Neste trabalho foi realizado um estudo comparativo entre juntas dissimilares produzidas pelo processo FSpW sem e com a utilização de Zn como metal intermediário tendo a finalidade de investigar a eficácia da adição deste metal no comportamento mecânico das juntas, bem como avaliar sua influência nas características microestruturais das juntas soldadas. As juntas foram produzidas com ligas de Al AA5754-H24 e Mg AZ31-O, de particular interesse do setor automotivo. Nas condições de soldagem com metal intermediário, chapas de Al revestido com Zn por galvanização foram usadas. As propriedades mecânicas das juntas foram avaliadas através de ensaios com carregamento quasi-estáticos e dinâmicos, sendo então correlacionados com as características microestruturais. Através das análises constatou-se que a aplicação de Zn como metal intermediário mostrou-se efetiva na redução do volume de compostos intermetálicos formados na interface da solda e consequentemente, obteve-se um aumento do desempenho mecânico de cerca de 48 % no ensaio de cisalhamento por tração, 230% no ensaio de tração cruzada e de 35,31 % no ensaio de fadiga quando em comparação a juntas soldadas diretamente entre as chapas de AA5754-H24 e AZ31-O. / In this research was carried out a comparative study between dissimilar joints produced by means of the process FSpW without and with applying Zn as an intermediary metal with the purpose of investigating the effectiveness of the addition of this metal in the mechanical behavior of joints, as well as to assess its influence on the microstructural characteristics of the welded joints. The joints were produced with the AA5754-H24 Al alloy and the AZ31-O Mg alloy, materials of particular interest to the automotive industry. For the welding conditions with the Zn interlayer Al sheets coated by hot deep galvanizing were used. The mechanical properties of the welded joints were evaluated in terms of quasi-static and dynamic load and then correlated with the microstructural features. Through the analyzes it has been verified that the addition of Zn as an intermediary metal proved to be effective in reducing the amount of the intermetallic compound formed at the weld interface and consequently the mechanical performance increased about 48 % in the lap shear strength test, 230 % in the cross tensile strength test and 35,31 % in the fatigue test when compared to the welded joints produced by the direct contact among the AA5754-H24 and the AZ31-O sheets.

Submitted by Livia Mello (liviacmello@yahoo.com.br) on 2016-09-15T13:03:07Z No. of bitstreams: 1 DissPAFB.pdf: 2674729 bytes, checksum: fbbf96392e4ce675814ed1c32c1bacfb (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-21T18:30:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissPAFB.pdf: 2674729 bytes, checksum: fbbf96392e4ce675814ed1c32c1bacfb (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-21T18:30:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissPAFB.pdf: 2674729 bytes, checksum: fbbf96392e4ce675814ed1c32c1bacfb (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-21T18:30:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissPAFB.pdf: 2674729 bytes, checksum: fbbf96392e4ce675814ed1c32c1bacfb (MD5) Previous issue date: 2015-02-01 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / One of the main considerations in selecting materials to manufacture aircraft structures is related to weight saving [1]. In this context, the promising aluminum-lithium alloys have been receiving special attention in aerospace applications due to its attractive combination of low density, high specific strength and corrosion resistance [2-5]. Due to difficulties joining these alloys by conventional welding processes associated to their high thermal conductivity and low melting temperature, solid-state joining technologies emerge as great possibilities to simultaneously solve problems of solidification defects and increasing weight. The feasibility of Friction Spot Welding (FSpW) in joining sheets of lightweight material (e.g. aluminum alloys) places this technology as a potential replacement to the spot-like joint processes, as resistance spot welding (RSW) and laser spot welding (LSW), for application in automotive and aerospace industries [6-8]. In this work, the influence of hook defect on the lap shear strength (LSS) of AA2198-T8 friction spot welds was studied. The effects of process parameters was evaluated in terms of LSS and related to the microstructural configurations. The values of hook length measurements and the LSS were used as response in optimization process developed using the statistical tool of DoE technique with Taguchi Method. Finally it was possible to compare the hook behavior with lap shear strength results. The higher influence on the weld performance was exerted by plunge depth whereas rotational speed was found to be a less significant parameter. Through the minimization of the hook defect, a beneficial response on the weld performance was observed, which was associated to the absence of a potential site for crack nucleation. In spite of inherent discontinuities, promising results were found for aluminum joints for aerospace applications. / Uma das principais considerações na seleção de materiais para a fabricação de estruturas de aeronaves está relacionada à redução de peso [1]. Neste contexto, ligas de alumínio-lítio têm se destacado em aplicações aeroespaciais devido à sua atraente combinação de propriedades como baixa densidade, alta resistência específica e resistência à corrosão [2-5]. Devido às dificuldades para união destas ligas por processos convencionais de soldagem associadas às altas condutividades térmicas e baixas temperaturas de fusão, tecnologias de soldagem no estado sólido emergem com grande potencial para simultaneamente reduzir os defeitos de solidificação e aumento de peso. A viabilidade da Soldagem por Fricção por Ponto (do inglês – Friction Spot Welding – FSpW) para unir chapas de materiais leves posiciona esta tecnologia como potencial substituta para os processos de união por ponto, como soldagem por resistência (RSW) e soldagem a laser (LSW), para aplicação nas indústrias automotiva e aeroespacial [6-8]. O presente trabalho visou estudar a influência do defeito de cunha na resistência ao cisalhamento (RC) das juntas da liga de alumínio 2198-T8 fabricadas por FSpW. O efeito dos parâmetros de processo foi avaliado em relação à RC e relacionado com as configurações microestruturais. Os valores de comprimento de cunha e RC foram utilizados como resposta no processo de otimização desenvolvido utilizando-se a ferramenta estatística de planejamento de experimentos com o Método de Taguchi. Por fim, foi possível comparar o comportamento da cunha com os resultados de RC. A maior influência sobre o desempenho de solda foi exercida pela profundidade de penetração enquanto a velocidade de rotação foi um parâmetro menos significativo. Com a minimização da cunha obteve-se uma resposta benéfica no desempenho de solda, o que foi associado à ausência de uma região potencial para a nucleação de trincas. Apesar de descontinuidades inerentes, resultados promissores foram encontrados para juntas de alumínio para aplicações aeroespaciais.

Submitted by Daniele Amaral (daniee_ni@hotmail.com) on 2017-10-09T20:25:42Z No. of bitstreams: 1 DissSBML.pdf: 11036305 bytes, checksum: bfd6a7dc18c9f75ffae64cce4523adf4 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (bco.producao.intelectual@gmail.com) on 2018-01-25T12:34:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissSBML.pdf: 11036305 bytes, checksum: bfd6a7dc18c9f75ffae64cce4523adf4 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (bco.producao.intelectual@gmail.com) on 2018-01-25T12:34:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissSBML.pdf: 11036305 bytes, checksum: bfd6a7dc18c9f75ffae64cce4523adf4 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-25T12:39:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissSBML.pdf: 11036305 bytes, checksum: bfd6a7dc18c9f75ffae64cce4523adf4 (MD5) Previous issue date: 2017-08-28 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Aluminum alloys are widely used in transportation industry to reduce structural weight and fuel consumption. The development of advanced alloys and more effective technologies for joining materials contribute to achieve such objectives. AlMgSc alloys emerge as an interesting option to structural applications due to low density and high mechanical performance, as well as an attractive cost. Friction spot welding (FSpW) process is a novel solid state joining technology that has proven to be suitable for joining lightweight materials. This process is carried out in a few steps and in a short time with low thermal cycles and energy consumption as well as without extra materials addition. Thus, this process is an alternative to industrial techniques such as riveting and resistance spot welding. This work presents, for the first time, the application results of FSpW on AlMgSc sheets in overlapping configuration. The effect of the process parameters, such as rotational speed, plunge depth and plunge time, was investigated in order to obtain joints with higher lap shear strength. The Taguchi method and the analysis of variance were applied to study the influence of each parameter on mechanical properties of the joints. In addition, the welds were submitted to microstructural characterization and a material flow analysis provided an initial understanding about the formation of microstructural features. Therefore, the fatigue performance was analyzed for the condition of higher lap shear strength and the S-N curve was drawn. The results indicated a good static performance of the welds, although the fatigue performance was less satisfactory. Finally, failure mechanisms of static and dynamic tests seemed to be strongly related to geometric features, such as hook, bonding ligament and microstructural transition regions. / Ligas de alumínio são amplamente utilizadas em indústrias de transporte visando a redução do peso estrutural e consumo de combustíveis. O desenvolvimento de ligas avançadas e tecnologias mais efetivas de união contribuem para o alcance de tais objetivos. Ligas do sistema AlMgSc surgem como opção interessante para utilização estrutural devido à baixa densidade e alto desempenho mecânico, aliados a um custo atrativo. O processo de soldagem a ponto por fricção (FSpW) é uma tecnologia recente de união de materiais no estado sólido, que tem se mostrado adequado para a união de ligas leves. Tal processo é realizado em poucas etapas e curto tempo, com baixos ciclos térmicos e consumo energético e sem adição de materiais extras, se mostrando, portanto, uma alternativa a técnicas utilizadas industrialmente, como rebitagem e solda a ponto por resistência. Esse trabalho apresenta, pela primeira vez, resultados de aplicação do FSpW em chapas AlMgSc sobrepostas. O efeito dos parâmetros do processo, como velocidade de rotação, profundidade e tempo de penetração da ferramenta, foi investigado visando a obtenção de soldas com maior resistência em ensaios de cisalhamento, dita condição otimizada. Para tal, foi aplicado o método Taguchi e análise de variância para estudar a importância de cada parâmetro na resistência mecânica das juntas. Além disso, as soldas foram caracterizadas microestruturalmente e uma análise do fluxo de material proporcionou um entendimento inicial acerca da formação de algumas características microestruturais. Ademais, o desempenho em fadiga foi analisado para a condição otimizada de soldagem e a curva S-N foi levantada. Os resultados obtidos apontam um bom desempenho estático das soldas, embora o desempenho em fadiga tenha sido menos satisfatório. Finalmente, os mecanismos de falha, de ensaios estáticos e dinâmicos, foram observados e se mostraram fortemente relacionados a elementos geométricos, como cunha, e linha de união, além de regiões de transições microestruturais. / CNPq: 134654/2016-1