Resumo Este trabalho foi desenvolvido visando auxiliar os profissionais de soldagem quanto as incertezas relacionadas às atividades de fabricação, montagem e manutenção de tubulações em plantas industriais no qual se refere à maneira adequada para a condução de atividades de qualificação de procedimentos de soldagem. Discorre sobre a metodologia de qualificação de procedimentos de soldagem de tubulações industriais conforme os parâmetros dos códigos ASME B31.3 (Tubulação de Processos), sobre trabalhos executados em tubulações de processos industriais e ASME BPV Code SECTION IX (Qualificação de Soldagem, Brasagem e Fusão), norma largamente empregada para a qualificação de operadores e procedimentos de soldagem. O enfoque desse estudo é uma abordagem interpretativa destas normas visando à aplicabilidade para a qualificação de procedimento de soldagem destinados à fabricação de tubulações industriais. A condução desta qualificação, em conformidade com as normas citadas, apresentou resultados bastante satisfatórios dos corpos-de-prova submetidos aos ensaios mecânicos de dobramentos e de resistência à tração. Esses resultados demonstraram a assertividade das variáveis de soldagem empregadas na qualificação a partir dos códigos utilizados. Viabiliza-se, ainda, possibilidades do emprego desse material como complemento e apoio didático nos currículos de engenharia – mais precisamente – nas disciplinas de processos de fabricação.

Abstract This work was developed to help welding professionals concerning the uncertainties related to the activities of manufacturing, assembly and maintenance of pipes in industrial plants in which it refers to the proper way to conduct activities to qualify welding procedures. It discusses about the methodology for the qualification of industrial tube welding procedures according to the parameters of the ASME B31.3 code (Processes Piping), about work performed on industrial process pipes and ASME BPV code SECTION IX (Welding, Brazing and Fusing Qualification), widely used for the qualification of welders and welding procedures. The purpose of this study is an interpretative approach of these codes aiming at the applicability of the qualification of welding procedure intended for the manufacture of industrial pipes. The conduction of this qualification, in accordance with the cited codes, presented quite satisfactory results of the specimens submitted to the mechanical bend and tensile strength tests. These results demonstrated the confidence of the welding variables used in the qualification from the codes used. It also makes possible the use of this material as a complement and didactic support in engineering curriculum - more precisely - in the disciplines of manufacturing processes.

Resumo Sabe-se que as velocidades de soldagem e rotacional, força axial, ângulo de inclinação e desenho da ferramenta são as principais variáveis de entrada independentes, que são utilizadas para controlar o processo de soldagem por atrito com pino não consumível, e que a taxa de geração de calor, taxa de resfriamento, força na direção de soldagem e o torque são as variáveis de resposta, que irão influenciar na evolução microestrutural e desempenho mecânico da junta soldada. Neste trabalho foi feito um estudo do comportamento destas variáveis visando o desenvolvimento de parâmetros para o aço API 5L X80 (ISO 3183 X80M). Para tanto, chapas com 12 mm de espessura, foram soldadas através de dois passes, utilizando ferramenta de nitreto de boro cúbico policristalino. Observou-se que, mantendo-se a velocidade de soldagem constante, o aumento da velocidade rotacional e /ou da força axial, tende a reduzir as forças reativas e o torque atuantes durante o processo pelo aumento da taxa de geração de calor. Por outro lado, mantendo-se essas variáveis constantes, o aumento da velocidade de soldagem tende a aumentar as forças e o torque, uma vez que para o aço, este parâmeto desempenha um papel significativo na taxa de geração de calor durante o processo.

Abstract It is known that welding and rotational speeds, axial force, the inclination angle, and the tool design are the main independent input variables which are used to control the process of friction stir welding, and the heat generation rate and cooling, force in the welding direction and torque are the response variables that will change the microstructural evolution and mechanical performance of the welded joint. In this work, the behavior of these input and response variables aiming the development of friction stir welding process applied to steel API 5L X80 (ISO 3183 X80M) steel were studied. For this purpose, plates with 12 mm thick were welded by two passes using polycrystalline cubic bore nitrite tool. It was observed that, while keeping the welding speed constant, an increase in spindle speed and /or axial force, tends to reduce the reactive forces and the torque acting during the process by increasing of the heat generation rate. Otherwise, keeping spindle speed and axial force constants, the welding speed rising the forces and torque, allowing the welding speed plays a significant role in the heat generation rate during the process.

Microstructural characterization of steels is normally performed using optical and scanning electron microscopy which allows identifying the most important phases and constituents in steels. Nevertheless, the microstructural complexity of some constituents during continuous cooling hinders the characterization of them; especially bainitic and martensitic microstructures provide rich morphology characteristics tough to solve properly. In this sense, atomic force microscopy was applied in order to provide complementary information to optical and scanning electronic microscopy in continuous cooling microstructural constituents of a low carbon and a Nb microalloyed low carbon steels. The samples were austenitized, some of them were quenched directly from austenitization temperature and others were cooling to Ar3 and Ar1 temperatures and then quenched. The samples quenched from austenitization temperature showed predominantly bainitic and martensitic microstructures, some microstructural characteristics were only elucidated with the combination between scanning electron microscopy and atomic force microscopy. On the other hand, the samples quenched from Ar3 temperature showed polygonal ferrite and martensite morphologies. Atomic force microscopy has also indicated the occurrence of bainitic ferrite. Concerning samples quenched from Ar1 temperature, the microstructure was essentially ferrite and fine perlite.

A descrição microestrutural de aços é feita frequentemente por meio das técnicas de microscopia óptica e eletrônica de varredura, que permitem identificar as principais fases e constituintes presentes. A complexidade microestrutural dos constituintes formados em maiores taxas de resfriamento, durante o resfriamento contínuo, dificulta a caracterização destes. Em especial, as microestruturas bainíticas e martensíticas fornecem características morfológicas de difícil visualização. A microscopia de força atômica foi usada visando complementar a microscopia óptica e eletrônica de varredura na descrição dos produtos do resfriamento contínuo de um aço baixo carbono com e sem adição de Nb. As amostras foram austenitizadas, algumas temperadas, enquanto outras resfriadas até Ar3 e Ar1 e, então, temperadas. A microscopia de força atômica permitiu determinar que, para ambos os aços, as amostras temperadas, a partir da temperatura de austenitização, apresentaram microestrutura predominantemente martensítica e bainítica. Por outro lado, as amostras interrompidas na Ar3 apresentaram ferrita poligonal e martensita e a formação de ferrita bainítica. Para as amostras temperadas a partir da Ar1, a microestrutura foi essencialmente ferrita e perlita fina.

A mesa suporte das peças a serem unidas normalmente se deforma durante o processo de soldagem por atrito com pino não consumível devido às altas cargas envolvidas. Consequentemente, a obtenção de juntas soldadas com penetração total, bem como a vida útil da amostra e da ferramenta podem ser afetadas, causando paradas não programadas e comprometendo a produtividade do processo e deslocando mão de obra para uma etapa de manutenção não prevista na cadeia do processo de soldagem. Este trabalho apresenta uma mesa de apoio com depósito cerâmico para o processamento e soldagem por atrito com pino não consumível. Para o desenvolvimento da mesa foram testados quatro depósitos cerâmicos, sob uma placa de aço, dos quais o de menor porosidade atingiu melhor desempenho. Essa mesa permitiu a realização de juntas soldadas com penetração completa de aços inoxidáveis duplex; resistir às altas cargas durante a soldagem de aços baixa liga alta resistência e realizar juntas dissimilares aço-alumínio, sem aderência do material mais macio à mesa suporte; bem como outras importantes características como confinar o calor e o metal plastificado, assim como determinar parâmetros de soldagem estáveis.

Usually, the workpiece is deformed during the friction stir welding, due to high applied loads. Consequently, fully and consolidated friction stir welded joints as well as tools life time can be affected promoting unscheduled manufacturing stops which favorites decreasing the welding productivity. Furthermore, the workforce is dislocated to not predicted maintenance steps. This work proposes the development of a special ceramic backing to joining and processing material using FSW technologies. Four ceramic deposits were tested over a steel plate , which allowed selecting those with less porosity and, thus, better strength. This backing allowed to obtain full penetration welds for duplex stainless steels, to resist high forces during engage for high strength low alloy steels and to obtain consolidated aluminum-steel dissimilar joints. For the last one, there was not adherence of the soft material in workpiece. In addition, the ceramic backing allowed confine the heat and plasticized metal, as well as developing established welding parameters.

Juntas soldadas por atrito com pino foram obtidas para o aço inoxidável duplex UNS S32205. Os lados de avanço e retrocesso da junta soldada evidenciaram diferentes características microestruturais, o lado de avanço apresentou um maior grau de refinamento de grãos, principal mecanismo de aumento de dureza. A caracterização microestrutural foi realizada através de microscopia ótica, eletrônica de varredura e de transmissão. A zona termomecanicamente afetada apresentou ilhas de austenita deformadas em matriz ferrítica. A zona misturada apresentou uma microestrutura fina completamente recristalizada, permitindo um impressionante aumento de dureza, na junta soldada associado a uma melhoria na resistência à corrosão. Avaliações por microscopia eletrônica de transmissão e ensaios de corrosão corroboraram para a ausência de fases secundárias deletérias na junta soldada.

UNS S32205 duplex stainless steel welds were performed by friction stir welding (FSW). Advancing and retreating sides showed distinct characteristics in the welded joint. The advancing side shows the strongest grain refinement which is corroborated by microhardness measurements. The microstructure characterization was carried out by optical, scanning and transmission electron microscopy. The thermomechanically affected zone displays austenite islands deformed in a ferrite matrix. The stir zone (SZ) showed a fine recrystallized microstructure providing an outstanding increase of hardness associated with better corrosion performance. Transmission electron microscopy and corrosion tests have corroborated the absence of intermetallic phases on welded joints.