Abstract In this study the TIG process was used to perform the surface treatment of Nickel-Aluminium Bronze alloy (C63280), the main material used in the industry for the manufacture of naval propellers. The process was applied in specimens obtained from a propeller blade at different current pulsation frequencies (2, 5, 6, 12 Hz and 30 kHz) and without pulsation. The treatments were submitted to microstructural and microhardness analysis, and the results were compared to the material without any treatment. As for the microstructural aspect, all treatments resulted in grain refining, as this aspect is more accentuated for the frequency of 6Hz. The analysis also revealed a lower volume of the α phase in all treatments, which was evidenced upon investigation of the microhardness, with dispersion of the β phase in all samples and the k phase in some samples. The results show a greater uniformity in the microhardness in the treated zone due to grain refining. However, when comparing the average microhardness with the microhardness of the reference material, a significant increase of the microhardness was reached only at the frequency of 6Hz.

Abstract The thermal current pulsation is a technique widely used mainly in the GTAW process. The advantages of this technique range from operational gains in the process to metallurgical weld improvements. However, despite the advantages already reported in several studies that employ the GTAW and GMAW processes, there is no reference in the literature to the use of this technique in the submerged arc process. From this perspective, an investigation was carried out regarding the use of the current pulsation technique at low frequencies. Bead-on-plate tests were performed, varying the pulsation times from 0.5 to 2.0 s for two different welding speed (18 and 36 cm/min). The results showed that, besides being viable, the application of the thermal pulsation technique in SAW welding resulted in greater process efficiency. This result was obtained without causing instabilities or problems related to the inclusion of slag. However, unlike what is reported in the literature for the GTAW process, thermal pulsation did not show significant metallurgical improvements for any of the operating conditions used.

Resumo: Em processos de soldagem com adição de material, como é o caso do GMAW, a obtenção de menores tempos de soldagem implica na busca por maiores taxas de deposição, visto que assim é possível aumentar as velocidades de soldagem mantendo a área transversal do cordão de solda. Como alternativa, é comum, atualmente, se considerar o emprego de processos híbridos ou modernas técnicas de soldagem derivadas de processos tradicionais. Contudo, isto implica, naturalmente, em maior aporte de investimentos, o que frequentemente não é possível. Diante disso, o presente trabalho tem por objetivo investigar os efeitos produzidos pelo posicionamento da tocha de soldagem sobre a formação de descontinuidades e geometria dos cordões de solda produzidos pelo processo GMAW convencional em elevadas velocidades de soldagem. Para tanto, foram realizados ensaios de soldagem com o processo GMAW convencional robotizado em juntas sobrepostas na posição horizontal. Foram utilizadas chapas de espessura 2,8 e 2,2 mm, sendo estas referentes a posição superior e inferior respectivamente. Empregou-se velocidades de soldagem superiores a 1 m/min e foram avaliados os aspectos morfológicos dos cordões de solda obtidos. Como resultado, foi verificado que o posicionamento da tocha de soldagem possui influência significativa na geometria do cordão e que com ângulos de ataque e de trabalho adequados é possível conferir maior robustez ao processo sem, contudo, perder em produtividade

Abstract: In terms of welding with addition of material, as in the case of GMAW process, the obtaining of shorter welding times implies the search for higher deposition rates, since by increasing the deposition rate it is possible to increase the welding speed keeping constant the rate of material deposited per unit of weld bead length. As an alternative, in applications that require high welding speeds, it is currently common to consider the use of hybrid processes or modern welding techniques derived from processes considered as traditional. However, this impliesinvestment that is often not available. The aim of the present work is to analyze the effects of welding torch positioning on the formation of discontinuities and, above all, on geometry of the weld beads produced by the conventional GMAW process at high speeds. For this purpose, welds were welded in overlapping joints, in the horizontal position, at welding speeds over 1 m/min with the conventional GMAW process, and the morphological aspects of weld beads. As a result, it was verified that the positioning of the welding torch has a significant influence on the geometry of the weld bead and that with suitable angles of attack and work it is possible to give greater robustness to the process, even at high welding speeds, without losing productivity

Resumo A soldagem de estruturas destinadas à construção naval em estaleiros é realizada, em sua maioria, de forma manual no cenário brasileiro. Assim como em qualquer aplicação, nesta os parâmetros de soldagem devem ser ajustados conforme a posição de soldagem a fim de garantir a qualidade desejada da união. Todavia, na prática o que se observa é que esta regulagem é continuamente negligenciada devido à falta de preparo dos profissionais envolvidos ou, em uma tentativa de diminuir o tempo de máquina parada durante a operação. Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo apresentar o desenvolvimento de uma tocha de soldagem capaz de reconhecer sua orientação no espaço e, por meio de uma interface com a fonte de soldagem, selecionar automaticamente os parâmetros do processo de acordo com a posição de soldagem em que a mesma se encontra. A fim de avaliar o desempenho do protótipo desenvolvido, foram realizados ensaios de soldagem alternando-se entre as posições 1G, 2G, 3G e 4G. Nestes, o protótipo apresentou um funcionamento adequado às aplicações de soldagem, sendo capaz de reconhecer não somente a posição na qual a soldagem está sendo executada, mas também, de controlar os parâmetros de soldagem presentes na fonte de energia.

Abstract Welding of structures intended for shipbuilding in Brazilian shipyards is often carried out manually. The welding parameters should be adjusted according to the welding position to ensure the quality of the welding joint. However, this adjustment is frequently ignored due to the lack of preparation of professionals or to reduce the machine's downtime. In this context, the present work aims to present the development of a welding torch capable of recognizing its orientation within space and use an interface with the welding power supply to select the parameters according to the welding position. In order to evaluate the performance of the developed prototype, welding tests were carried out alternating welding positions 1G, 2G, 3G, and 4G. The prototype worked well for welding applications, being able to recognize not only the position but also to control the welding parameters on the welding power supply.

Resumo Este trabalho tem por objetivo principal implementar o processo de soldagem FCAW com corrente contínua pulsada. Para tanto, foi analisada a influência da Distância de Bico de Contato-Peça (DBCP) em dois níveis (19 e 24 mm) e o tamanho do diâmetro da gota (Dg) de acordo com o seguinte critério: Diâmetro da gota igual ao diâmetro do arame-eletrodo (Dg=De), diâmetro da gota menor que o diâmetro do arame-eletrodo (Dg<De) e, finalmente, diâmetro da gota maior que o diâmetro do arame-eletrodo (Dg>De), mantendo a taxa de deposição fixa. A análise dos resultados obtidos revelou que a metodologia experimental empregada é efetiva na determinação das variáveis da corrente contínua pulsada para o arame tubular rutílico E71T-1M. De posse desta, foi possível produzir cordões de solda de bom aspecto superficial e morfológico, além de se obter boa estabilidade do arco (livre de respingos) quando utilizada uma Distância de Bico de Contato-Peça (DBCP) de 24 mm e diâmetro da gota (Dg) menor que o diâmetro do arame-eletrodo (De). Não obstante, quando empregada DBCP de 24 mm, foi observada uma significativa variação na energia de soldagem quando empregado diferentes diâmetros de gota, sendo obtidos os valores de 9,0 kJ/cm para Dg>De e 12,6 kJ/cm para Dg<De. Isto representa um aumento de cerca de 40% quando são empregados diâmetros de gota menores que diâmetro do eletrodo (Dg<De).

Abstract This work has as main objective to implement the FCAW welding process with pulsed current. For this purpose, the influence of nozzle distance (DBCP) on two levels (19 and 24 mm) and droplet diameter (Dg) size were analyzed according to the following criteria: Droplet diameter equal to the diameter of the electrode wire (Dg = De), droplet diameter less than the diameter of the electrode wire (Dg <De) and, finally, droplet diameter larger than the diameter of the electrode wire (Dg> De), without changind the deposition rate. The analysis of the results showed that the experimental methodology used is effective to determine the pulsed current variables for the E71T-1M rutile tubular wire. Thus, it was possible to produce weld beads with good surface and morphological appearance, as well as good arc stability (without weld spatter) when using a 24 mm of distance from the nozzle to the workpiece (DBCP) and smaller droplet diameter (Dg) than the diameter of the electrode-wire (De). Moreover, when using DBCP of 24 mm, a significant variation in the welding energy was observed when different droplet diameters were used. About that, with Dg>De was obtained 9,0 kJ/cm and for Dg<De 12.6 kJ/cm. This represents an increase of about 40% when droplet diameters smaller than the electrode diameter (Dg <De) are used.

Resumo Apesar de muito comum em diversos processos de soldagem, não se encontra nas aplicações industriais, tampouco na literatura especializada, qualquer referência ao uso do movimento de oscilação transversal do eletrodo na soldagem a arco submerso. Em vista disso, neste trabalho foi realizada uma investigação quanto ao emprego da técnica de tecimento no processo SAW. Para tanto, foram realizados ensaios de soldagem com amplitudes de tecimento (triangular) entre 0 e 30 mm para três níveis diferentes de energia de soldagem e avaliadas a penetração, largura, reforço, área do reforço e da área fundida dos cordões de solda obtidos, além da estabilidade do processo. Como resultado, verificou-se que, além de perfeitamente viável, a aplicação da citada técnica no processo SAW resultou em maior eficiência de fusão no processo, sem, entretanto, acarretar em instabilidades no processo ou problemas relacionados à inclusão de escória.

Abstract Although very common in many welding processes, there is no reference in the industrial applications, nor in the specialized literature, to the use of transverse oscillation movement of the electrode in submerged arc welding. In view of this, in this work an investigation was made regarding the use of the weaving technique in the SAW process. Therefore, welding tests with amplitudes of weaving (triangular) between 0 and 30 mm were carried out for three different levels of welding energy and the penetration, width, reinforcement, reinforcement area and melt area of the weld beads obtained were evaluated, besides the stability of the process. As a result, it was found that, in addition to being perfectly feasible, the application of cited technique in the SAW resulted in higher process melt efficiency, without, however, process instabilities or problems related to the inclusion of slag.

Resumo Equipamentos que permitem o registro de imagens são importantes ferramentas no estudo dos processos de soldagem. Contudo, câmeras de alta velocidade que permitem a captura de imagens do arco voltaico e dos fenômenos envolvidos, a exemplo da transferência metálica, são limitadas devido ao seu alto custo. Tendo em visto a utilização de câmeras de baixo custo relativo, o presente estudo tem por objetivo avaliar os efeitos dos parâmetros de exposição no registro do arco voltaico, sendo este, semelhante ao que se observa através da máscara de soldagem. Logo, analisou-se os efeitos da abertura do diafragma, tempo de exposição e sensibilidade ISO. Além destes parâmetros, foram empregados filtros na lente da câmera a fim de melhorar a qualidade das imagens. Por fim, aplicou-se o conhecimento adquirido no registro do processo TIG com alimentação de arame frio, sendo possível a visualização das gotas sendo transferidas bem como da poça de fusão.

Abstract Equipment that allows images recording are important tools in study of welding processes. However, high-speed cameras that allow capture of arc images and phenomena involved, such as metal transfer, are limited due to their high cost. Considering use of low cost cameras, the present study has the objective of evaluating the effects of exposure parameters on the arc recording, which is similar to that observed through the welding mask. Therefore, the effects of diaphragm aperture, shutter speed and ISO sensitivity were analyzed. In addition to these parameters, filters were used on the camera lens in order to improve the quality of the images. Finally, the knowledge acquired in the TIG process registration with cold wire feed was applied, being possible to visualize the droplets being transferred as well as the weld pool.

RESUMO Este trabalho tem como objetivo realizar a caracterização de cordões de solda obtidos por soldagem a arco submerso empregando corrente pulsada em frequências ultrassônicas (acima de 20 kHz). Para tanto, foram realizadas soldas em chapas de aço carbono ASTM A36, variando-se a corrente e a frequência de pulsação ultrassônica em 25 e 50 A e 20, 50 e 80 kHz, respectivamente. Foram realizadas análises de microscopia óptica e eletrônica de varredura, além de ensaios mecânicos de microdureza Vickers e Charpy. Como resultado, foi verificado que o emprego da pulsação ultrassônica da corrente resulta no aparecimento de placas laterais de ferrita Widmanstatten secundária na zona fundida, enquanto que na ZAC-GG, além do surgimento desta microestrutura houve o crescimento de grão conforme o aumento da frequência de pulsação ultrassônica. Em relação aos resultados dos ensaios Charpy, à temperatura ambiente a energia absorvida ao impacto foi crescente conforme o aumento da amplitude da corrente e frequência de pulsação ultrassônica, enquanto que para a temperatura subzero esse nível crescente de energia absorvida média foi perceptível apenas para a amplitude de 25 A. Estes resultados reforçam a hipótese de que o crescimento de grão pode ser devido ao resfriamento mais lento da solda, enquanto que a mudança microestrutural observada, ao efeito de propagação da energia ultrassônica no material.

ABSTRACT This study aims to characterize the welds obtained by submerged arc welding using pulsed current in ultrasonic frequencies (above 20 kHz). To this end, welds were made on ASTM A36 carbon steel plates, varying the current and the frequency of the ultrasonic pulse in 25 to 50 A and 20, 50 and 80 kHz, respectively. Optical and scanning electron microscopy analysis were performed, as well as mechanical tests of Vickers hardness and Charpy. As a result, it was found that the use of ultrasonic pulse of current results in the appearance of side plates of secondary Widmanstätten ferrite in the melt zone while the HAZ-GG, besides the emergence of this microstructure it was grain growth with increasing frequency ultrasonic pulse. Regarding the results of Charpy tests at room temperature the energy absorbed in the impact has been increasing with increasing current amplitude and frequency of the ultrasonic pulse, while for the subzero temperature this increased level of absorbed average energy was noticeable only to the extent of 25 A. These results reinforce the hypothesis that the grain growth may be due to the slower cooling of the weld, while the microstructural changes, may be related to the effect of ultrasonic energy in the material.

Resumo: O presente trabalho propõe investigar a aplicação da técnica de excitação ultrassônica do arco no processo SAW com o intuito de avaliar a influência dos principais parâmetros associados a pulsação da corrente, como a frequência e a amplitude da corrente de excitação ultrassônica, sobre os cordões de solda produzidos. Para tanto, foi montada uma bancada experimental constituída por duas fontes de energia: uma convencional de soldagem e outra capaz de pulsar a corrente em frequências ultrassônicas. Durante a realização dos ensaios foram empregadas duas amplitudes de corrente de excitação ultrassônica, 25 A e 50 A, cada qual em três frequências de pulsação diferentes, 20 kHz, 50 kHz e 80 kHz. A partir de macrografias foram realizadas análises dimensionais dos cordões obtidos com foco na largura, penetração e área fundida, assim como a área da zona afetada pelo calor (ZAC). Como resultado, contrariando as informações disponíveis na literatura, não foi possível identificar alterações consideráveis na geometria do cordão de solda, assim como, na ZAC que pudessem ser atribuídas à pulsação da corrente nas frequências estudadas.

Abstract: This paper proposes an investigation of arc ultrasonic excitation technique in SAW process, in order to evaluate the main parameters influence associated with pulsed current on weld beads, such as the frequency and amplitude of ultrasonic excitation current. Therefore, an experimental bench was assembled, which consists of two power sources: a conventional welding source and another able to pulse current at ultrasonic frequencies. During the tests were employed two ultrasonic excitation current amplitudes, 25 A and 50 A, each one in three different pulse frequencies, 20 kHz, 50 kHz and 80 kHz. Macrographs of these welds are observed, and width, penetration, molten area and heat affected zone area (HAZ) are measured. As a result, contrary to the information available in literature, there were no significant changes in weld bead geometry, as well as in the HAZ, that could be attributed to the current excitation in studied frequencies.

Resumo Diversas forças atuam na soldagem MIG/MAG durante a transferência da gota fundida presente na extremidade do arame-eletrodo à poça de fusão, as quais variam de acordo com o modo de transferência adotado. No modo globular, o destacamento da gota ocorre quando a sua força peso supera a tensão superficial produzindo gotas maiores que provocam maior instabilidade durante sua transferência. Já no modo goticular, os altos valores de corrente intensificam a atuação da força de Lorentz. Esta força magnética proporciona o desprendimento da gota ainda em pequenas dimensões, resultando numa maior estabilidade. Entretanto, este modo de transferência caracteriza-se por um relativo grande aporte de energia, o que inviabiliza uniões de chapas finas ou fora de posição. Busca-se então neste trabalho, analisar a viabilidade da utilização de uma força magnética externa que auxilie o processo de destacamento da gota e propor um dispositivo para esta finalidade. O intuito é obter um modo de transferência semelhante ao goticular, porém, com baixos valores de corrente de soldagem sem, entretanto, a necessidade de emprego de fontes eletrônicas. Deste modo, espera-se obter uma maior estabilidade no processo aliada a uma menor quantidade de calor entregue a peça. Contudo, os resultados obtidos mostram a inviabilidade tecnológica quanto à utilização do dispositivo proposto, dada à necessidade de emprego de níveis de correntes extremamente elevados (da ordem de 100.000A) para sensibilizar a gota na ponta do eletrodo.

Abstract Several forces act in MIG/MAG welding during the transmission of the molten drop in the end of the wire electrode to the weld pool, which vary according to the transfer mode adopted. In the globular mode, the droplet detachment occurs when its weight overcomes the surface tension forces, thus producing larger droplets causing further instability during the transfer. In spray mode, the high current values intensify the action of Lorentz force. This magnetic force provides the detachment of the droplet even in small dimensions, resulting in increased stability. However, this transfer mode is characterized by a large power supply on, which prevents the union of thin or out of position sheets. This work analyzes the feasibility of using an external magnetic force to assist the drop detachment and propose a device for this purpose. The aim is to obtain a similar transfer mode to the spray, but in lower welding current values without the need of electronic sources. Thus, it is expected to achieve greater stability in the process combined to a smaller amount of heat delivered to the workpiece. Nevertheless, the results show the technological impossibility for the use of the proposed device, due to the need for extremely high current levels (around 100.000A) to sensitize the drop at the electrode tip.

Na última década a introdução de energia ultrassônica na soldagem a arco, com o intuito de aumentar o desempenho operacional dos processos de soldagem e de melhorar a qualidade das soldas resultantes, tem sido estudada intensamente. Em vista disso, neste trabalho é apresentada uma ampla revisão da literatura acerca da utilização desta técnica, que é aplicada fundamentalmente de duas formas. A primeira mediante a vibração (mecânica) ultrassônica de algum elemento pertencente ao conjunto de soldagem seja este o eletrodo, a peça de trabalho ou o material de adição, e a outra, que diz respeito à excitação ultrassônica do arco mediante a pulsação da corrente de soldagem em frequências acima de 20 kHz. Assim, são apresentados em detalhes os métodos de introdução do ultrassom nos processos de soldagem com eletrodo permanente e consumível, suas vantagens e limitações, e os ganhos em termos operacionais, como a estabilidade do arco e o aumento da penetração, e metalúrgicos, tais como refino de grão, homogeneidade da solda, melhoria das propriedades mecânicas e redução das zonas parcialmente diluídas. Por fim, são destacadas as potencialidades desses métodos na melhoria das propriedades da solda e na aplicação em materiais de baixa soldabilidade.

In the last decade the introduction of ultrasonic energy in arc welding, in order to increase the performance of welding processes and improve the quality of the welds has been studied intensively. In view of this, in this paper an extensive review of the literature concerning the use of this technique, which is applied mainly in two ways is presented. The first due to mechanical ultrasonic vibration of some element belonging to the welding set, such as the welding electrode, the workpiece or the filler material. The other one respect to the arc ultrasonic excitation due to pulsation of welding current at frequencies above 20 kHz. So, are presented in detail the methods of introduction of ultrasound in welding processes with permanent and consumable electrode, its advantages and limitations, and gains in operational terms, such as arc stability and increased penetration, and metallurgical, such as grain refining, weld homogeneity, improved mechanical properties and reduction of partially diluted zones. Finally, it highlighted the potential of these methods in the improvement of weld properties and application in low weldability materials.

Diante da importância da pressão de estagnação do arco na formação da poça de fusão ou de defeitos no cordão, e das dificuldades associadas à sua medição, devido, sobretudo, às elevadas temperaturas presentes no arco voltaico, neste trabalho foi realizado o desenvolvimento de um dispositivo destinado à medição dessa pressão e uma aplicação inicial com o objetivo de compreender melhor o comportamento da pressão exercida pelo arco voltaico sobre a superfície da poça de fusão. Este estudo contempla a realização de ensaios visando identificar a distribuição radial de pressão do arco, bem como a sua magnitude em função de algumas variáveis de soldagem, a saber: distância eletrodopeça e tamanho do bocal de gás. Os resultados indicam que a pressão de estagnação do arco é fortemente influenciada pela distância eletrodopeça e, em menor grau, pelo tamanho do bocal de gás, e sua distribuição radial pode ser descrita por uma curva gaussiana.

Considering the importance of the stagnation pressure of the arc in the formation of the weld pool or defects in the weld bead, and the difficulties associated with its measurement, mainly due to the high temperatures present in the arc, there was developed in this work a device designed to measure this pressure and an initial application in order to better understand the behavior of the pressure exerted by the arc on the surface of the weld pool. Experiments were realized in this study to identify the radial distribution of the stagnation pressure and its magnitude according to some welding variables, namely piece-electrode distance and size of the gas nozzle. The results indicate that the stagnation pressure of the arc is strongly influenced by the piece-electrode distance and to a lesser degree, the size of the gas nozzle and its radial distribution can be described by a Gaussian curve.

Na soldagem TIG pulsada a corrente varia entre dois níveis bem definidos de energia numa determinada frequência, sendo, portanto, necessário a regulagem de um conjunto de variáveis composto pela corrente de pulso, tempo de pulso, corrente de base, tempo de base, além da velocidade de soldagem. Entretanto, apesar de ser uma técnica tão amplamente difundida, na prática estas variáveis de soldagem muitas vezes são reguladas de forma arbitrária. Isto pode conduzir ao uso ineficiente da pulsação da corrente quando considerado o resultado final da solda, bem como nos aspectos de produtividade. Diante desta carência, este trabalho tem por objetivo apresentar um roteiro desenvolvido com o intuito de suprir a necessidade prática de se estabelecer critérios para auxiliar a determinação das variáveis da soldagem TIG pulsada, tomando como premissa a largura desejada para o cordão de solda final, a sobreposição entre os pontos de solda que compõem o cordão e a velocidade de soldagem. Por fim, é apresentada uma aplicação deste roteiro na soldagem "bead on plate" de chapas de aço inox com 1,2 mm de espessura.

In pulsed TIG welding the current varies between two well-defined energy levels in a given frequency being, therefore, necessary to the adjustment of a set of variables consisting of the peak current, peak time, background current, background time and the welding speed. However, despite being a technique so widespread, in practice these welding variables are often regulated arbitrarily. This can lead to inefficient use of the pulsed current regarding the end result of the weld as well as in the aspects of productivity. Given this shortage, this paper aims to present a roadmap developed in order to meet the practical need to establish criteria to assist in the determination of pulsed TIG welding variables, taking as its premise the desired width of the weld bead, overlap between the weld points comprising the weld bead and the welding speed. Finally, one application of this roadmap is presented in welding bead on plate of stainless steel plates with 1.2 mm thickness.