The development and validation of computational MHD techniques for the modelling of metal production processes

Magnetic fields are used in a number of processes related to the extraction of metals, production of alloys and the shaping of metal components. Computational techniques have an increasingly important role to play in the simulation of such processes, since it is often difficult or very costly to conduct experiments in the high temperature conditions encountered and the complex interaction of fluid flow, heat transfer and magnetic fields means simple analytic models are often far removed from reality. In this paper an overview of the computational activity at the University of Greenwich is given in this area, covering the past ten years. The overview is given from the point of view of the modeller and within the space limitations imposed by the format it covers the numerical methods used, attempts at validation against experiments or analytic procedures; it highlights successes, but also some failures. A broad range of models is covered in the review (and accompanying lecture), used to simulate (a) A-C field applications: induction melting, magnetic confinement and levitation, casting and (b) D-C field applications such as: arc welding and aluminium electroloysis. Most of these processes involve phase change of the metal (melting or solidification), the presence of a dynamic free surface and turbulent flow. These issues affect accuracy and need to be address by the modeller.

Comportamento à fadiga de juntas soldadas de aços tipo 460M com fios fluxados

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Projeto e desenvolvimento de células robotizadas para soldadura e cladding

A utilização de equipamentos robóticos para o processo de soldadura por arco elétrico teve um forte crescimento nas décadas de 80 e 90, altura em que o custo e fiabilidade da tecnologia passou a permitir a integração de robôs em linhas de produção ou em células de fabrico. Depressa cresceram as exigências de uma produção com qualidade repetitiva e facilmente ajustável, e as restrições ao uso de processos manuais ou de tecnologias com pouca flexibilidade. Desde o início do século XXI que a renovação de uma estação de fabrico de peças soldadas para produção em série, especialmente no setor automóvel, parece forçada à integração de robôs industriais, que assim se tornaram símbolos de produtividade. A KAMAZ encontra-se atualmente a renovar alguns dos seus processos de fabrico, incluindo as áreas de soldadura por arco ou cladding. Esta Dissertação aborda o trabalho elaborado, depois de contratualizada com a ABB Rússia a instalação de novas células de fabrico robotizado nesta empresa. Este projeto tem início com o levantamento das necessidades, a verificação do processo existente, e a procura da solução tecnológica que se adapte a essas condições e cumpra os requisitos acordados. São realizadas modelações e simulações off-line em 3D, usando o software RobotStudio da ABB, que permitiram testar cada solução e analisar a sua adequação e viabilidade. Para maior garantia de se obter a qualidade esperada na fusão e deposição do material por processo com arco elétrico revestido a gás, foram realizados testes reais utilizando equipamento robótico em condições baseadas nos testes feitos no ambiente virtual. Por último, são ajustadas as localizações dos postos de trabalho ao layout existente e é feito o balanceamento do tempo de operação manual com o tempo do processo robotizado. Este projeto de Tese termina com a aceitação do cliente para a solução encontrada e para os resultados dos testes reais de ambos os processos.

Risque de cancer du poumon associé aux expositions environnementales de fumées de soudage : 2 études cas-témoins basées sur la population montréalaise.

Objectif : Examiner la relation entre une exposition professionnelle aux fumées de soudage au gaz et à l’arc et le risque de développer un cancer du poumon, chez des travailleurs provenant de différents milieux de travail et exposés à de nombreuses substances de différentes concentrations. Méthodes : Nous avons mené deux études cas-témoins basés sur la population montréalaise (1979-86 et 1996-2001), incluant respectivement 857 et 736 cas, ainsi que des témoins appariés selon la fréquence des cas, le sexe et le lieu de résidence. Un historique détaillé des emplois occupés fut obtenu par entrevue et évalué par une équipe d’experts afin d’estimer l’intensité, la durée ainsi que l’exposition cumulative à un grand nombre de substances. Les fumées de soudage au gaz et à l’arc sont parmi les substances évaluées et nous avons pu calculer un rapport de cote (RC) et son intervalle de confiance de 95% (IC 95%) pour le risque de cancer du poumon en utilisant la régression logistique et en ajustant pour l’historique de tabagisme et plusieurs autres covariables pertinentes. Des analyses subséquentes ont permis d’explorer d’autres voies, comme la modification des effets observés par le tabagisme. Résultats : Les résultats obtenus à partir des deux études étant assez similaires, nous avons donc pu les combiner pour former une seule étude. Aucune association statistiquement significative n’a été trouvée entre le cancer du poumon et les fumées de soudage au gaz (RC=1,13; IC 95%=0,90-1,42) et les fumées de soudage à l’arc (RC=1,01; IC 95%=0,80-1,26). Par contre, dans le sous-groupe des non-fumeurs et fumeurs très légers, nous avons trouvé un risque accru de cancer du poumon en relation avec les fumées de soudage au gaz (RC=2,78; IC 95%=1,66-4,65) et à l’arc (RC=2,20; IC 95%=1,32-3,70). En se concentrant sur ce sous-groupe, nous avons trouvé un risque encore plus élevé de développer un cancer du poumon pour ceux exposé à des doses plus substantielles, pour le soudage au gaz (RC=4,63; IC 95%=2,14-10,03) et à l’arc (RC=3,45; IC 95%=1,59-7,48). Discussion : Globalement, aucun excès de risque causé par une exposition aux fumées de soudage n’a été détecté, mais un excès a été trouvé chez les non-fumeurs et fumeurs légers uniquement et ce, pour les deux types de fumées de soudage. L’effet des fumées de soudage peut être voilé chez les fumeurs, ou bien les non-fumeurs pourraient être plus vulnérables.

A Comparative Study Of Tensile And Microstructural Characteristics Of Friction Welded Joints And Conventionally Welded Joints Of Aluminium Alloy 6061

Welding of high strength and low weight materials like Aluminium Alloys without any defects by conventional welding techniques is a major challenge in industries. Hence research on solid state welding techniques like Friction stir welding and Friction welding techniques have got much importance in joining of Aluminium alloys. However most of the industries are not changing conventional techniques as skilled workers are available on that area. Most common conventional welding techniques used for joining of Aluminium alloys are Gas welding and Arc welding. Friction welding is a solid-state welding process that generates heat through mechanical friction between a moving and a stationary component with the addition of a lateral force called “upset” to plast ically displace and fuse the materials. In this work, experimental study on tensile and micro structural characteristics of welded joints formed from conventional welding techniques and Rotary friction welding(suitable for weld specimens with circular cross section) has been carried out and the same were compared. The process parameters for arc welding used was 50-70 Amp reverse polarity DC and electrodes of 2.3mm diameter. In Gas welding, the parameters were oxy acetylene neural flame at 3200°C and 3mm electrodes . In the case of friction welding an axial pressure loading of 3Mpa with 5 MPa as upsetting pressure and 500 rpm were used to obtain good welded joints. Tensile characteristic studies of Arc welded joints and Gas welded joints showed 48% and 60 % variations respectively from the maximum load bearing characteristics of parent metal. In the case of friction welded joint, the variation was found to 46%. Micro structural evaluation of conventionally welded joints exhibited clear distinct zones of various weld regions. In the case of friction welded joint micro structural photographs showed comparable features both in parent metal and welded region. Thus the tensile characteristic study and microstructure evaluations proved that friction welded joints are good in both aspects compared to conventionally welded joints.

Relacao entre o angulo da ponta do eletrodo e a geometria do cordao de solda no processo de soldagem tig

No processo de soldagem TIG (Tungstênio Inerte Gás), um dos fatores que influenciam o formato do cordão de solda é o ângulo da extremidade do eletrodo. Para estudar o comportamento do arco elétrico em função da geometria de ponta do eletrodo e suas conseqüências nos cordões de solda, efetuaram-se soldagens sobre corpos de prova sem deposição de material (bead-on-plate) através de parâmetros controlados e a mecanização do processo. Parâmetros tais como vazão do gás, velocidade de avanço da tocha e comprimento do arco foram testados para verificar a atuação em conjunto com o ângulo do eletrodo. Pela análise metalográfica (macrografia) estudaram-se os perfis dos cordões de solda, verificando-se que o ângulo exerce uma influência significativa na característica do arco tensão-corrente, na largura e profundidade de penetração da solda. Para maiores ângulos de extremidade do eletrodo obteve-se aumento na penetração, diminuição da tensão e largura do cordão de solda para uma mesma intensidade de corrente.

Introducao ao estudo de fluxos para arco submerso

O maior objetivo deste trabalho foi estudar os efeitos da composição dos fluxos para arco submerso sobre algumas importantes características de um metal de solda ferrítico, como composição química, microestrutura, propriedades mecânicas e geometria do cordão. Para realizar tal pesquisa, vinte oito fluxos aglomerados foram elaborados de compostos de pureza comercial e utilizados em soldagens ao aorco submerso, mantendo constante todas as demais condições de soldagem. Houve uma notável influência da composição química e do índice de basicidade dos fluxos sobre os níveis de oxig~enio, silício e manganês do metal de solda. Um modelo termodinâmico, baseado no conceito de potencial de oxigênio, foi proposto para explicar as reações gás-meta-escória ocorrendo durante a soldagem. Este modelo mostrou-se usável para as reações entre silício, oxigênio e carbono, permitindo um melhor entendimento das mesmas. A composição química do metal de solda pôde ser relacionada a sua microestrutura, através de metalografia quantitativa. Foi observado que oxigênio, silício, manganês e titânio têm grande influência sobre ela. A fase mais tenaz encontrada foi a ferrita acicular. A respeito da geometria do cordão, a sílica mostrou o efeito mais forte, com os outros compostos influenciando somente o acabamento do cordão soldado.

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)

Radiografia digital para inspeção de soldas de dutos - melhor sensibilidade

The conventional radiographic technique using industrial radiographic films is with the days finishing. The Digital Radiography is taking place in several sectors, e.g., the medical, aerospace, security, automotive, etc. In addition to representing a technological trend, it has been demonstrated that digital radiography offers a series of benefits in terms of productivity, sensitivity, environmental aspects, image treatment tools, cost reduction, etc. If one weld seam to be inspected is from a serried product, as example a pipe, the best option to be implemented is the Flat Panel Detector with this equipment is possible to reduce the obtaining digital radiographic images in place of films and reducing the inspection cycle time due to its high degree of automation. In the experiments described in this paper this new technique was tested and the results were compared with those obtained by the conventional radiography. The welded specimens were prepared using the submerged-arc welding process and small artificial cracks of the most varied dimensions, present in the specimens, were used to establish a comparison of the sensitivities presented by the techniques employed After conducting several experiments, the digital method presented the highest sensitivity to the wire-type Image Quality Indicator (IQI) and in the detection of small defects, leading to the conclusion that the use of digital radiography using the flat-panel detector offers advantages over the conventional technique [1, 2]. This work was carried out based on the API 5L Edition 2004 [3] and ISO 3183 Edition 2007 [4] specifications.

Fatigue strength of tungsten inert gas-repaired weld joints in airplane critical structures

In this work the effect of Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) repairs on the axial fatigue strength of an AISI 4130 steel welded joint used in airframe critical to the flight-safety was investigated. Fatigue tests were performed at room temperature on 0.89 mm thick hot-rolled plates with constant amplitude and load ratio of R = 0.1, at 20 Hz frequency. Monotonic tensile tests, optical metallography and microhardness, residual stress and weld geometric factors measurements were also performed. The fatigue strength decreased with the number of GTAW repairs, and was related to microstructural and microhardness changes, as well as residual stress field and weld profile geometry factors, which gave origin to high stress concentration at the weld toe. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Automatic microstructural characterization and classification using artificial intelligence techniques on ultrasound signals

Secondary phases such as Laves and carbides are formed during the final solidification stages of nickel based superalloy coatings deposited during the gas tungsten arc welding cold wire process. However, when aged at high temperatures, other phases can precipitate in the microstructure, like the γ″ and δ phases. This work presents a new application and evaluation of artificial intelligent techniques to classify (the background echo and backscattered) ultrasound signals in order to characterize the microstructure of a Ni-based alloy thermally aged at 650 and 950 °C for 10, 100 and 200 h. The background echo and backscattered ultrasound signals were acquired using transducers with frequencies of 4 and 5 MHz. Thus with the use of features extraction techniques, i.e.; detrended fluctuation analysis and the Hurst method, the accuracy and speed in the classification of the secondary phases from ultrasound signals could be studied. The classifiers under study were the recent optimum-path forest (OPF) and the more traditional support vector machines and Bayesian. The experimental results revealed that the OPF classifier was the fastest and most reliable. In addition, the OPF classifier revealed to be a valid and adequate tool for microstructure characterization through ultrasound signals classification due to its speed, sensitivity, accuracy and reliability. © 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

Análise da influência de cargas especiais nos indicadores de qualidade das redes de distribuição de energia elétrica de baixa tensão

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Efeito da temperatura de pré-aquecimento e características do pulso na microestrutura de aço estrutural de alta resistência e baixa liga soldado com arco elétrico e proteção gasosa

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação da resistência ao desgaste abrasivo de revestimentos soldados do tipo Fe-C-Cr utilizados na indústria sucroalcooleira

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

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)