Orientador: Antonio Jorge Abdalla / Coorientador: Marcelo dos Santos Pereira / Banca: Tomaz Manabu Hashimoto / Banca: Marcelino Pereira do Nascimento / Banca: Miguel Justino Ribeiro Barbosa / Banca: Dilermando Nagle Travessa / Resumo: Este trabalho tem como objetivo caracterizar mecanica e metalograficamente, juntas soldadas de chapas finas em aço Maraging 300, submetidas a até três reparos, usadas na fabricação de envelopes motores foguete a propelente sólido desenvolvidos no Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) em atendimento às necessidades de sua gama de lançadores. O envelope motor atua como elemento estrutural e também possui a função primária de suportar a pressão de trabalho durante a queima do propelente. Atualmente, o envelope motor é fabricado em aço 300M-ESR e o IAE tomou a decisão de substituí-lo pelo aço Maraging 300. Em função dos processos existentes no Instituto, neste trabalho utilizaram-se os processos de soldagem Plasma Arc Welding - PAW com a técnica keyhole e Gas Tungsten Arc Welding - GTAW, ambos em passe único, com metal de adição. Antes de serem submetidas aos ensaios, as juntas passaram por inspeção não destrutiva de acordo com os critérios da norma AWS D17.1. Os reparos foram feitos de forma manual e processo GTAW. Amostras da junta soldada e reparadas foram submetidas a ensaios de tração, dureza Vickers (HV) por microindentações, análises químicas, análises metalográficas e fractográficas. Corpos de prova dos cordões adjacentes aos reparos também foram avaliados. Os resultados mostram que após a solda e reparos e o tratamento térmico de solubilização e envelhecimento, a zona fundida e a região da linha de fusão da solda apresentam uma dureza abaixo das outras regiões afetadas termicamente. Para as condições da solda sem reparo e reparadas, o processo PAW apresentou um valor menor de dureza em todas estas regiões com relação ao processo GTAW. As análises da superfície dos corpos de prova soldados rompidos indicam o predomínio de um processo de ruptura iniciado próximo à linha de fusão da solda e que se propaga em direção ao interior do ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work aims at mechanic and metallographic characterization of Maraging 300 welded joints sheets, submitted to up to three repairs, used for the fabrication of solid propellant rocket motors at the Institute of Aeronautics and Space - IAE as to comply with its range of launchers. The rocket motor is a structural part and also has the primary function of supporting the nominal pressure during the propellant burning. At present, the rocket motor is fabricated in 300M-ESR steel and IAE has decided to replace such a steel for the Maraging 300 one. Due to IAE's existing processes, Plasma Arc Welding - PAW with the keyhole technique and the Gas Tungsten Arc Welding - GTAW have been used, both single-pass welding with filler. Before they have been submitted to the tests, the joints went through non-destructive inspection according to AWS D17.1 Standard. Manual repairs and GTAW process have been made. Samples of the welded and repaired joints were submitted to tensile testing, Vickers hardness, chemical analysis, fractrographic and metallographic analysis. Body tests of the beads adjacent to the repairs have also been assessed. Results show that after welding, repairs and solubilization and aging heating treatment, the melted zone as well as the weld joins lines zone present hardness below other heat affected zones. As for the conditions of the non-repaired and repaired welds, the PAW process has demonstrated lower hardness values in all zones in what regards the GTAW process. The welded and fractured body tests surfaces analysis indicate the predominance of a fracture process started next to the weld joins lines which goes towards the bead interior. The nature of the fracture has shown the predominance of dimples. The GTAW welded body tests presented higher mechanical strength than that of the PAW process. Similarly, the PAW welded body tests obtained from the beads of the zones ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Os processos de união por soldagem entre peças e componentes metálicos são indispensáveis para nossa realidade tecnológica. O processo de soldagem por fricção com pino consumível conhecido como FHPP (Friction Hydro Pillar Processing) é um processo desenvolvido recentemente que ocorre no estado sólido através da fricção entre dois materiais e, com isso, reúne algumas vantagens sobre os processos convencionais de soldagem por fusão. Esta técnica apresenta grande potencial de aplicação na indústria de óleo e gás visando reparos de trincas e descontinuidades em equipamentos e estruturas de aços em geral. Apesar do grande potencial desta técnica, o estudo sobre a sua aplicação para produzir juntas com materiais dissimilares ainda é escasso se comparado com outras técnicas de soldagem. Desta forma, este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento e a análise de juntas soldadas utilizando pinos com adição de níquel em chapas de aço com manganês, visando determinar a combinação entre material de pino e parâmetros de soldagem que forneça a junta com melhores características mecânicas e metalúrgicas. Os parâmetros de soldagem que variaram foram: velocidade de rotação e a força axial. Os materiais utilizados nos conjuntos soldados foram chapas de aço ao manganês, classificadas comercialmente como ASTM A516 grau 70, e barras de aço baixo carbono com adição de 3, 6 e 9% de níquel. A análise realizada sobre as juntas abrangeu a caracterização da microestrutura e das propriedades de dureza das regiões específicas da solda além dos ensaios mecânicos de dobramento, tração com micro-amostras e de tenacidade à fratura através do parâmetro CTOD. Todas as soldas tiveram bom preenchimento, porém alguns materiais de pino não proporcionaram boa ductilidade durante o dobramento. As falhas ocorridas durante o dobramento juntamente com os estudos da tenacidade à fratura na zona de ligação mostraram que o acúmulo de inclusões nesta região representa degradação das propriedades mecânicas localmente. Os ensaios de tração com micro-amostras indicam aumento da resistência mecânica na região do material depositado do pino e os valores de CTOD no material termomecânicamente afetado são significativamente maiores do que na zona de ligação, porém não alcançam os valores obtidos nos materiais como não processados. / The processes of union by welding between parts and metallic components are indispensable for our technological reality. The Friction Hydro Pillar Processing (FHPP) process is a newly developed process that occurs in the solid state through friction between two materials and thus has some advantages over conventional fusion welding processes. This technique presents great potential of application in the oil and gas industry aiming repairs of cracks and discontinuities in equipment and steel structures in general. Despite the great potential of this technique, the study of its application to produce joints with dissimilar materials is still scarce compared to other welding techniques. The aim of this work is the development and analysis of welded joints using rod with nickel addition in steel sheets with manganese, in order to determine the combination of rod material and welding parameters that provides the joint with better mechanical and metallurgical characteristics. The welding parameters that varied were: speed of rotation and axial force. The materials used in the welded assemblies were manganese steel plates, commercially classified as ASTM A516 grade 70, and low carbon steel with addition of 3, 6 and 9% nickel. The analysis of the joints included the characterization of the microstructure and the hardness properties of the specific regions of the weld in addition to the bend test, micro-tensile test and fracture toughness through the parameter CTOD. All welds were well filled, however, some rod materials did not provide good ductility during bend test. The failures during folding together with the fracture toughness studies in the bonding zone showed that the accumulation of inclusions in this region represents degradation of the mechanical properties locally. The micro-tensile test indicate increased mechanical strength in the region of the deposited material of the rod and the values of CTOD in the thermomechanically affected material are significantly higher than in the bonding zone, but do not reach the values obtained in the unprocessed material.

A aplicação de aços de alta resistência está fortemente difundida na indústria mecânica, principalmente em aplicações onde a redução de peso é importante, como por exemplo, a indústria de implementos rodoviários e maquinários agrícolas. Esta dissertação visa analisar a influência de diferentes aportes térmicos no comportamento microestrutural e mecânico de juntas soldadas através do processo MAG de modo a obter juntas com propriedades otimizadas. Para este estudo foram utilizadas chapas metálicas com espessura de 3 mm do aço de alta resistência e baixa liga USI LNE700. Os parâmetros nominais de energia de soldagem foram variados de acordo com os valores descritos pelo fornecedor SSAB. O processo de soldagem foi realizado com o auxílio de um sistema robotizado para manter a homogeneidade ao longo da junta, distância e posicionamento correto no comprimento total da junta soldada. Os ensaios para verificação do comportamento microestrutural e mecânico foram realizados com auxílio de microscopia ótica, perfis de microdureza e ensaios de tração. Buscaram-se utilizar aportes térmicos reduzidos para minimizar os efeitos de revenimento da martensita presente no metal de base, um dos principais responsáveis pela redução das propriedades mecânicas da junta soldada. Os resultados não mostraram significativa variações na microestrutura e propriedades de tração do material, porém o preenchimento da junta soldada formada apresenta um comportamento diretamente proporcional à energia de soldagem. / The application of high strength steels is strongly diffused in the engineering industry, especially in applications where weight reduction is important, such as the industry of agricultural machines and trailers industry. This investigation aims to analyze the influence of different heat inputs on microstructural and mechanical behavior of joint welded by GMAW in order to obtain joints with optimized properties. Sheet metal with a thickness of 3 mm high strength low alloy steel LNE700 (supplier Usiminas) were used. The welding energy was varied around the nominal value informed by the steel supplier SSAB for this study. The welding process was made using robotic system to maintain homogeneity along the joint, right distance and position during the total weld joint length. The microstructural and mechanical behaviors were performed with the optical microscope, microhardness profile and traction test. We attempted to use lower heat inputs to minimize the effects of tempering of martensite present in the base metal, a major contributor to the reduction of the mechanical properties of the welded joint. The results did not show significant microestructural and tensile properties variation, however, when the welding energy is increased, the welded joint penetration formed was increased as well.

The aim of this research work is to study the inter-relationship, under controlled industrial conditions, among skin pass reductions, surface topography characterized by 2D and 3D roughness parameters, stampability and painted surface finish quality for automotive steel sheet stampings. Different surface textures obtained from cold rolling finishing have been evaluated in terms of paint appearance (rating and spectral curve) and tentatively related to roughness parameters (2D and 3D) obtained from the cold finished sheets. Some relevant tendencies have been established amongst these parameters. The results presented here are in accordance with other recently published research showing that there is a clear relationship between these parameters, and that further detailed studies are needed. / O foco do presente trabalho é o estudo, em condições industriais, da inter-relação entre grau de redução do passe de acabamento, topografia superficial caracterizada pelos parâmetros de rugosidade 2D e 3D, estampabilidade e aparência de pintura de chapas de aço para painéis automotivos. Diferentes texturas superficiais de chapas de aço foram analisadas em termos de aparência de pintura (rating e curvas espectrais) e tentativamente relacionadas com os parâmetros de rugosidades (2D e 3D) obtidos na chapa antes de estampar. Algumas tendências relevantes foram estabelecidas entre estes parâmetros. Os resultados presentes aqui estão de acordo com publicações recentes mostrando uma clara relação entre estes parâmetros e que trabalhos futuros ainda são necessários.

O processo de estampagem é influenciado por diferentes variáveis, tais como, propriedades mecânicas e rugosidade da chapa, lubrificação do blank, coeficiente de atrito entre o blank e a ferramenta, parâmetros da prensa (força relativamente constante e velocidade), bem como variações nas ferramentas de conformação (deformação elástica). Este trabalho se dedica a investigação da influência do atrito entre a ferramenta e o blank. Em particular, será investigado o desenvolvimento de padrões artificiais de rugosidade de chapas metálicas (textura de superfície). O foco do presente trabalho é o estudo, em condições industriais, da inter-relação entre topografia superficial caracterizada pelos parâmetros de rugosidade 2D e 3D e estampabilidade de chapas de aço para painéis automotivos. Diferentes texturas superficiais de chapas de aço foram analisadas em termos de estampabilidade (medido pelo deslocamento do blank durante a estampagem) e tentativamente relacionadas com os parâmetros de rugosidades (2D e 3D) obtidos na chapa antes de estampar. Algumas tendências relevantes foram estabelecidas entre estes parâmetros. Os resultados aqui apresentados estão em concordância com publicações recentes mostrando uma clara relação entre estes parâmetros e que trabalhos futuros são necessários. / The stamping process is influenced by several variables such as sheet mechanical properties and roughness, blank lubrication, friction coefficient, press parameters (press force and speed), as well as variations in the forming tools (elastic strain). This work is dedicated to study the influence of friction between the tool and the blank. In this sense, it is necessary to study the development of artificial roughness patterns of sheet metals (surface textures). The aim of this research work is to study the inter-relationship, using the surface topography characterized by 2D and 3D roughness parameters and the formability of steel sheets for automotive panels. Different surface textures of sheet metal have been evaluated in terms of formability (measured by material flow during the process stamping) and tentatively related to roughness parameters (2D and 3D) obtained in the sheet metal prior to stamping. Some relevant tendencies have been established amongst these parameters. The results presented here are in accordance with other recently published research work showing that there is a clear relationship between these parameters, and that further detailed studies are needed.

O processo de estampagem é influenciado por diferentes variáveis, tais como, propriedades mecânicas e rugosidade da chapa, lubrificação do blank, coeficiente de atrito entre o blank e a ferramenta, parâmetros da prensa (força relativamente constante e velocidade), bem como variações nas ferramentas de conformação (deformação elástica). Este trabalho se dedica a investigação da influência do atrito entre a ferramenta e o blank. Em particular, será investigado o desenvolvimento de padrões artificiais de rugosidade de chapas metálicas (textura de superfície). O foco do presente trabalho é o estudo, em condições industriais, da inter-relação entre topografia superficial caracterizada pelos parâmetros de rugosidade 2D e 3D e estampabilidade de chapas de aço para painéis automotivos. Diferentes texturas superficiais de chapas de aço foram analisadas em termos de estampabilidade (medido pelo deslocamento do blank durante a estampagem) e tentativamente relacionadas com os parâmetros de rugosidades (2D e 3D) obtidos na chapa antes de estampar. Algumas tendências relevantes foram estabelecidas entre estes parâmetros. Os resultados aqui apresentados estão em concordância com publicações recentes mostrando uma clara relação entre estes parâmetros e que trabalhos futuros são necessários. / The stamping process is influenced by several variables such as sheet mechanical properties and roughness, blank lubrication, friction coefficient, press parameters (press force and speed), as well as variations in the forming tools (elastic strain). This work is dedicated to study the influence of friction between the tool and the blank. In this sense, it is necessary to study the development of artificial roughness patterns of sheet metals (surface textures). The aim of this research work is to study the inter-relationship, using the surface topography characterized by 2D and 3D roughness parameters and the formability of steel sheets for automotive panels. Different surface textures of sheet metal have been evaluated in terms of formability (measured by material flow during the process stamping) and tentatively related to roughness parameters (2D and 3D) obtained in the sheet metal prior to stamping. Some relevant tendencies have been established amongst these parameters. The results presented here are in accordance with other recently published research work showing that there is a clear relationship between these parameters, and that further detailed studies are needed.

Orientador: Sergio Tonini Button / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-07T01:24:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Caldin_Renato_M.pdf: 3510420 bytes, checksum: 7632c444a9b61c552c640c1faec863a9 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Em virtude do número crescente de veículos automotores e uma legislação ambiental cada vez mais rigorosa, as indústrias automobilísticas e os centros de pesquisas avançados buscam desenvolver novos materiais e processos de fabricação que visam à produção de peças com maior resistência mecânica, melhor conformabilidade do material e a redução das espessuras dos materiais empregados na fabricação, sem comprometer a rigidez e estabilidade estrutural das carroçarias. Esse conceito tem por objetivo minimizar os custos de produção, aumentar a segurança e reduzir o peso total do conjunto montado, diminuindo os índices de emissões de poluentes lançados no meio ambiente, em decorrência da melhor relação peso x potência do veículo e proporcionando melhores condições de conforto e dirigibilidade aos usuários. Baseado nessas características, o objetivo deste estudo foi viabilizar a utilização simultânea de dois processos de fabricação não convencionais: Hidroconformação de "Tailored Welded Blank:' (TWB). Para tanto, comparou-se a conformabilidade do TWB submetido à estampagem convencional e a hidroconformação, empregando-se o Diagrama Limite de Conformação, obtido a partir do ensaio Nakazima modificado, para determinar o limite de conformação da matéria­prima, e a Frente Máxima de Deformação (FMD) para determinar a deformação máxima ocorrida nos produtos. Para isso, foi desenvolvido um ferramental híbrido que possibilita a fabricação de peças pelos métodos da estampagem convencional e da hidroconformação, a partir de chapas de aço ST -06 e ST -07 com espessuras 1,5 e 0,9mm respectivamente, soldadas a laser para compor o TWB. Com a análise comparativa entre a CLC da matéria-prima e a FMD dos produtos estampados convencionalmente e hidroconformados, foi possível identificar que a hidroconformação de chapas supera a estampagem convencional em relação a conformabilidade dos "Tailored Welded Blanks", pois permitiu obter produtos com domos mais elevados e regulares, com uma menor redução de espessura e sem o aparecimento de falhas / Abstract: The increasing number of vehic1es and a more rigorous environmental legislation, are forcing automobile industries and research centers to develop new materials and manufacturing processes to the production of parts with higher mechanical properties, better formability and sheet thickness reduction, without comprirnising the rigidity and structural stability of the auto bodies. The main objective is to minimize the production costs, to increase the safety and to reduce vehic1e weight, reducing pollutants emissions, resulting in a best relation weight x power and providing better conditions of comfort and driveability. Based in these characteristics, the objective of this work was to study the simultaneous use of two not conventional manufacturing processes: hydroforming of Tailored Welded Blank (TWB). Therefore it was compared the formability of TWB in conventional stamping and hydroforrning, from the Forming Limit Diagram (FLD), plotted from the modified Nakazima test, to determine the forming limit of the raw material, and the Maximum Front of Deformation (MFD) to determine the maximum deformation in the products. A hybrid tool was designed and assembled to manufacture parts by conventional stamping and hydroforming steel plates ST -06 and ST-07 com thickness 1,5 and 0,9mm respectively, welded by laser to form the TWBs. With the comparative analysis between FLD of the raw material and MFD of the products conventionally stamped and hydroformed, it was possible to identify that hydroforming overcomes the conventional stamping in respect to the formability of Tailored Welded Blanks, and therefore it was possible to form products with higher and regular domes, with lower reduction of thickness, and without any failures / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

The aim of this research work is to study the inter-relationship, under controlled industrial conditions, among skin pass reductions, surface topography characterized by 2D and 3D roughness parameters, stampability and painted surface finish quality for automotive steel sheet stampings. Different surface textures obtained from cold rolling finishing have been evaluated in terms of paint appearance (rating and spectral curve) and tentatively related to roughness parameters (2D and 3D) obtained from the cold finished sheets. Some relevant tendencies have been established amongst these parameters. The results presented here are in accordance with other recently published research showing that there is a clear relationship between these parameters, and that further detailed studies are needed. / O foco do presente trabalho é o estudo, em condições industriais, da inter-relação entre grau de redução do passe de acabamento, topografia superficial caracterizada pelos parâmetros de rugosidade 2D e 3D, estampabilidade e aparência de pintura de chapas de aço para painéis automotivos. Diferentes texturas superficiais de chapas de aço foram analisadas em termos de aparência de pintura (rating e curvas espectrais) e tentativamente relacionadas com os parâmetros de rugosidades (2D e 3D) obtidos na chapa antes de estampar. Algumas tendências relevantes foram estabelecidas entre estes parâmetros. Os resultados presentes aqui estão de acordo com publicações recentes mostrando uma clara relação entre estes parâmetros e que trabalhos futuros ainda são necessários.