Projeto e construção de máquina de solda por atrito e análise de soldas dissimilares

Abstract

A soldagem por atrito é uma alternativa aos processos convencionais de soldagem, como a solda por arco elétrico. Por ser um processo realizado no estado sólido não sofre problemas associados à fusão do material soldado e pode ser utilizado com maior facilidade em ambientes subaquáticos. A soldagem por atrito possui boas respostas também quando utilizada em soldas de materiais dissimilares. Tendo em vista a grande demanda de novas tecnologias relacionadas à exploração e produção de petróleo no Brasil, a solda por atrito é uma opção para problemas associados à correção de defeitos como trincas e porosidades em peças de grandes espessuras, como por exemplo, chapas, manilhas e ganchos. Para esses casos um processo denominado Friction Hydro Pillar Processing (FHPP) se mostra apropriado, pois possui qualidades adequadas que contrapõe as dificuldades verificadas nos reparos realizados por soldagem por arco elétrico. No Brasil as pesquisas relacionadas ao processo em questão são ainda incipientes. Tendo em vista a lacuna tecnológica e a possibilidade de reparo em campo, o presente trabalho teve como objetivo projetar, fabricar e validar um equipamento de soldagem de tamanho reduzido para facilitar a portabilidade, e que seja capaz de realizar o processo FHPP no Laboratório de Metalurgia Física (LAMEF). O projeto do equipamento foi baseado em ferramentas computacionais de CAD (Computer Aided Design) e CAE (Computer Aided Engineering) e como premissa teve a redução de custos e aproveitamento da infraestrutura laboratorial existente. Para verificar a funcionalidade do equipamento foram realizadas soldas dissimilares com os materiais SAE 4140 e BS 4360 em duas etapas. A primeira etapa teve o objetivo de verificar a operação da máquina, e a segunda etapa foi realizada com o intuito de produzir soldas sem a presença de defeitos de preenchimento. Macrografias e micrografias foram realizadas para inspecionar a região soldada, bem como foram realizados ensaios de microdureza para verificar o efeito da rotação e força de soldagem nas propriedades dos materiais soldados. O resultado do trabalho é um equipamento apto para realizar soldas dissimilares pelo processo FHPP sem defeitos de preenchimento para as juntas analisadas.

The friction welding is an alternative to conventional welding processes such as arc welding. Because it is a process performed in the solid state does not suffer from problems associated with the melt of the welded material and can be used more easily in underwater environments. The friction welding has good answers even when used for welding of dissimilar materials. Given the great demand for new technologies associated with petroleum exploration and production in Brazil, friction welding is an option for correcting problems associated with defects such as cracks and porosities in parts of large thickness, such as plates, shackles and hooks. For these cases a process called Friction Hydro Pillar Processing (FHPP) proves suitable, as it has suitable qualities that opposes the difficulties encountered in repairs performed by electric arc welding. In Brazil, research on the process are still incipient. Given the technological gap and the possibility of field repair, this study aimed to design, fabricate and validate a welding equipment for small size for easy portability, and also capable of performing the process FHPP Laboratory of Physical Metallurgy (LAMEF). The equipment design was based on computational tools for CAD (Computer Aided Design) and CAE (Computer Aided Engineering) and was premised on cost reduction and improvement of existing laboratory infrastructure. To verify the functionality of the equipment were carried out with the welding dissimilar materials SAE 4140 and BS 4360 in two stages. The first step to check the operation of the machine, and the second step in order to produce welds without filling defects. Macrographs and micrographs were taken to inspect the welded region, as well as microhardness tests were performed to determine the effect of welding speed and strength properties of welded material. The work is a result of equipment able to perform the process FHPP dissimilar welds without filling defects.