Ablation laser femtoseconde de verres métalliques de Cu_x Zr_(1−x) : une étude par dynamique moléculaire

L’ablation laser de verres métalliques de CuxZr1−x (x = 0.33, 0.50 et 0.67) et d’un alliage métallique cristallin de CuZr2 dans la structure C11b a été étudiée par dynamique moléculaire (DM) combinée à un modèle à deux températures (TTM). Le seuil d’ablation (Fth) a été déterminé pour chacun des 4 échantillons et s'est avéré plus bas pour les échantillons plus riches en Cu étant donné que la cohésion du Cu est plus faible que celle du Zr dans tous les échantillons. Pour x=0.33, Fth est plus bas pour le cristal que pour l’amorphe car le couplage électron-phonon est plus faible dans ce dernier, ce qui implique que l’énergie est transférée plus lentement du système électronique vers le système ionique pour le a-CuZr2 que le c-CuZr2. La vitesse de l’onde de pression créée par l’impact du laser croît avec la fluence dans l’échantillon cristallin, contrairement aux échantillons amorphes dans lesquels sa vitesse moyenne est relativement constante avec la fluence. Ceci est expliqué par le fait que le module de cisaillement croît avec la pression pour le cristal, ce qui n’est pas le cas pour les verres métalliques étudiés. Finalement, la zone affectée par la chaleur (HAZ) a été étudiée via la profondeur de fusion et les déformations plastiques. La plus faible température de fusion des échantillons amorphes implique que la profondeur de fusion est plus importante dans ceux-ci que dans l’échantillon cristallin. Dans les verres métalliques, les déformations plastiques ont été identifiées sous forme de zones de transformation par cisaillement (STZ) qui diffusent et fusionnent à plus haute fluence. Aucune déformation plastique importante n’a été identifiée dans le c-CuZr2 mis à part de légères déformations près du front de fusion causées par les contraintes résiduelles. Ce travail a ainsi permis d’améliorer notre compréhension de l’ablation laser sur les verres métalliques et de l’étendue des dommages qu’elle peut entraîner.

Weldability of duplex stainless steel

Duplex stainless steels (DSSs) have many advantages due to the unique structural combination of ferrite and austenite grains. The structural change of these materials is very complex during welding, and it deteriorates the functional properties. This research investigates different welding processes such as laser beam, resistance, tungsten inert gas, friction stir, submerged arc, and plasma arc weldings considering the research available in the literature. The welding mechanism, change of material structure, and control parameters have been analyzed for every welding process. This analysis clearly shows that DSS melts in all most all welding processes, but the thermal cycle and maximum heat input are different. This difference affects the resulting structure and functional properties of the weld significantly.

The restoration of the passivity of stainless steel Weldments in pickling solutions observed using electrochemical and surface analytical methods

In this study, a solution containing ammonium fluoride (NH4F) and nitric acid (HNO3) was used as an alternative to the conventional highly toxic pickling solution HF/HNO3 for pickling weldments of selected stainless steels including Type 316 stainless steel (UNS S31600), duplex stainless steel 2205 (UNS S32205), and super duplex stainless steel 2507 (UNS S32750). Electrochemical and surface analytical methods were used to understand the effects of pickling on the stainless steel weldments. Cyclic potentiodynamic polarization (CPP) test results indicated that the restoration of passivity of stainless steel weldments could be achieved by pickling the weldments in both HF/HNO3 solution and NH4F/HNO3 solutions. Scanning electron microscopy observation of the UNS S32750 weldment surface revealed that both the HF/HNO3 solution and the NH4F/HNO3 solution could remove the heat tint on the weldment. X-ray photoelectron spectroscopy analysis indicated that treatment in these two pickling solutions produced passive films with similar characteristics. Thus, this work suggests that the NH4F/HNO3 solution is a promising alternative to HF/HNO3 solution for the pickling of stainless steel weldments, and that the CPP test approach can be used in conjunction with surface analytical methods for further development of safer and environmentally friendly picklingsolutions.

Repair Welding Effects on the Bending Fatigue Strength of AISI 4130 Aeronautical Steel used in a Critical to the Flight-Safety Structure

The aim of this study was to analyze the effect of successive TIG (tungsten inert gas) welding repairs on the reverse bending fatigue strength of AISI 4130 steel, which is widely used in components critical to the flight-safety. In order to simulate the abrupt maneuvers, wind bursts, motor vibration and helixes efforts, which generate cyclic bending loadings at the welded joints of a specific aircraft component called motor cradle, experimental reverse bending fatigue tests were carried out on specimens made from hot-rolled steel plate, 1.10 mm (0.043 in) thick, by mean of a SCHENK PWS equipment, with load ratio R = -1, under constant amplitude, at 30 Hz frequency and room temperature. It was observed that the bending fatigue strength decreases after the TIG (Tungsten Inert Gas) welding process application on AISI 4130 steel, with subsequent decrease due to re-welding sequence as well. Microstructural analyses and microhardness measurements on the base material, heat-affected zone (HAZ) and weld metal, as well as the effects of the weld bead geometry on the obtained results, have complemented this study.

Effects of several TIG weld repairs on the axial fatigue strength of AISI 4130 aeronautical steel-welded joints

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Considerations about the welding repair effects on the structural integrity of an airframe critical to the flight-safety

Structures critical to the flight-safety are commonly submitted to several maintenance repairs at the welded joints in order to prolong the in-service life of aircrafts. The aim of this study is to analyze the effects of Tungsten Inert Gas (TIG) welding repair on the structural integrity of the AISI 4130 aeronautical steel by means of experimental fatigue crack growth tests in base-material, heat-affected zone (HAZ) and weld metal. The tests were performed on hot-rolled steel plate specimens, 0.89 mm thick, with load ratio R = 0.1, constant amplitude, at 10 Hz frequency and room temperature. Increase of the fracture resistance was observed in the weld metal but decreasing in the HAZ after repair. The results were associated to microhardness and microstructural changes with the welding sequence. (C) 2010 Published by Elsevier Ltd.

Estudo das propriedades mecânicas de aços microligados produzidos por laminação controlada seguida de resfriamento acelerado para tubos API/DNV usado no projeto pré-sal

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo da microestrutura e da resistência à corrosão integranular em chapas soldadas de aços inoxidáveis austeníticos série 304L após goivagem ao arco elétrico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo do comportamento mecânico e microestrutural de um aço maraging após soldagem a laser e tratamentos térmicos

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Efeitos do pré-aquecimento e parâmetros de pulso sobre a microestrutura e propriedades mecânicas de solda em aço ARBL

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEB

Aplicação do processo laser CO2 de soldagem em aço ARBL na fabricação de rotores para máquinas elétricas

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Estudo do comportamento dos aços ferramentas soldados em fadiga

Sabendo-se que a fadiga é uma redução gradual da capacidade de carga do componente pela ruptura lenta e gradual do material. E que este defeito decorre do avanço infinitesimal de microtrincas, que se formam no interior do material, imperceptível a olho nu, como também é notório que a presença dos elementos de liga nos aços, propicia alterações nas propriedades metalurgias e mecânicas no material, aplicado à obra. Por outro lado, ao ser submetido a processamentos dos mais diversos, os mesmos, deformam nas zonas elásticas, plásticas e ao fim rompem-se. Ressaltando-se o objetivo deste estudo, destina se abordar as uniões soldadas, nos estágios em que ficam sujeitas a altas temperaturas e resfriam sem controle, até a temperatura ambiente. Ao fim, são solicitados por carregamentos cíclicos constantes ou alternados. Nesta particularidade, espera-se detectar mudanças estruturais profundas na Zona Termicamente Afetada – ZTA, em razão do superaquecimento sofrido, tanto na proximidade do ponto central da poça de fusão como na região localizada na vizinhança. Como não dispomos de parâmetros suficientes e necessários ao controle destas alterações, propomos analisar a ZTA da junta soldada, com a finalidade de avaliar o comportamento metalúrgico e suas implicações causadas pelas interações gás-metal. Analisar os efeitos resultantes do triangulo formado pelo material base aço AISI/SAE 4340, SAE 1020 chanfrados em V e o eletrodo revestido E-6013. A análise da estrutura será realizada pelas técnicas de ensaio metalográfico usando o método da microscopia óptica – MO o qual é de ampla difusão nas comunicações técnicas e cientificas, através das quais, distinguirão as transformações multifásicas. Transformações estas, distintas pelas transformações das austenitas diretas em martensitas sem passar pelas ferritas e perlitas. Com estas identidades, o metalógrafo pode caracterizar e predizer as reações futuras das estruturas mediante a análise das solicitações, a que possam estar submetidas. Para analisar o comportamento em fadiga dos materiais em questão, adota-se como parâmetro auxiliar, o ensaio do pêndulo de Charpy. Portanto, pelos resultados obtidos, conclui-se que as estruturas são comprometidas por tensões internas em conseqüência fragilizam, mas o procedimento de soldagem pode ser adotado, seguido de recozimento para alivio de tensões, se não fizer trincas.

Aspectos metalúrgicos de revestimentos em dutos depositados com a superliga de níquel ERNiCrMo-4 pelos processos MIG convencional e MIG com adição de arame frio

Este trabalho estuda o perfil metalúrgico de revestimentos em dutos depositados pelos processos MIG C e MIG AF. A indústria petroquímica, e outras que utilizam dutos como meio de transporte de seus insumos, depara-se com um grande desafio: como aumentar a vida útil desses dutos em um ambiente severo de trabalho. No caso específico da petroquímica, os dutos servem como meio de transporte para petróleo e gás, que são produtos extremamente agressivos às paredes internas desses tubos que sofrem degradação por corrosão causada, principalmente, pela composição química, pressão e temperatura desses produtos. Nesse contexto a soldagem de revestimentos realizada com ligas à base de Níquel, torna-se uma excelente opção para a construção, reparo e manutenção de equipamentos cuja aplicação seja voltada a ambientes severos de trabalho, tornando possível aperfeiçoar as características requeridas, como por exemplo, a resistência à corrosão. É nesse cenário que surge o mote para a realização desta pesquisa, baseada em trabalhos que indicam que o processo de soldagem MIG/MAG com o da adição de arame frio possui a finalidade de avaliar as características metalúrgicas do revestimento em dutos depositados pelo processo derivativo MIG convencional – MIG-C e MIG com adição de arame frio – MIG AF – utilizando a liga de Níquel ERNiCrMo-4 em dutos de aço carbono. As soldas foram depositadas em dutos de diâmetro de 228,6 mm, formando uma camada de revestimento interno de quatro passes, divididos em três segmentos da circunferência do duto, em três diferentes energias de soldagem: 1,1; 0,9 e 0,7 kJ/mm. Desses segmentos retiraram-se corpos de prova dos dutos para a produção das amostras. Após a metalografia, realizada nas amostras, seguiu-se com a análise e caracterização ao microscópio óptico, microscópio eletrônico de varredura e ensaio de microdureza. Os revestimentos apresentaram excelente qualidade superficial para todos os pacotes operacionais aplicados na obtenção das soldas. As análises das regiões estudadas: metal de base; zona parcialmente misturada e zona termicamente afetada, mostraram-se compatíveis com os da literatura estudada, tanto para o MIG com adição de arame frio, quanto para o convencional. Na ZTA, foram observados valores de Tungstênio em torno de 1,0%, o aumento dos níveis de dureza foi creditado a esse fato. Os resultados de microdureza indicaram que para ambos os casos, MIG C e MIG AF, nas 4 regiões analisadas ocorreram de maneira semelhante, sendo a região da ZTA a que apresentou maiores valores na faixa de 400 a 500 HV, enquanto que nas demais regiões a faixa ficou entre 250 a 350 HV. Os resultados indicam que o processo com arame frio, MIG AF, mostrou-se tão eficiente quanto o convencional, MIG C. A energia de soldagem aumentou a diluição de Fe no metal de solda. Precipitados ricos em Mo e Cr foram encontrados no metal de solda.

Caracterização mecânica e microestrutural do aço MARAGING 300, soldado a plasma e submetidas a reparos

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Effects of laser beam energy on the pulsed Nd:YAG laser welding of thin sheet corrosion resistant materials

The aim of this study was to value the possibility to join, for pulsed Nd:YAG laser welding, thin foils lap joints for sealing components in corrosive environment. Experimental investigations were carried out using a pulsed neodymium: yttrium aluminum garnet laser weld to examine the influence of the pulse energy in the characteristics of the weld fillet. The pulse energy was varied from 1.0 to 2.5 J at increments of 0.25 J with a 4 ms pulse duration. The base materials used for this study were AISI 316L stainless steel and Ni-based alloys foils with 100 mu m thickness. The welds were analyzed by electronic and optical microscopy, tensile shear tests and micro hardness. The results indicate that pulse energy control is of considerable importance to thin foil weld quality because it can generate good mechanical properties and reduce discontinuities in weld joints. The ultimate tensile strength of the welded joints increased at first and then decreased as the pulse energy increased. In all the specimens, fracture occurred in the top foil heat-affected zone next to the fusion line. The microhardness was almost uniform across the parent metal, HAZ and weld metal. A slight increase in the fusion zone and heat-affected zone compared to those measured in the base metal was observed. This is related to the microstructural refinement in the fusion zone, induced by rapid cooling of the laser welding. The process appeared to be very sensitive to the gap between couples.