Distorções geométricas em partes metálicas unidas através de soldagem a arco elétrico são consequências inerentes ao processo devido ao elevado fluxo de calor necessário para fusão dos metais de base e adição (quando houver). Embora inevitáveis, estas distorções podem ser reduzidas ou eliminadas através do prévio conhecimento do comportamento da junta de acordo com energia aplicada, características geométricas, propriedades do material, entre outros fatores, possibilitando assim a redução de custos com possíveis retrabalhos por meio de alterações de projeto ou ações que as previnam durante a soldagem. Este trabalho utilizou a metodologia de Projeto de Experimentos para avaliar o efeito da energia de soldagem, espessura da aba e espessura da alma na distorção angular em juntas de filete soldadas pelo processo MIG/MAG com modo de transferência curto-circuito. Foi aplicada a Análise de Variância para as distorções angulares das amostras e identificou como significativo o efeito linear da energia de soldagem, o efeito quadrático da espessura da aba e a interação dos fatores energia de soldagem e espessura da aba na distorção angular de juntas de filete. Observou-se mínimas distorções para a combinação de maior energia de soldagem e menor espessura de aba, sendo mínimas também as distorções angulares para a combinação de menor energia de soldagem e maior espessura de aba, independente da espessura da alma para as condições estudadas. Através das macrografias das amostras, identificou-se que razão entre a área total do metal de solda e espessura da aba que gera maior distorção angular é aproximamente 5, com menores distorções angulares para valores inferiores e superiores a esse. Através de um modelo numérico, demonstrou-se que o gradiente de temperatura na aba da junta não determina a máxima distorção angular, e sim a máxima temperatura atingida na superfície inferior da aba, com máxima distorção angular obtida para a amostra que atingiu aproximadamente 425 ºC em ponto na superfície inferior da aba e paralelo à margem do cordão. Por fim, para distorções angulares em função da razão entre a energia de soldagem conduzida pela aba e espessura de aba ao quadrado, observou-se que a distorção angular é crescente até atingir 15,00 J/mm³, e menores distorções angulares para relações superiores a esse valor. / Welding deformation on metallic parts joined by electric arc welding are inherent consequences of the process due to the high heat flux required for melting the base and filler metals (when used). Although unavoidable, these deformations can be reduced or eliminated through prior knowledge of joint behavior in accordance with applied heat input (welding energy), geometric characteristics, material properties, among other factors, thus reducing costs with possible rework through design changes or actions that prevent them during welding. This work uses a methodology proposed by Experimental Design theories to evaluate the effect of heat input, flange thickness and web thickness on angular distortion in fillet joints welded by the GMAW process with short-circuit transfer mode. Was applied Analysis of Variance for the angular distortions of the test specimens and there are significant the linear effect of heat input, the quadratic effect of flange thickness and the interaction of heat input and flange thickness on the angular distortion of fillet joints, observing minimum distortion for the combination of higher heat input and lower flange thickness, and also angular distortions for the combination of lower heat input and higher flange thickness, regardless of the thickness of the web are minimal. Through the macrographs of the samples, it was identified that the ratio of a region of the weld metal to the flange thickness that generates the greatest angular distortion is approximately 5, with smaller angular distortions for lower values and higher than that. Through a numerical model, it has been shown that the temperature gradient in the flange does not determine the maximum angular distortion, but the maximum temperature reached in the lower surface of the flange, with maximum angular distortion obtained for the sample that reached approximately 425ºC in point on the surface bottom of the flange and parallel to the edge of the weld bead. Finally, for angular distortions as a function of the ratio between the heat input conducted by the flange and the squared flange thickness, it was observed that the angular distortion is increasing until reaching 15,00 J/mm³, and smaller angular distortions for higher relations to this value.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-06-03T23:23:31Z No. of bitstreams: 1 ArmandoMonteMendes_DISSERT.pdf: 6303230 bytes, checksum: 90f6b4372d141b15db0fbf05e1726b17 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-06-07T00:00:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ArmandoMonteMendes_DISSERT.pdf: 6303230 bytes, checksum: 90f6b4372d141b15db0fbf05e1726b17 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-07T00:00:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ArmandoMonteMendes_DISSERT.pdf: 6303230 bytes, checksum: 90f6b4372d141b15db0fbf05e1726b17 (MD5) Previous issue date: 2015-01-28 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico (CNPq) / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / Materiais cer?micos ferroel?tricos com estrutura perovskita (ABO3) s?o largamente utilizados em componentes de mem?ria no estado s?lido (FeRAM?s e DRAM?s) bem como em capacitores de m?ltiplas camadas, especialmente na forma de filmes finos. Quando dopados com ?ons de zirc?nio, materiais ? base de BaTiO3 formam uma solu??o s?lida conhecida como titanato zirconato de b?rio (BaTi1-xZrxO3). Tamb?m chamado de BZT, esse material pode sofrer significativas mudan?as em suas propriedades el?tricas diante de pequenas varia??es do teor de zirc?nio na rede cristalina. O presente trabalho consiste no estudo dos efeitos dos par?metros de deposi??o de filmes finos de BaTi0,75Zr0,25O3 pelo m?todo de spin-coating sobre sua morfologia e propriedades f?sicas, utilizando um planejamento experimental do tipo Box-Behnken. A resina utilizada no processo de deposi??o foi sintetizada pelo m?todo dos precursores polim?ricos (Pechini) e foi subsequentemente dividida em tr?s parcelas cada qual teve sua viscosidade ajustada para 10, 20 e 30 mPa?s por meio de um viscos?metro rotativo. As resinas foram depositadas em substratos de Pt/Ti/SiO2/Si pelo m?todo de spin-coating em 15 diferentes combina??es de viscosidade, velocidade de rota??o (3000, 5500 e 8000 rpm) e n?mero de camadas depositadas (5, 8 e 11 camadas) previstas no planejamento e ent?o calcinadas a 800?C por 1h. A fase cristalina dos filmes foi determinada por difra??o de Raios-X (DRX) e indexada com a carta JCPDS 36-0019. Morfologia da superf?cie e tamanho de gr?o foram observados por meio de microscopia de for?a at?mica (AFM) indicando filmes bem densificados e tamanho m?dio de gr?o em torno de 50nm. Imagens da se??o transversal dos filmes foram obtidas por interm?dio de microscopia eletr?nica de varredura com emiss?o de campo (MEV-FEG), indicando espessuras bem uniformes variando de 140-700 nm entre amostras. Medidas de capacit?ncia foram realizadas ? temperatura ambiente com a ajuda de um analisador de imped?ncia. Os filmes apresentaram valores de constante diel?trica de 49-277 a 100KHz e baixa perda diel?trica. O planejamento indicou efeitos n?o significativos das intera??es entre os par?metros de deposi??o sobre a espessura dos filmes. A metodologia de superf?cies de resposta possibilitou uma melhor observa??o dos efeitos das vari?veis. / Ferroelectric ceramics with perovskite structure (ABO3) are widely used in solid state memories (FeRAM?s and DRAM's) as well as multilayered capacitors, especially as a thin films. When doped with zirconium ions, BaTiO3-based materials form a solid solution known as barium zirconate titanate (BaTi1-xZrxO3). Also called BZT, this material can undergo significant changes in their electrical properties for a small variation of zirconium content in the crystal lattice. The present work is the study of the effects of deposition parameters of BaTi0,75Zr0,25O3 thin films by spin-coating method on their morphology and physical properties, through an experimental design of the Box-Behnken type. The resin used in the process has been synthesized by the polymeric precursor method (Pechini) and subsequently split into three portions each of which has its viscosity adjusted to 10, 20 and 30 mPa?s by means of a rotary viscometer. The resins were then deposited on Pt/Ti/SiO2/Si substrates by spin-coating method on 15 different combinations of viscosity, spin speed (3000, 5500 and 8000 rpm) and the number of deposited layers (5, 8 and 11 layers) and then calcined at 800 ? C for 1 h. The phase composition of the films was analyzed by X-ray diffraction (XRD) and indexed with the JCPDS 36-0019. Surface morphology and grain size were observed by atomic force microscopy (AFM) indicating uniform films and average grain size around 40 nm. Images of the cross section of the films were obtained by scanning electron microscopy field emission (SEM-FEG), indicating very uniform thicknesses ranging from 140-700 nm between samples. Capacitance measurements were performed at room temperature using an impedance analyzer. The films presented dielectric constant values of 55-305 at 100kHz and low dielectric loss. The design indicated no significant interaction effects between the deposition parameters on the thickness of the films. The response surface methodology enabled better observes the simultaneous effect of variables.

A mucopolissacaridose tipo I (MPS I) é uma doença autossômica recessiva causada pela deficiência da enzima α-L-iduronidade (IDUA). Essa deficiência resulta no acúmulo de glicosaminoglicanos levando a diversas manifestações clínicas. A microencapsulação de células recombinantes que superexpressam IDUA tem sido considerada uma estratégia promissora para o tratamento de MPS I. Neste contexto, o presente estudo teve por objetivo a otimização da encapsulação de células BHK (Baby Hamster Kidney) superexpressando IDUA em microcápsulas de alginato revestidas com poli-L-lisina (PLL) utilizando-se um extrusor eletrostático. Em uma primeira etapa, um estudo de otimização das microcápsulas de alginato (MC-A) foi realizado por meio de um desenho experimental do tipo Box-Behnken (software Mini-Tab®) que permitiu avaliar simultaneamente a influência da voltagem (kV), fluxo alginato/células (mL/h) e concentração de alginato (%) sobre o tamanho das microcápsulas e a atividade de IDUA. Após, as microcápsulas foram revestidas sequencialmente com PLL e alginato (MC-APA) com o objetivo de aumentar a sua estabilidade. Nas condições experimentais empregadas, MC-A e MC-APA apresentaram-se monodispersas (span < 1,22) com um diâmetro médio inferior a 350 μm, determinado por difração a laser. O revestimento alterou a morfologia das microcápsulas (microscopia eletrônica de varredura) e a sua resistência mecânica (analisador de textura), sendo observado um aumento de cerca de 6 vezes na força necessária para compressão das mesmas. O revestimento final pelo alginato (MC-APA) parece ter sido parcial de acordo com as análises de infravermelho por transformada de Fourier com refletância atenuada. Em uma última etapa, a atividade enzimática foi avaliada em modelo murino MPS I após implante subcutâneo de MC-APA. Foi observado um aumento significativo da atividade de IDUA na pele, após 30 dias de tratamento. Nas análises histológicas foi observado um infiltrado inflamatório no local da aplicação que não impediu a liberação da enzima nas condições avaliadas. No seu conjunto, esse estudo demonstra a potencialidade das MC-APA para a liberação local de IDUA. / Mucopolysaccharidosis type I (MPS I) is an autosomal recessive disorder caused by the deficiency of α-L-iduronidase (IDUA). This deficiency results in the accumulation of glycosaminoglycans leading to various clinical manifestations. The microencapsulation of recombinant cells overexpressing IDUA has been considered as a promising strategy for the treatment of MPS I. In this context, the present study aimed to optimize the encapsulation of BHK cells overexpressing IDUA in poly-L-lysine (PLL) coated alginate microcapsules using an electrostatic extruder. In a first step, a Box-Behnken experimental design (Mini-Tab® software) was carried out for the optimization of the alginate microcapsules (MC-A), which allowed to evaluate simultaneously the influence of voltage (kV), alginate/cell flow (mL/h) and alginate concentration (%) on the size of the microcapsules and IDUA activity. Thereafter, the microcapsules were sequentially coated with PLL and alginate (MC-APA) in order to increase their stability. In the experimental conditions used, MC-A and MC-APA were monodisperse (span <1.22) with an average diameter of less than 350 μm, determined by laser diffraction. The coating modified microcapsules morphology (scanning electron microscopy) and their mechanical resistance (texture analyzer), being observed a six-fold increase in the required force for their compression. The final alginate coating (MC-APA) appears to have only partially coated the microcapsules, according to the attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy analyses. In a final step, the enzymatic activity was evaluated in a MPS I murine model after subcutaneous implantation of MC-APA. A significant increase in IDUA activity was observed in the skin at 30 days after treatment. Histological analszes revealed an inflammatory infiltrate at the application site, which did not prevent the release of the enzyme under the evaluated conditions. Overall, this study demonstrates the potentiality of MC-APA for the local release of IDUA.

Distorções geométricas em partes metálicas unidas através de soldagem a arco elétrico são consequências inerentes ao processo devido ao elevado fluxo de calor necessário para fusão dos metais de base e adição (quando houver). Embora inevitáveis, estas distorções podem ser reduzidas ou eliminadas através do prévio conhecimento do comportamento da junta de acordo com energia aplicada, características geométricas, propriedades do material, entre outros fatores, possibilitando assim a redução de custos com possíveis retrabalhos por meio de alterações de projeto ou ações que as previnam durante a soldagem. Este trabalho utilizou a metodologia de Projeto de Experimentos para avaliar o efeito da energia de soldagem, espessura da aba e espessura da alma na distorção angular em juntas de filete soldadas pelo processo MIG/MAG com modo de transferência curto-circuito. Foi aplicada a Análise de Variância para as distorções angulares das amostras e identificou como significativo o efeito linear da energia de soldagem, o efeito quadrático da espessura da aba e a interação dos fatores energia de soldagem e espessura da aba na distorção angular de juntas de filete. Observou-se mínimas distorções para a combinação de maior energia de soldagem e menor espessura de aba, sendo mínimas também as distorções angulares para a combinação de menor energia de soldagem e maior espessura de aba, independente da espessura da alma para as condições estudadas. Através das macrografias das amostras, identificou-se que razão entre a área total do metal de solda e espessura da aba que gera maior distorção angular é aproximamente 5, com menores distorções angulares para valores inferiores e superiores a esse. Através de um modelo numérico, demonstrou-se que o gradiente de temperatura na aba da junta não determina a máxima distorção angular, e sim a máxima temperatura atingida na superfície inferior da aba, com máxima distorção angular obtida para a amostra que atingiu aproximadamente 425 ºC em ponto na superfície inferior da aba e paralelo à margem do cordão. Por fim, para distorções angulares em função da razão entre a energia de soldagem conduzida pela aba e espessura de aba ao quadrado, observou-se que a distorção angular é crescente até atingir 15,00 J/mm³, e menores distorções angulares para relações superiores a esse valor. / Welding deformation on metallic parts joined by electric arc welding are inherent consequences of the process due to the high heat flux required for melting the base and filler metals (when used). Although unavoidable, these deformations can be reduced or eliminated through prior knowledge of joint behavior in accordance with applied heat input (welding energy), geometric characteristics, material properties, among other factors, thus reducing costs with possible rework through design changes or actions that prevent them during welding. This work uses a methodology proposed by Experimental Design theories to evaluate the effect of heat input, flange thickness and web thickness on angular distortion in fillet joints welded by the GMAW process with short-circuit transfer mode. Was applied Analysis of Variance for the angular distortions of the test specimens and there are significant the linear effect of heat input, the quadratic effect of flange thickness and the interaction of heat input and flange thickness on the angular distortion of fillet joints, observing minimum distortion for the combination of higher heat input and lower flange thickness, and also angular distortions for the combination of lower heat input and higher flange thickness, regardless of the thickness of the web are minimal. Through the macrographs of the samples, it was identified that the ratio of a region of the weld metal to the flange thickness that generates the greatest angular distortion is approximately 5, with smaller angular distortions for lower values and higher than that. Through a numerical model, it has been shown that the temperature gradient in the flange does not determine the maximum angular distortion, but the maximum temperature reached in the lower surface of the flange, with maximum angular distortion obtained for the sample that reached approximately 425ºC in point on the surface bottom of the flange and parallel to the edge of the weld bead. Finally, for angular distortions as a function of the ratio between the heat input conducted by the flange and the squared flange thickness, it was observed that the angular distortion is increasing until reaching 15,00 J/mm³, and smaller angular distortions for higher relations to this value.

Practical restrictions on randomization are commonplace in industrial experiments due to the presence of hard-to-change or costly-to-change factors. Employing a split-plot design structure minimizes the number of required experimental settings for the hard-to-change factors. In this research, we propose classes of equivalent estimation second-order response surface split-plot designs for which the ordinary least squares estimates of the model are equivalent to the generalized least squares estimates. Designs that possess the equivalence property enjoy the advantages of best linear unbiased estimates and design selection that is robust to model misspecification and independent of the variance components. We present a generalized proof of the equivalence conditions that enables the development of several systematic design construction strategies and provides the ability to verify numerically that a design provides equivalent estimates, resulting in a broad catalog of designs. We explore the construction of balanced and unbalanced split-plot versions of the central composite and Box-Behnken designs. In addition, we illustrate the utility of numerical verification in generating D-optimal and minimal point designs, including split-plot versions of the Notz, Hoke, Box and Draper, and hybrid designs. Finally, we consider the practical implications of analyzing a near-equivalent design when a suitable equivalent design is not available. By simulation, we compare methods of estimation to provide a practitioner with guidance on analysis alternatives when a best linear unbiased estimator is not available. Our goal throughout this research is to develop practical experimentation strategies for restricted randomization that are consistent with the philosophy of traditional response surface methodology. / Ph. D.

Peanuts are grown around the world and in United States where most peanuts are consumed after roasting. Peanuts are roasted to a specified color on L*a*b* scale as it is correlated with quality and acceptability. Two batches of Virginia type peanuts were acquired, one normal and other a high oleic variety. A surface response model using the Box-Behnken design was developed for Behmor 2000AB and GeneCafe coffee roasters, for normal and high oleic peanuts respectively with sample size, roast time and power/temperature as dependent variables and L* as a response variable. The model for Behmor was not significant (p>0.05 and R2 =0.87) but with effect contribution of roast time while the GeneCafe model was significant (p<0.05 and R2=0.98) with multiple first and second order effect contributions from temperature and roast time. Each model was validated and Behmor was found to be more consistent and predictable compared to GeneCafe. Both varieties of peanuts were roasted on each roaster and tested for volatile analysis using SPME GC/MS with high variation observed within samples which may be caused by uneven roasting. The volatile results showed similar trends for seventeen compounds between normal and high oleic samples. The Behmor roaster was more effective at predictable roasting for 50 to 100 g sample and more validation is needed on GeneCafe to improve its model. The results can help with quality testing of new varieties of Virginia type peanuts quickly without relying on large sample size typically used in other lab scale studies. / Master of Science in Life Sciences / Peanuts are grown around the world and in United States where most of it is consumed as a confection. They are roasted to a specified color on scale as it is correlated with quality and optimization. We wanted to develop a method of small-scale peanut roasting that allows peanut breeders to roast and evaluate quality of small samples of peanuts. We used an optimization method to test two different coffee roasters for peanut roasting (Behmor and GeneCafe roasters), with normal and high oleic peanuts. Behmor was more sensitive to changes in roast time while GeneCafe was more sensitive to temperature, roast time and combined effects. The models were validated on each machine and Behmor was found to be more consistent and predictable compared to GeneCafe. Peanuts were roasted on each roaster and tested for aroma compounds. The aroma compounds were similar between normal and high oleic samples. The Behmor roaster was more effective at predictable roasting of peanuts with sample size ranging from 50 to 100 g. Our results allow us to predictably roast very small lots of peanuts to support determination of flavor quality for peanut breeding research.

[pt] Com os atuais requisitos sobre emissões e consumo de combustível em um contexto de leis ambientais mais rigorosas, é necessário melhorar o desempenho dos motores de combustão para reduzir as emissões de gases do efeito estufa. Novas tecnologias, como Ignição por Compressão de Carga Homogênea (HCCI) ou Ignição por Compressão Assistida por Centelha (SACI), são alternativas para aumentar a eficiência dos motores. Neste trabalho, foi criada uma rotina MATLAB para prever o desempenho da combustão SACI multimodo de metano e misturas metano-hidrogênio, utilizando um modelo termodinâmico de duas zonas. Foi realizada uma análise de sensibilidade a quatro parâmetros de desempenho: eficiência térmica (nth), emissões de NOx, emissões de CO2 e energia do combustível (Efuel), com diversas variações de fatores tais quais porcentagem de H2, rotação do motor, relação de equivalência combustível - ar, pressão de admissão e superposição de válvulas, utilizando ferramentas de planejamento de experimentos para avaliar o impacto dos fatores sobre os parâmetros de desempenho. O Planejamento Box-Behnken indicou que rotação do motor, porcentagem de H2 e pressão de admissão são os fatores SACI mais importantes, pois influenciam todos os parâmetros de desempenho do motor. Por outro lado, a relação de equivalência combustível - ar foi relevante para apenas um deles (NOx) e a superposição de válvula, como foi utilizada nos experimentos, mostrou nenhum impacto relevante sobre os resultados. Além disso, foi feita uma Análise Univariada para comparar motores de ignição por centelha e SACI. Os resultados mostraram que os motores SACI apresentam melhor desempenho, sendo cerca de 7 por cento - 17 por cento mais eficientes e um aumento de 90 por cento - 96 por cento no IMEP. / [en] With the current requirements on emissions and fuel consumption in a context of very strict environmental laws, it is necessary to improve combustion engines performance to reduce greenhouse gas emissions. New technologies, such as Homogeneous Charge Compression Ignition or Spark-Assisted Compression Ignition (SACI), are alternatives to increase engine s efficiency. In this work, a MATLAB routine was created to predict the performance of SACI multimode combustion of methane and methane-hydrogen blends, using a two-zone thermodynamic model. A sensitivity analysis was realized to four performance parameters: thermal efficiency, NOx emissions, CO2 emissions and energy of the fuel, with several factors variations such as percentage of H2, engine speed, fuelair equivalence ratio, intake pressure and valve overlap, using experimental design tools to evaluate the impact of those factors over the performance parameters. The Box-Behnken Design indicated that engine speed, percentage of H2 and intake pressure are the most important SACI factors since they influence all engine performance parameters. On the other hand, fuel-air equivalence ratio was relevant in only one of them (NOx) and the valve overlap, as it was used in the experiments, showed no relevant impact on the results. Furthermore, a Univariate Analysis was done to compare Spark-Ignition and SACI engines efficiencies. The results showed that SACI engines performs better, with 7 percent - 17 percent higher efficiency and 90 percent - 96 percent IMEP s increase.

O presente trabalho objetiva estudar a eficiência térmica do arco elétrico e de fusão para o processo de soldagem MAG, do inglês Metal Active Gas, em diferentes geometrias de juntas soldadas. As soldas foram feitas inicialmente em um calorímetro de fluxo contínuo de água, seguidas de deposição de cordão sobre chapa e soldagem de juntas em ângulo “T”, sempre em aço carbono. A metodologia de projeto de experimentos Box-Behnken foi empregada para a avaliação da influência da variação dos parâmetros de soldagem (tensão, velocidade de alimentação do eletrodo e velocidade de soldagem) nas eficiências, dentro do modo de transferência metálica por curto circuito. Diferentes equações propostas na literatura para o cálculo da eficiência de fusão são comparadas. Para a adequada aquisição da eficiência térmica pelo calorímetro, preliminarmente é avaliada 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. 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. 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. Com base nos resultados descritos, a eficiência térmica do arco elétrico foi avaliada com a vazão de 4 l/min para o projeto de experimentos Box-Behnken, os valores obtidos estão na faixa de 72 a 82% conforme a combinação dos parâmetros de soldagem. A velocidade de soldagem e a tensão do arco se mostraram como os parâmetros de maior influência na eficiência térmica do arco. Os resultados relativos à eficiência de fusão indicam maiores valores nas soldas realizadas no calorímetro e por simples deposição sobre chapa. A junta T apresentou os menores valores de eficiência de fusão e de diluição para todos os casos. O parâmetro de maior influência na eficiência de fusão foi a corrente de soldagem. / The main aim of the present work is to study arc thermal efficiency and fusion efficiency to Gas Metal Arc Welding – GMAW, using different joint geometries. At first, the welds were performed in a continuous water flow calorimeter, followed by bead on plate and T – joint deposits. The Box-Behken design of experiments methodology was used to analyze the effect of welding parameters (arc voltage, wire feed speed and welding speed) on the efficiencies, when using short circuit metal transfer. The results of the fusion efficiency calculation were compared using different equations found in the literature. To correctly evaluate the thermal efficiency, it was necessary to analyze the influence of water flow rate and calorimeter inlet geometry. 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 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. 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. Based on these results, the arc thermal efficiency was evaluated using 4 l/min water flow to the Box-Behnken Design, resulting values in the 72 to 82% range, depending on the welding parameters. The welding speed and arc voltage were the parameters that significantly affect arc thermal efficiency. The fusion efficiency results of the welds performed on the calorimeter and bead on plate were. The welds performed in T joints exhibit lowest fusion efficiency and dilution to each welding parameters combination tested. The fusion efficiency is strongly affected by the welding current.

Devido à demanda de aumento de produtividade na indústria, a utilização de materiais mais leves, busca por processos de reparos com melhor custo, em conjunto com o avanço das tecnologias, evolução dos processos de soldagem, e esses fatores aliados aos benefícios de uma maior taxa de fusão, melhor controle da penetração, faz com que o processo MIG/MAG com polaridade variável apresente consideráveis avanços tecnológicos nos dias de hoje. Porém, a seleção dos parâmetros da curva típica de corrente do processo (composta por corrente de pico, corrente de base positiva e corrente negativa), é ainda um desafio. Buscando um melhor entendimento da influência da polaridade negativa no processo de soldagem, em especial para aplicações de revestimento, este trabalho tem como objetivo analisar os parâmetros da polaridade negativa individualmente em relação a geometria do cordão de solda, utilizando aço ao carbono como metal base e aço inoxidável como metal de adição. O planejamento e execução do experimento foi realizado com base na metodologia de projeto de experimentos Box-Behnken, variando três fatores: tempo de corrente negativa, intensidade de corrente negativa e tempo de corrente de base positiva, em três níveis cada um. Primeiramente alcançou-se a minimização da diluição, onde o tempo de corrente negativa apresentou efeito significativo no resultado final, sendo seu nível máximo (15 ms) o responsável pelos menores valores de diluição, aproximadamente 12%, recomendado em soldagem para revestimento. Posteriormente, foi avaliado o efeito dos parâmetros em relação à penetração, altura e largura do cordão de solda, sendo o tempo de corrente negativa em 15 ms e corrente negativa em -150 A os níveis que apresentaram melhores resultados. Após, os parâmetros da polaridade negativa utilizados foram comparados com os termos proporcionais sugeridos pela literatura (%EN). E, por fim, avaliou-se uma forma de curva de corrente sem a corrente de base positiva, onde foi concluído que não há significância das diferentes formas de curva de corrente sobre os resultados na penetração do cordão de solda, assim como a necessidade da corrente de base na estabilidade do arco elétrico do processo. / Due to the demand to increase productivity in the industry, use lighter materials, search for repair processes with better cost, in combination with advancement of technologies, evolution of welding processes, connected with the benefits of a higher melting rate and better control of the process penetration, it was possible to verify advances in the MIG / MAG Variable Polarity welding technique. However, the selection of the parameters of the typical process current curve (composed by peak current, positive current and negative current), is still a challenge today. The aim of this work is to analyze the negative polarity parameters individually in relation to the weld bead geometry, using carbon steel as base metal and stainless steel as addition metal. The planning and execution of the experiment was performed based on the Box-Behnken design methodology, varying three factors: negative current time, negative current intensity and positive base current time, at three levels each one. Firstly, dilution minimization was achieved, which showed that the negative current time had a strong influence on the final result, and the maximum level (15 ms) was responsible for the lowest dilution values, nearby 12%, ideal for welding cladding. Then, the parameters were evaluated in relation to penetration, height and width of the weld bead, which for welding cladding, the negative current time 15 ms and negative current -150 A presented better results. Next, the negative polarity parameters were compared with the proportional terms suggested by the literature (%EN). Finally, a form of current curve without positive base current was evaluated, where it can be concluded that the current curve form does not have significance on the penetration results, as well as the necessity of the base current in the arc electric stability.

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