Abstract This paper shows results of an investigation on the behavior of assemblies produced with welded fillet joints subjected to eccentric, quasi-static and “out-of-plane” structural impact loads. Therefore, weldments were manufactured, with one of the elements in “balance”, using ASTM A-36 and ASTM A-572 grade 50 structural steels, joined by the process of gas metal arc welding (GMAW or MAG). For the purpose of comparison, all weld beads were made with parameters kept constant and classes AWS ER70S-6 and AWS ER120S-G electrodes. Among the main results, it was observed that in tests with quasi-static loading, for both base metals, the parallel weld beads welded with AWS ER120S-G preheated to 150 °C withstood greater loads for shorter times, and the transverse weld beads withstand smaller loads for longer periods of time. Related to structural impact tests of ASTM A572 grade 50 base metal weldments, the parallel weld beads welded with electrode AWS ER70S-6, preheated to 150 °C, withstood near to 50% of the designed load. Fracture surfaces produced by structural impact loading of the weld beads with the AWS ER120S-G electrode were analyzed by scanning electron microscopy. Parallel weld beads produced fractures witch ductile characteristics, and perpendicular weld beads produced ductile fractures with cleavage planes.

Resumo Este artigo mostra resultados de uma investigação sobre o comportamento de conjuntos produzidos com juntas soldadas de filete, submetidos a carregamentos excêntricos, quase estáticos e de impacto estrutural “fora do plano”. Sendo assim, os conjuntos soldados foram fabricados, com um dos elementos em “balanço”, utilizando-se aços estruturais ASTM A-36 e ASTM A-572 grau 50, unidos pelo processo de soldagem a arco com proteção gasosa (MAG). Para fins de comparação, todas as soldagens foram realizadas com os parâmetros mantidos constantes e eletrodos classes AWS ER70S-6 e AWS ER120S-G. Dentre os principais resultados foi observado que nos ensaios com carregamento quase estático, para ambos os metais base, os cordões paralelos soldados com AWS ER120S-G pré-aquecidos a 150 °C suportaram maiores carregamentos por tempos menores, e os cordões transversais suportaram menores carregamentos por tempos maiores. Nos ensaios de impacto estrutural dos conjuntos soldados com metal base ASTM A572 grau 50, cordões paralelos soldados com eletrodo AWS ER70S-6, pré-aquecidos a 150 °C resistiram cerca de 50% da carga projetada. Superfícies de fratura produzidas pelo carregamento por impacto estrutural dos cordões soldados com eletrodo AWS ER120S-G foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura. Cordões de solda paralelos produziram fraturas com características dúcteis e cordões perpendiculares fraturas dúcteis com planos de clivagem.

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: Aços inoxidáveis martensíticos são largamente utilizados pela indústria cuteleira, especialmente para produtos que tem contato com alimento. Nesta aplicação algumas propriedades são importantes, como resistência à corrosão, tenacidade e retenção do fio – esta última fortemente influenciada pela limpeza do aço. No entanto, aços com tais propriedades tendem a ser caros e possuem baixa soldabilidade. O objetivo deste trabalho é desenvolver a união por brasagem entre os aços inoxidáveis martensíticos Uddeholm Elmax e DIN EN 1.4110, a fim de usar o Uddeholm Elmax apenas na região do fio, reduzindo custos. Uma pasta classificada como DIN EN ISO 3677 B-Ni60CrPSi-980/1040 foi utilizada como metal de adição. Os parâmetros testados foram: tempo de brasagem (5, 10 e 30 min) e temperatura de brasagem (1080, 1100 e 1120 °C). Os corpos de prova foram submetidos a ensaio de tração e analisados por microscópio óptico e MEV, além de medições de dureza e microdureza. Os maiores valores para o ensaio de tração foram encontrados nas amostras brasadas com tempo de 10 min e temperatura de 1120 °C. Foi possível brasar os materiais de acordo com o objetivo deste trabalho.

Abstract: Martensitic stainless steels are widely used in the cutlery industry especially for food contact products. In this application, some properties are important like the corrosion resistance, toughness and edge retention - the latter strongly influenced by the cleanliness of the steel. However, steels with such properties tend to be expensive materials and have low weldability. The aim of this work is to develop a brazed joint between martensitic stainless steels Uddeholm Elmax and DIN EN 1.4110 in order to use the Uddeholm Elmax only in the cutting edge, reducing costs. A paste classified as DIN EN ISO 3677 B-Ni60CrPSi-980/1040 was used as filler metal. The tested parameters were: dwell time (5, 10 and 30 min) and brazing temperature (1080, 1100 e 1120 °C). The samples were submitted to tensile test as well as light microscope and SEM analysis, in addition to hardness and microhardness measurements. The highest values for the tensile test were found for the 10 min and 1120 °C brazed samples. It was possible to braze the materials according the objective of this work.

Resumo Principalmente para países em desenvolvimento, não deveríamos analisar a tríade produtividade, competitividade e inovação somente considerando aspectos econômicos e/ou administrativos. É de suma importância incluir na investigação fatores específicos de cada país, tais como sequelas devido à forma que ocorreu a colonização, agressões contra o ambiente, posição geográfica, além de questões de ordem política e institucional, pois muitos deles ainda não alcançaram harmonia nestes quesitos.

Abstract Particularly for developing countries, we should not analyse the triad productivity, competitiveness and innovation only considering economics and/or administrative aspects. It is of paramount importance to include in the investigation specific factors of each country, such as sequels due to the way colonization occurred, aggressions against the environment, geographic position, besides questions of political and institutional order, for many of them have not yet achieved harmony in these issues.

Resumo Os efeitos do carregamento de impacto em membros estruturais como vigas não possuem um consenso em regras, códigos de projeto e padrões. Geralmente a análise é baseada em conceitos de fadiga ou estática e testes de energia absorvida no impacto ou tenacidade realizados em corpos de prova relativamente pequenos. Assim, o principal objetivo deste estudo foi comparar o comportamento teórico e experimental de vigas quando submetidas ao carregamento de impacto. Para tanto, oito vigas soldadas de aço (perfis “T” e “I”) foram engastadas (soldadas) em ambas extremidades e testadas. Para avaliar o desempenho de cada viga, foi medida a deflexão e dureza do metal de solda e alma da viga. Dentre outras conclusões, notou-se que metal base e metal de solda demonstraram comportamento similar, do ponto de vista de ductilidade.

Abstract Effects of impact loading on structural members like beams are still not a generalized concern in rules, codes and standards. Usually the analysis is based on static or fatigue concepts, and toughness or impact absorbed energy tests on relatively small specimens. So, the main aim of this study was to compare theoretical and experimental beams behaviour when subjected to impact loading. Therefore, eight structural welded steel beams (T- and I-profiles) were clamped (welded) on both ends and tested. To evaluate the performance of each beam, it was measured its deflection and hardness of weld metal and web. Among other facts, it was noticed that weld and base metals have shown similar behaviour as far as ductility is concerned.

Resumo Uma das finalidades do pré-aquecimento na soldagem é reduzir a taxa de resfriamento da junta a ser soldada, com consequente minimização da formação de fases frágeis. Esta prática é usualmente executada em uma região relativamente extensa entorno da junta, eventualmente causando alterações indevidas nas propriedades mecânicas e metalúrgicas do metal base, além de desperdiçar energia e tempo. Desta forma, neste trabalho foi utilizado um equipamento de aquecimento indutivo para aquecer localmente a zona a ser soldada, visando avaliar a microestrutura formada e o perfil de durezas encontrado para os parâmetros variados. A utilização do pré-aquecimento se mostrou efetiva na redução da taxa de resfriamento e consequentemente a proporção de fases frágeis e microdureza máxima das juntas.

Abstract One of the purposes of welding preheating is to decrease cooling rate of the joint to be welded, with consequent minimization of brittle phases formation. This practice is usually performed in a relatively large area around the joint, eventually causing undue changes in base metal mechanical and metallurgical properties, beyond to waste energy and time. Therefore, in this work an inductive heating equipment was used to locally heat the zone to be welded, aiming to evaluate the formed microstructure and the hardness profile found for the varied parameters. The use of preheating was effective in reducing cooling rates and consequently the proportion of brittle phases and maximum microhardness of the welded joint.

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.

O principal propósito deste artigo é demonstrar para os (as) engenheiros(as) projetistas e de soldagem, que numa estrutura de aço estrutural soldada a ductilidade possui importância equivalente ou ainda maior do que a resistência e a rigidez. Porém, o elevado nível requerido para a ductilidade não pode ser somente dos metais base e de solda. A análise tem que ser abrangente, envolvendo todos os componentes e também a estrutura completa.

The main purpose of this paper is to show for the designers and welding engineers, that in a welded structural steel structure ductility has equivalent or even bigger importance than strength or stiffness. However, the required high level for ductility cannot be only for base and weld metals. The analysis must be comprehensive, involving all components and also the whole structure.

O principal objetivo deste artigo foi apresentar um novo dispositivo para o processamento de materiais. Ele consiste em uma tocha de plasma híbrida, a qual é caracterizada pela formação simultânea de dois arcos plasma em apenas um dispositivo, gerando jato (de plasma) com elevada densidade de energia. A tocha foi submetida aos seguintes testes experimentais: de funcionamento para verificar possíveis problemas de projeto e seus limites de operação; de caracterização, consistindo em determinar o comprimento do jato de plasma; de sua viabilidade para processamento de materiais (soldagem e corte). Com base nestes testes iniciais, alguns problemas de isolamento elétrico e térmico foram encontrados e resolvidos. Quanto aos resultados dos testes de caracterização, os parâmetros de funcionamento da tocha de plasma híbrida apresentaram influência significativa sobre o comprimento do jato de plasma. Os resultados obtidos nos testes de processamento de materiais foram satisfatórios, ou seja, é possível realizar soldagem e corte com esta tocha de plasma híbrida.

The main aim of this paper was to present a new device for materials processing. It consist of a hybrid plasma torch which is characterized by the simultaneous formation of two plasma arcs in one device only, generating a (plasma) jet with high energy density. The torch was submitted to the following trials: of operation to identify possible design problems and its operational torch limits; of characterization, consisting in plasma jet length determination; and of viability for materials processing (welding and cutting). Based on these initial trials, some electrical and thermal insulation problems were found and solved. Concerning the results of the characterization trials, the hybrid plasma torch parameters had a significant influence over the plasma jet length. The results obtained in the materials processing trials were satisfactory, i.e., it is possible to carry out welding and cutting with this hybrid plasma torch.

O fim último da Tecnologia da Soldagem é a especificação da junta que será produzida. Isto inclui o seu dimensionamento, bem como a adequação de diversos fatores, tais como a tenacidade e outras propriedades mecânicas e metalúrgicas, o ambiente no qual ela está, além da sua finalidade. Porém, adicionalmente há uma nova tendência mundial ―através de Códigos, normas etc.― de considerar a especificação da junta soldada como fruto de complexas interações entre os fenômenos metalúrgicos, os aspectos relativos aos mecanismos das conexões e o comportamento mecânico de todos os materiais envolvidos. Apesar de neste artigo considerarmos como metais base os aços estruturais, não há absolutamente perda de generalidade e com esta relativamente nova perspectiva, deverão sofrer profundas mudanças o nível e a qualidade da informação usualmente acessível aos engenheiros de soldagem e aos projetistas de estruturas soldadas. Portanto, buscando alertar estes profissionais para os novos paradigmas, apresentaremos questões relativas ao projeto das estruturas soldadas (ou produzidas por brasagem), principalmente sob o ponto de vista do apoio que o engenheiro de soldagem pode oferecer ao projetista.

The paramount aim of Welding Technology is the specification of the joint that will be produced. This includes its dimensioning, as well as the suitability of many factors, such as toughness and other mechanical and metallurgical properties, the environment in which it is, besides its fitness for purpose. However, additionally there is a new world-wide trend ―through Codes, standards etc.― in to consider the welded joint specification as a result of complex interactions among the metallurgical phenomena, the aspects related to connections mechanisms and the mechanical behaviour of all materials involved. In despite of in this paper we consider structural steels as base metals, absolutely there is not lack of generality and with this relatively new outlook, it is expected that profound changes will occur in the level and quality of the information usually accessible to welding engineers and designers of welded structures. Therefore, aiming to caution those professionals to the new paradigms, we will pose questions related to the design of welded structures (or produced by brazing), mainly under the point of view of the support that the welding engineer can offer to the designer.