Abstract Numerous GMAW processes have appeared for one-pass welding of medium to high thickness. This concept originated in the 1980s with the T.I.M.E. technique and the 1990s and 2000s saw the emergence of Rapid Arc, Rapid Melt and Buried Arc techniques. These processes did not include any special control features, but rather parameter combinations to improve bead geometry. A new interpretation of the factors that are critical to achieving high performance GMAW (penetration) is presented herein. Tests with a voltage controlled power source with inductance control and the Rapid Arc process were conducted on bead-on-plate for high speed videography. Later, validation tests were conducted on butt joints, with the technique developed, with and without groove on AISI 1020, 3/8” thick steel plates. The power source may be of voltage control but has to provide a dynamic response able to sustain a metastable equilibrium of the molten pool applying the semi-keyhole technique. The technique developed was able to weld, in a single pass, 3/8” thick butt joint steel plates. The results showed that a power source, to achieve the GMAW buried arc condition, only needs to provide dynamic characteristics able to maintain the molten pool in a metastable equilibrium.

Resumo Atualmente, no cenário brasileiro de óleo e gás a execução dos processos de soldagem para aços inoxidáveis consiste em sua grande maioria de aplicações manuais, dificultando qualquer aumento de produtividade e repetibilidade dos processos. Portanto, a automação desta etapa permite grandes avanços com resultados mais confiáveis, menores custos relacionados à mão-de-obra e condições de saúde mais favoráveis para os soldadores. Com o objetivo de automatizar a soldagem GTAW em aplicações orbitais, testes experimentais foram realizados em tubos de aço inoxidável 304 L, posicionados na posição 5G de soldagem. As amostras foram soldadas pelo processo GTAW com alimentação dinâmica de arame, utilizando um manipulador robótico em 2 etapas de 180º na progressão vertical descendente. Os parâmetros de soldagem e a condição estável de soldagem obtidos foram discutidos e o comportamento da poça durante a soldagem do passe de raiz foi monitorado por videografia em HDR. Foi possível se alcançar alta velocidade de soldagem no passe de raiz, 50 cm/min com o modo keyhole. O movimento dinâmico do arame contribuiu para alcançar-se grande estabilidade do processo e robustez na soldagem de todos os passes, da raiz ao acabamento. As macrografias e ensaios de raio-x realizados na junta não indicaram a presença de descontinuidades como poros e falta de fusão.

Abstract Currently, in the Brazilian Oil and Gas scenario the execution of welding processes for stainless steel consists mostly of manual applications, rendering hard any increase in productivity and repeatability. Therefore, the automation of this step allows several advances such as more reliable results, lower costs and healthier condition for welders. With the aim of developing automation for GTAW welding of these applications, experimental tests were carried out in a 304L stainless steel pipe laid out at 5G position. The samples were orbitally welded by GTAW with dynamic wire feeding process, using a robotic manipulator in two steps of 180º in vertical down progression. The welding parameters and the stable condition obtained are discussed and the weld pool behavior during the root pass was online monitored by HDR (High Dynamic Range) videography. It was possible to reach high welding speed in the root pass, 50 cm/min in a keyhole mode. The wire dynamic movement contributed to reach great process stability and robustness for all joint passes, from root to finishing. The macrographs and x-ray analysis did not indicate discontinuities as porosity nor lack of fusion.

RESUMO Os aços inoxidáveis duplex (AID) são materiais que possuem excelente resistência mecânica e elevada resistência à corrosão em meios agressivos, fatores que contribuem para o seu emprego em larga escala nas indústrias de petróleo e de processos químicos. Estas propriedades são garantidas pela sua composição microestrutural com 50 % de fase ferrita e 50% de fase austenita em média, garantida pelas adições de elementos de liga balanceados e pela temperatura de solubilização. Em muitas aplicações o processo de soldagem é utilizado, sendo realizados ciclos térmicos no material durante o processo, que geram modificações microestruturais. Se o processo não for devidamente controlado podem ocorrer severas modificações da microestrutura característica do material e ainda causar precipitação de fases intermetálicas, que são danosas para as propriedades mecânicas e de resistência a corrosão dos AID. Portanto esse trabalho tem como objetivo fazer uma análise da região da ZAC de duas juntas de AID UNS 31803 soldadas pelo processo GMAW. A primeira junta foi soldada de acordo com a norma ISO 13847, onde a temperatura interpasse máxima deve ser de 150ºC, desta forma na (junta A) a temperatura interpasse foi mantida abaixo de 150ºC. Na segunda junta os passes foram executados de forma simultânea sem tempo para resfriamento entre os passes, sendo que a temperatura interpasse se manteve entre 250ºC - 300ºC (junta B), conforme registrado com termômetro de contato. Como resultado, observou-se na junta B uma ZAC mais extensa e presença de fases intermetálicas com maior tamanho quando comparado à junta A. Na realização da contagem de fases ferrita/austenita junto a zona afetada pelo calor (ZAC), foram encontrados para ambas as condições de soldagem uma porcentagem das fases semelhante, apresentando uma queda no percentual de austenita próxima a 10% em comparação com o material base.

ABSTRACT Duplex stainless steel (DSS) are materials with high mechanical strength and corrosion resistance in aggressive environments, the main requirements in chemical and petrochemical industry. These properties are assigned to its microstructural composition, which is around 50% ferrite and 50% austenite, based on balanced alloying elements and solubilization temperature. Generally, welding DSS applications involve thermal cycles, causing microstructure transformations. Therefore, welding processes must be properly controlled in order to reduce the occurrence of severe microstructural changes, as intermetallic phases, harmful to mechanical properties and corrosion resistance. The aim of this paper is to analyze a Heat Affected Zone (HAZ) on two DSS UNS 31803 welded joints resultant from GMAW process. The first one was welded according to standard ISO 13847, with inter-pass temperature up to 150ºC (joint A). The second one was welded through simultaneous passes, without cooling time, and inter-pass temperature range of 250ºC-300ºC (joint B), measured with contact thermometer. HAZ and intermetallic phases were larger in joint B than in joint A. Phase counting ferrite/austenite (δ/γ) was carried out in the HAZ, and detected similar percentage for both welded conditions, comparing these results with base metal composition, there is a 10% reduction in austenite phase.