma nitrided in gas mixtures containing different nitrogen amounts. Nitriding was performed at 500 ºC temperature, and 532 Pa (4 Torr) pressure, for gas mixtures of 5% N2 + 95% H2, 10% N2 + 90% H2, and 20% N2 + 80% H2, and 2 hours nitriding time. A 6 hours nitriding time condition for gas mixture of 5% N2 + 95% H2 was also studied. Nitrided samples results were compared with non-nitrided condition. Thickness and microstructure of the nitrided layers were characterized by optical microscopy (OM), using Villela and Nital etchants, and the phases were identified by X-ray diffraction. Hardness profiles and hardness measured on surface steel were determined using Vickers hardness and nanoindentation tester, respectively. It was verified that nitrided layer produced in CA-6NM martensitc stainless steel is constituted of compound layer, being that formation of the diffusion zone was not observed for the studied conditions. The higher the nitrogen amounts in gas mixture the higher is the thickness of the nitrided layer and the probability to form different nitride phases, in the case γ'-Fe4N, ε-Fe2-3N and CrN phases. Intrinsic hardness of the nitrided layers produced in the CA-6NM stainless steel is about 12-14 GPa (~1200-1400 HV).

A erosão por cavitação deteriora componentes em serviço, tais como partes metálicas de bombas de água, válvulas e, em especial, pás de turbinas hidráulicas, sendo nesse último caso responsável por elevados prejuízos ligados tanto aos custos da manutenção direta, como sobretudo às perdas por interrupção na geração de energia elétrica. Dentre os materiais aplicados no reparo por soldagem de danos por cavitação incluem-se aços inoxidáveis tradicionais tipo AISI 308 e 309, aços inoxidáveis ao Co e ligas à base de Co (stellites), caracterizando-se essas últimas pela maior sensibilidade a trincas, dificuldade de esmerilhamento e pelo mais alto custo. Nesse contexto este trabalho buscou formular, depositar e analisar o desempenho de aços inoxidáveis austeníticos CrMnSiN, soldados pelo processo PTA. A resistência à erosão por cavitação foi avaliada segundo a norma ASTM G 32-92. A microestrutura foi caracterizada por microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura e a formação de martensitas α' e ε, induzida pela cavitação, foi avaliada por difração de raios-X. A integridade da superfície dos depósitos foi controlada por END, além disso a dureza e a facilidade de acabamaneto por esmerilhamento serviram como critérios para avaliar os revestimentos soldados. Verificou-se que os revestimentos aplicados por PTA eram livres de trincas de solidificação, com baixa porosidade, boa molhabilidade e adequado acabamento superficial. A melhor liga inoxidável austenítica elaborada (0,03%C; 0,35% N; 13,2%Cr; 11,8% Mn; 2,8%Si; bal %Fe) mostrou uma resistência à erosão por cavitação próxima aquela das principais ligas comerciais.

Cavitation erosion deteriorates components like metallic parts of water pumps, valves and blades of hydraulic turbines, in this last case being responsible for high economical losses, associated to direct maintenance costs, but above all due to the interruption of the electric power generation. Among the materials usually applied in the welding repair of cavitation erosion are included the common stainless steels AISI 308 and 309, special Co-alloyed stainless steels and Co-base alloys (stellites), whereby these have as handicap a higher susceptibility to cracking, the difficult in finishing by grinding and the higher cost. In this context this work had the purpose to design, develop and evaluate CrMnSiN austenitic stainless steels, as deposited by the PTA process. The cavitation erosion resistance was evaluated using the vibratory ultrasonic test according ASTM G32-92. The microstructure was analyzed by means of optical and scanning electronical microscopy and the nature of phases present in the coatings - the cavitation induced formation of martensites α' and ε - was estimated by x-rays diffraction. Besides that the surface quality as examined by NDT, the hardness and the feasibility of finishing by grinding, where all evaluation criteria of the welded deposits. It was verified that the coatings applied by PTA were free from solidification cracks, had low porosity, good wetability and adequate surface finishment. The best austenitic stainless steel developed (0,03%C; 0,35% N; 13,2%Cr; 11,8% Mn; 2,8%Si; bal %Fe) showed a cavitation erosion resistance quite near the most resistant commercial alloys.