Resumo: Polímeros são materiais que possuem boa relação resistência peso, baixo custo relativo, boa processabilidade, sendo essas algumas das características que justificam seu uso em diversos setores, substituindo inclusive os materiais metálicos. Apesar da facilidade de processamento, a união de materiais poliméricos não se apresenta como trivial. Entre as dificuldades, a baixa temperatura de degradação, condutividade térmica e capacidade de difusão, são as mais relevantes, dificultando a produção em larga escala de peças maiores e mais complexas com esses materiais. Em meio aos diferentes processos utilizados na união de polímeros, a soldagem por fricção com pino não consumível (Friction Stir Welding) tem se destacado como um dos mais recentes e promissores. Esse processo se baseia na inserção de um pino em rotação no material, que promove a mistura e aquecimento da região de soldagem devido ao atrito proporcionado, propiciando uma soldagem no estado sólido, sem a geração de fumos ou respingo. Nesse trabalho foi realizado um levantamento do estado da arte da soldagem FSW de polímeros termoplásticos. Buscou-se levantar a influência da ferramenta e dos principais parâmetros de processos sobre as soldas produzidas em diferentes tipos materiais pertencentes a essa classe tentando estabelecer correlação com suas propriedades.

Abstract: Polymers are materials that have good weight-to-strength ratio, low relative costs and good processability, justifying its uses in a lot of applications, even replacing metallic materials. Despite its good processability, it’s not trivial to join polymeric materials. Polymers low degradation temperature, low thermal conductivity, and low diffusion capacity are major obstacles to produce bigger and more complex parts on a large scale. Among all polymeric joining methods, one of the most promising is Friction Stir Welding (FSW). This process works by the insertion of a rotation probe inside the material, promoting heating and mixing of the welding area by its friction, leading to a solid state welding, without gases or splashes. This paper brings the state of art of Friction Stir Welding of thermoplastics and aims to relate the tools and parameters influence in the welding of different polymers and its resulting properties.

Resumo: A adição de nióbio ou vanádio favorece a formação de microestruturas homogêneas, aumenta a resistência mecânica e a tenacidade dos aços. No entanto, a adição desses elementos de liga pode afetar negativamente o valor do Pcm (material parameter) o que pode levar a efeitos deletérios sob certas condições de soldagem. Dessa maneira, foram realizados testes em barras de um novo tipo de aço microligado com 0,2%C, pelo processo GTAW (Gas-shielded Tungsten Arc Welding). Os resultados indicam a região de grãos grosseiros da ZTA como sendo o local de maior criticidade durante a soldagem. Isso devido à presença de grãos com crescimento anormal (>100 µm), alcançando uma média superior a 4 vezes a do metal base, ou a presença de microestruturas de alta dureza. Em contrapartida, os resultados não indicam a redução de dureza em nenhuma região da ZTA, mostrando uma vantagem desses materiais.

Abstract: Niobium or vanadium addition provides homogeneous microstructures formation, strengthening and toughness improvement in steels. However, alloying elements increase can negatively affect Pcm (material parameter) value, which can lead to deleterious effects under welding conditions. Thus, welding trials were carried out on a novel microalloyed steel with 0.2%C by autogenous GTAW (Gas-Shielded Tungsten Arc Welding) process. The results indicate that coarse grains region of heat affected zone (CGHAZ) is the most critical area. This was due abnormal grains size (>100µm), achieving more than 4 times the average size of base metal (BM) grains, or the presence of high hardness microstructures. In addition, the results do not indicate softness in any region of HAZ, proving to be an advantage of these materials.

Resumo: O aço inoxidável martensítico fundido CA6NM é empregado na construção e reparação de rotores e sua escolha ocorre devido ao custo de fabricação e ao desempenho em operação. Tanto na construção quanto no reparo destes é empregado um metal de solda similar no processo de soldagem, contendo 13% de cromo, 4% de níquel e 0,4% de molibdênio, com teores de carbono inferiores a 0,04%. Por meio do emprego do tratamento térmico de revenimento de duplo estágio, é possível obter melhorias quanto à tenacidade, devido principalmente à formação de austenita retida na microestrutura. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da temperatura e tempo deste tratamento sobre a microestrutura e tenacidade do metal de solda. Foram analisadas cinco diferentes condições (580 °C/2h, 620 °C/2h, 650 °C/2h, 620 °C/2h+580 °C/4h e 650 °C/2h+580 °C/4h), além de como soldado. Em todas as condições analisadas formou-se austenita retida, porém, os maiores teores foram encontrados nos tratamentos térmicos de duplo estágio. A tenacidade foi avaliada por meio do ensaio Charpy com entalhe em V e os valores de energia absorvida obtidos para o metal de solda apresentaram relação diretamente proporcional à porcentagem de austenita retida encontrada e, para a dureza Vickers, essa relação foi inversa. Tratamentos térmicos com a utilização de mais energia (650 °C/2h+580 °C/4h) levaram a maior formação de austenita retida, enquanto que para o de menor energia (580 °C/2h) foi obtido menor teor austenita retida e menor valor de tenacidade.

Abstract: The cast martensitic stainless steel CA6NM is used in the construction and repair of rotors and its choice occurs due to the cost of manufacture and the performance in operation. Both in the construction and in the repair of these, a similar welding metal is used in the welding process, containing 13% chromium, 4% nickel and 0.4% molybdenum, with carbon contents below 0.04%. Through the use of double-stage tempering heat treatment, it is possible to obtain improvements in toughness, mainly due to the formation of austenite retained in the microstructure. The aim of this study was to evaluate the effect of temperature and time of this treatment on the microstructure and toughness of the weld metal. Five different conditions were analyzed (580 °C/2h, 620 °C/2h, 650 °C/2h, 620 °C/2h+580 °C/4h and 650 °C/2h+580 °C/4h), in addition to of as a soldier. In all conditions analyzed, retained austenite was formed, however, the highest levels were found in double-stage heat treatments. The toughness was evaluated using the V-notch Charpy test and the absorbed energy values obtained for the weld metal showed a relationship directly proportional to the percentage of retained austenite found and, for Vickers hardness, this relationship was inverse. Heat treatments with the use of more energy (650 °C/2h+580 °C/4h) led to a higher formation of retained austenite, while for the lesser energy (580 °C/2h) less retained austenite content was obtained and lowest tenacity value.

Resumo Não há na literatura registros de estudos com o objetivo de desenvolver e avaliar o desempenho de arames tubulares com uma base de formulação celulósica para aplicações em campo sem a necessidade de emprego de gases de proteção. O objetivo deste trabalho foi produzir arames tubulares desta classe com adições de polímero para avaliar sua influência sobre a estabilidade do processo e propriedades do metal de solda. A avaliação dos arames demonstrou a viabilidade de produção dos consumíveis em escala piloto. Os metais de solda depositados pelos arames sem e com 7,5% de polímero apresentaram composição química comparável aos eletrodos revestidos celulósicos que serviram como fórmula base. Por sua vez, o arame tubular produzido com 15% de polímero apresentou redução significativa nos teores de C, Si e Mn. O hidrogênio difusível do metal de solda não apresentou alterações significativas para as fórmulas avaliadas. A macrografia dos cordões de solda não indicou presença de poros e as medidas de penetração apontaram um aumento desta em função da quantidade de polímero. A avaliação dos sinais elétricos demonstrou maior estabilidade na soldagem do arame tubular contendo maior quantidade de polímero.

Abstract There are no papers describing the development and evaluation of self shielded cellulosic cored wires for field welds applications. The paper objective was to produce this consumable with polymer additions and evaluate its effect on the process stability of weld metal produced by cellulosic flux cored. The evaluation of cored wires showed the feasibility to make them at pilot plant. The chemical composition of weld metal produced by wire without (0,0%) or with 7,5% polymer match the cellulosic covered electrode composition which was the base formula. On the other hand, the 15% polymer cored wire presented in comparison with to the others consumables, substantial carbon, silicon and manganese content reduction. Evaluating the weld metal diffusible hydrogen content cannot be observed a variation as a function of polymer content. The weld bead macrographic analysis does not indicate porosity and the penetration improved as a consequence of polymer increasing. The electrical signal evaluation showed more arc stability as a result of polymer content increasing.

ResumoEstudos mostraram que o emprego de polímero como aglomerante em eletrodos revestidos básicos produz metais de solda com microestrutura diferenciada com elevadas frações volumétricas de ferrita acicular. Entre as causas apontadas para esse comportamento estão as alterações na atmosfera protetora e no modo de transferência metálica. Para investigar o efeito do polímero sobre a transferência metálica foi realizado o monitoramento da tensão e filmagens em alta velocidade durante a soldagem com eletrodos classe E7018 e aglomerados com polímero empregando diferentes intensidades de corrente. Pontas de eletrodos coletadas após a interrupção abrupta da soldagem foram submetidas a análise através de técnicas metalográficas. Independentemente da corrente empregada durante a soldagem foi observada uma menor frequência de curtos circuitos para o eletrodo com polímero. Para este consumível foi observado ainda a redução da frequência de curtos com o aumento da corrente de soldagem. Em inúmeros eventos caracterizados como sendo curtos circuitos pelos oscilogramas de tensão gerados na soldagem do eletrodo com polímero houve transferência sem a interrupção do arco elétrico. Notou-se, pelo ângulo entre a gota formada e o cone de revestimento, que o emprego do polímero intensificou o jato de plasma. Adicionalmente, o fenômeno de estrangulamento da gota formada observado na soldagem com este eletrodo, indica alterações na tensão superficial e força eletromagnética.

AbstractStudies have shown that when used as binders for basic covered electrodes, polymers produce a weld metal microstructure with a high acicular ferrite content. The reasons identified for this behavior include changes in the shielding atmosphere and metal transfer mode. To investigate the effect of polymers on metal transfer, voltage oscillograms and high-speed films were recorded during welding with standard-binder and polymer-binder E7018 electrodes using different welding currents. Electrodes tips collected after the arc had been abruptly interrupted were examined metallographically. For electrodes with a polymer binder, the short-circuit frequency was lower regardless of the welding current used and decreased as welding current increased. In many events characterized as short circuits in the voltage oscillograms for polymer-binder electrodes, metal transfer in fact occurred without any arc interruption. The angle between the outer edge of the metal drop and the inner edge of the coating crater showed that the polymer increased the intensity of the plasma jet, and the pinch effect observed during welding using the polymer-binder electrode indicated that there were changes in surface tension and electromagnetic force.

Metais de solda produzidos por eletrodos revestidos básicos aglomerados com politetrafluoretileno (PTFE) têm apresentado baixíssimos teores de hidrogênio difusível e elevadas frações volumétricas de ferrita acicular. Esse estudo investigou o papel desempenhado pelo polímero na formação de tal constituinte. A microestrutura produzida por consumíveis contendo esse componente apresentou quantidades de ferrita acicular consideravelmente superiores à prevista na literatura para um metal de solda com os mesmos teores de carbono, silício e manganês. Tal diferença não pode ser atribuída a variações nos parâmetros de soldagem empregados. A análise dos elementos químicos residuais apontou o nitrogênio como sendo o principal responsável pelas discrepâncias observadas na microestrutura. O estudo das características operacionais de eletrodos classe E7018 tradicionais e aglomerados com polímero mostrou que a menor absorção de nitrogênio pelo metal de solda se deve a dois fatores principais. Medidas do teor de nitrogênio dissolvido das gotas coletadas durante a soldagem do eletrodo aglomerado com polímero demonstrou uma atmosfera protetora mais efetiva. O teor de carbono presente no metal de solda obtido pela soldagem do eletrodo com polímero apontou para uma atmosfera rica nesse elemento. Tal característica é coerente com a hipótese de uma melhor proteção gasosa. O tamanho médio das gotas coletadas, teor de nitrogênio dissolvido em função do tamanho e os oscilogramas de tensão indicaram alterações no modo de transferência metálica.

Weld metals obtained from covered electrodes agglomerated with polytetrafluorethylene (PTFE) presented ultra low diffusible hydrogen content and appreciate quantities of acicular ferrite. This paper investigated the polymer influence on its constituent formation. The microstructure produced by consumables containing this component presented acicular ferrite quantities higher than expected on the literature for weld metals with same carbon, silicon and manganese content. This difference could not be related to welding parameters employed. The residual chemical elements evaluation indicated nitrogen as the main responsible by the microstructural variances observed. The operational characteristics of classic E7018 and polymer agglomerated electrodes showed the less weld metal nitrogen absorption must be associated to two main factors. The dissolved nitrogen of the metallic drops collected during the polymer agglomerated electrode welding showed most effective shielding atmosphere. The carbon content of polymer agglomerated electrode indicated an atmosphere rich on its element. This is in accordance with a best shielding process hypothesis. The metallic drops average size, dissolved nitrogen content as a function of size and voltage oscillograms indicated metallic transfer mode changes.