Resumo: O objetivo deste trabalho é entender a influência da polaridade negativa no processo de soldagem MAG Polaridade Variável, em particular para aplicações de revestimento. Para isso foram escolhidos individualmente os parâmetros da polaridade negativa e analisados em relação à distorção angular da junta soldada, utilizando aço ao carbono como metal base e aço inoxidável como metal de adição. Foi aplicada a metodologia de superfície de resposta e o projeto de experimentos Box-Behnken no planejamento e execução do experimento, variando três fatores: tempo de corrente de base positiva, tempo de corrente negativa e corrente negativa, em três níveis cada um. Os três parâmetros principais avaliados apresentaram efeito significativo sobre a distorção angular. O menor valor de distorção angular foi obtido para o tempo da corrente de base positiva (15 ms), tempo de corrente negativa (15 ms) e intensidade de corrente negativa (-50 A). Todos eles apresentaram efeitos significativos no resultado final, responsável pelo menor valor de distorção angular, aproximadamente 0,02748 rad. Posteriormente, foi realizada a validação do modelo matemático para o alvo de menor valor da distorção angular estimado, o erro (%) entre os resultados da distorção angular estimada mediante a equação de regressão e o experimento foi de 3,65%

Abstract: It is intended to understand the influence of negative polarity on MAG variable polarity manufacturing process, in particular for coating applications, for that the negative polarity parameters were chosen individually and evaluated according to the angular distortion of the welded joint using carbon as base metal and stainless steel as filler metal. The response surface methodology and the Box-Behnken design of experiments were applied in the design and execution of the experiment varying three factors: base current time, negative current time and negative current, in three levels each. The three main parameters evaluated had a significant effect on angular distortion. The lowest angular distortion value was obtained with a positive base current time of 15 ms, negative current time of 15 ms and negative current intensity of -50 A. All of which had significant effects on the final result, responsible for the lowest angle of distortion of approximately 0,02748 rad. Subsequently, a validation of the mathematical model was performed with the lowest estimated angular distortion value. The error (%) between the estimated angular distortion through the regression equation and the experiment was 3.65%.

Resumo Este trabalho utilizou metodologia proposta por teorias de Projeto de Experimentos para quantificar o efeito da energia de soldagem, espessura da aba e espessura da alma na distorção angular em juntas de filete soldadas pelo processo MIG/MAG com modo de transferência curto-circuito. A Análise de Variância identificou como significativos o efeito da energia de soldagem, da espessura da aba e a interação dos fatores energia de soldagem e espessura da aba. Observou-se menores distorções para a combinação de maior energia de soldagem e menor espessura de aba, e para menor energia de soldagem e maior espessura de aba. Adicionalmente, demonstrou-se que o gradiente de temperatura na aba da junta não determina a máxima distorção angular, e sim a máxima temperatura atingida na superfície inferior da aba, com máxima distorção angular obtida para temperatura atingida de 425 °C em ponto na superfície inferior da aba e paralelo à margem do cordão.

Abstract This work uses a methodology proposed by Experimental Design theories to quantify the effect of heat input, flange thickness and web thickness on angular distortion in welded T- joints by the MIG / MAG process with short-circuit transfer mode. The analysis of Variance identified as significant the effect of the heat input, the thickness of the flange and the interaction of the factors of heat input and thickness of the flange. Minimum distortions were observed for the combination of higher heat input and lower flange thickness, and for lower heat input and higher flange thickness. Additionally, it was demonstrated that the temperature gradient in the flange does not determine the maximum angular distortion, but the maximum temperature reached in the lower surface of the flange, with maximum angular distortion obtained for a temperature reached of 425 °C in point in the lower surface of the flange and parallel to the edge of the weld bead.

Resumo Este trabalho tem como objetivo a investigação dos efeitos dos parâmetros da polaridade negativa da curva de corrente no resultado da diluição dos cordões de solda no processo de soldagem MIG/MAG polaridade variável, visando buscar um conjunto de parâmetros que ofereça uma menor diluição, os quais são fundamentais para soldagem para revestimento. Através de um projeto de experimentos Box-Behnken com três fatores de controle (corrente negativa, tempo de corrente negativa e tempo de corrente de base), variando em três níveis cada um, foram depositados cordões de solda em aço inoxidável sobre aço ao carbono. Para esse processo foi atingido valores de diluição de 12% a 15%, ideais para soldagem para revestimento. Foi verificado a significância do tempo de corrente negativa nos resultados da diluição, mostrando a oportunidade de utilização polaridade negativa no processo de soldagem MIG/MAG aplicado para revestimento.

Abstract This article aims to investigate the effects of the negative polarity parameters of the current curve on the result of the dilution of the weld beads in the MIG / MAG variable polarity welding process, targeting to find a set of parameters that offer a lower dilution, which is fundamental for welding for cladding. Through a design of experiments Box-Behnken with three control factors (negative current, negative current time and base current time) varying in three levels each, stainless steel weld beads were deposited on carbon steel. For this process, dilution values of 12% to 15% were achieved, ideal values for cladding welding. The significance of the negative current time in the dilution results was verified, showing the possibility of using negative polarity in the MIG/MAG welding process applied to the cladding.

Resumo: O principal objetivo do presente trabalho é analisar a influência da vazão de água e da geometria na entrada de um calorímetro de fluxo contínuo sobre a eficiência térmica do arco. O procedimento experimental consiste em testar diferentes vazões de água e três configurações geométricas na região de entrada de água no calorímetro: com rolha reta, com difusor cônico e com obstáculo. Os experimentos foram planejados e os resultados avaliados com base na análise de variância estatística de um único fator, no caso, a vazão de água na entrada do calorímetro. Os cordões de solda foram depositados através do processo Gas Metal Arc Welding – GMAW, sobre tubos de aço baixo carbono, usando os mesmos parâmetros e tempo de soldagem. A maior eficiência térmica média de 80,5% foi obtida para a vazão de 4 l/min, com baixo erro estatístico, utilizando rolha de entrada com geometria de difusor cônico, sendo que para vazões menores ou maiores ocorreu diminuição nos valores da eficiência medida. O modelo em que o fluxo entra diretamente no tubo apresentou todos os valores de eficiência térmica do arco com pequeno decréscimo numérico se comparados com o difusor cônico, enquanto a rolha com obstáculo apresentou elevado erro estatístico.

Abstract: The main aim of the present work is to analyze the influence of water flow rate and inlet geometry on the arc thermal efficiency of a continuous water flow calorimeter. The experimental procedure consists of varying water flow rate and testing three different calorimeter inlet seal geometries: straight seal, conical diffuser seal and seal with water flux obstacle. The experiments were designed and the results evaluated based in a one-factor statistical analysis of variance, in this case the inlet calorimeter water flow. The welding beads were deposited on low carbon steel pipes by Gas Metal Arc Welding – GMAW process, using the same parameters and welding time. The highest average thermal efficiency is 80.5% to water flow of 4 l/min, with a low statistical error, using the conical diffuser seal inlet geometry, whereas for smaller or higher flow rates the measured efficiency values were lower. The inlet with straight seal model shown all the arc thermal efficiency values with slightly lower numerical values compared with conical diffuser, while the seal with flux obstacle exhibited high statistical error.

Resumo A introdução dos aços fabricados por processamento termomecânico controlado (TMCP) demandou maiores propriedades mecânicas e metalúrgicas das juntas soldadas sobre eles produzidas. Em função desses fatores, a energia de soldagem é estritamente limitada, e para evitar uma eventual redução da resistência mecânica da zona afetada pelo calor (ZAC), é necessário testar os procedimentos de soldagem próximos daqueles que serão usados na estrutura real. Desta forma, o objetivo deste estudo é obter dados detalhados referentes à eficiência mecânica de juntas soldadas pelo processo MAG e com diferentes energias de soldagem, sobre perfis tubulares quadrados em aço TMCP, formando um conjunto soldado coluna/viga. Portanto, seis distintas energias de soldagem e dois metais de adição foram utilizados (AWS ER80S-G e AWS ER120S-G), com as soldas posicionadas em todo o contorno do perfil. As doze estruturas soldadas foram instrumentadas e submetidas à flexão simples. Comparando-se as juntas soldadas produzidas com mesma energia de soldagem, e apesar dos efeitos similares sobre a zona afetada pelo calor (ZAC), aquelas fabricadas com o consumível AWS ER120S-G apresentaram maior resistência mecânica.

Abstract The introduction of steels made by thermomechanical controlled processing (TMCP) demanded higher mechanical and metallurgical properties of the welded joints produced on them. Given these factors, the heat input is strictly limited, and to avoid any reduction in the mechanical strength of the heat affected zone (HAZ), it is required to test welding procedures close to those that will be used in the actual structure. Therefore, the aim of this study is to obtain detailed data on the mechanical efficiency of welded joints by GMAW process and different heat inputs, on square tubular profiles in TMCP steel, disposed as a column/beam weldment. So, six different heat inputs and two filler metals were used (AWS ER80S-G and AWS ER120S-G), with welds located around the profile contour. The twelve welded structures were instrumented and subjected to simple bending. Comparing welded joints produced with same heat input, and despite similar effects on the heat affected zone (HAZ), those made with consumable AWS ER120S-G have shown higher mechanical strength.

Uma das principais razões para o desenvolvimento do aço API 5L-X80 foi seu uso em Regiões Polares, onde se faz necessário alta tenacidade em baixas temperaturas. Neste trabalho foi estudado o efeito da taxa de resfriamento na soldagem sobre as propriedades mecânicas e metalúrgicas deste tipo de aço. Estas diversas taxas de resfriamento simulam também diversas energias de soldagem. As diferentes taxas de resfriamento foram obtidas através de cinco distintos pré-aquecimentos. A temperatura de interpasse foi igual à temperatura de pré-aquecimento de cada uma das juntas em duplo V com face de raiz, sendo as soldagens robotizadas realizadas por arco elétrico com gás de proteção e eletrodo consumível (“Metal Active Gas” – MAG), arame maciço com resistência mecânica equivalente (“matching”) ao metal base e gás de proteção composto de 75% Ar e 25% CO2. Para análise das juntas soldadas foram utilizados microscópio de luz e microscópio eletrônico de varredura (MEV), bem como ensaios mecânicos de tração, dobramento, impacto (Charpy-V) e dureza (Vickers). Os resultados dos testes mecânicos foram satisfatórios e apresentaram correlação com as análises metalúrgicas. As juntas apresentaram alta resistência ao impacto (Charpy-V) em temperaturas de teste de até –40 °C.

One of the main reasons for the development of the API 5L-X80 steel was its utilization in Polar Areas where a relatively high toughness in low temperatures is needed. The present work aimed at studying the welding cooling rate effects on the mechanical and metallurgical properties of this type of steel. These various cooling rates also simulate various heat input’s. These different cooling rates were obtained through five distinct pre-heatings. The interpass temperature was the same of the pre-heating temperature presented by each one of the double V joints with root face; being the robotics weldings itself performed through gas metal arc welding (GMAW), using solid wire with matching mechanical resistance, and as a shielding gas a mixture of 75% Ar and 25% CO2. In order to analyze the welded joints, light microscope and scanning electron microscope (SEM) were utilized, as well as mechanical tests, such as tension, bending, impact (Charpy-V) and hardness (Vickers). The results of such mechanical tests were satisfactory and suitable correlated with the metallurgical analyses. The joint presented a high Charpy-V impact resistance in testing temperatures up to –40 °C.