O processo de solda por fricção (FSW) é um dos processos inovadores que está sendo apresentado e estudado, na comunidade cientifica e empresas, por propiciar uma união de excelente qualidade. No entanto existem questões ainda a serem resolvidas principalmente nas soldas de materiais dissimilares como é o caso das ligas de cobre e alumínio. O objetivo deste trabalho é produzir uniões da liga de Cobre e Alumínio, pois esses materiais são qualificados como de difícil soldabilidade pelos sistemas convencionais restringindo assim sua aplicação. Este trabalho avaliou a soldagem de juntas sobrepostas de uma liga de alumínio (ASTM 6060 T5) e a liga de cobre (ASTM-B-187, C 110- têmpera meio dura) em que o cobre é posicionado acima do alumínio. As juntas foram soldadas pelo processo de soldagem por fricção e mistura mecânica (FSW) com quatro velocidades de rotação (800, 900, 1000, e 1100 rpm), com a velocidade de avanço mantida em 10 mm/min. foi também avaliada a influência de um avanço contrário ao inicial (ACI) de 2 mm no início da solda. As juntas produzidas foram avaliadas através de ensaios de cisalhamento, fadiga, microestrutura, ultrassom e resistividade elétrica. Não foi observada influência significativa dos parâmetros de processo sobre a resistência mecânica. No entanto, a soldagem com ACI de 1000 rpm foram os parâmetros que apresentaram os melhores resultados e menor dispersão entre as condições avaliadas. A resistência elétrica das juntas soldadas em todas as condições se mostrou muito próxima da média entre as resistências das ligas utilizadas, indicando a viabilidade da aplicação desse processo em conexões elétricas. Em relação à fadiga, ficou evidenciado um aumento em torno de 30% na vida das juntas soldadas com ACI. Os ensaios de ultrassom não mostraram descontinuidades que comprometessem a aplicação de nenhuma das juntas soldadas. / The friction welding process (FSW) is one of the innovative processes being presented and studied, in the scientific community and companies, for providing a union of excellent quality. However, there are still issues to be solved mainly in soldering of dissimilar materials such as copper and aluminum alloys. The objective of this work is to produce copper and aluminum alloy joints, since these materials are classified as difficult solderability by conventional systems, thus restricting their application. This work evaluated the welding of overlapping joints of an aluminum alloy (ASTM 6060 T5) and the copper alloy (ASTM-B-187, C 110-hardened quench) in which the copper is positioned above the aluminum. The joints were welded by the friction welding and mechanical mixing (FSW) process with four rotational speeds (800, 900, 1000, and 1100 rpm), with the feed rate maintained at 10 mm / min. The influence of a non-initial advance (ACI) of 2 mm at the beginning of the weld was evaluated. The joints produced were evaluated through shear, fatigue, microstructure, ultrasonic and electrical resistivity tests. No significant influence of process parameters on mechanical strength was observed. However, the welding with (ACI) of 1000 rpm were the parameters that presented the best results and lower dispersion among the evaluated conditions. The electrical resistance of the welded joints in all conditions was very close to the average between the resistances of the alloys used, indicating the feasibility of the application of this process in electrical connections. In relation to fatigue, an increase of around 30% in the life of welded joints with (ACI) was evidenced. Ultrasound tests showed no discontinuities that would compromise the application of any of the welded joints.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:26Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-01-24Bitstream added on 2014-06-13T18:42:03Z : No. of bitstreams: 1 clavijo_vgr_dr_arafo.pdf: 969958 bytes, checksum: 57064b07ad94167d21ebb9ba66873da2 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste estudo avaliou-se a resistência ao cisalhamento por extrusão de pinos de fibra de vidro, reembasados ou não com compósito, cimentados com dois tipos de cimentos resinosos em dentina intra-radicular, avaliando os segmentos cervical, médio e apical. Selecionaram-se 40 incisivos bovinos com dimensões semelhantes, removendo a porção coronária, padronizando o comprimento das raízes em 14 mm. Após, incluiu-se as raízes em resina acrílica, realizando tratamento endodôntico e, então o preparo dos espaços para os pinos, dividindo- as, em seguida, aleatoriamente em quatro grupos com dez amostras cada. Os elementos do grupo 1 receberam retentores de fibra de vidro cimentados com cimento resinoso RelyX ARC, grupo 2 retentores de fibra de vidro cimentados com cimento resinoso RelyX U100, grupo 3 retentores de fibra de vidro reembasados com resina composta e cimentados com cimento resinoso RelyX ARC e grupo 4 retentores de fibra de vidro reembasados com resina composta e cimentados com cimento resinoso RelyX U100. Ao término dos procedimentos de cimentação, realizou-se a secção dos segmentos radiculares, submetendo, então, os corpos-de-prova ao teste push-out em máquina de ensaios universal, através de ponta ativa cilíndrica com 1 mm de diâmetro, à velocidade de 0,5 mm/min, até extrusão do retentor. Obteve-se os seguintes valores médios de resistência de união, em MPa: grupo 1, terços cervical = 6,22 ± 2,64(a), médio = 4,25 ± 2,01(a) e apical = 4,45± 2,81(a); grupo 2, terços cervical = 5,04 ± 2,34(a), médio = 3,06 ± 2,12(a) e apical = 3,26 ± 2,38(a). grupo 3, terços cervical = 11,85 ± 1,67(b), médio = 11,83 ± 3,84(b) e apical = 10,39 ± 2,44(b). grupo 4, terços cervical = 12,05 ± 1,14(b), médio = 11,98 ± 3,23(b) e apical = 10,96 ± 2,14(b). Submeteram-se os valores à análise de variância e ao teste de Tukey com nível de significância de 5% indicadas... / This study evaluated the bond strength of fiber posts, relined or not with composite resin, luted with resinous cement to radicular dentin, evaluating cervical, median and apical root segments. Fourty bovine incisors, with similar dimensions, were selected and cut 16 mm from the apical limit. The roots were embedded in acrylic resin and the radicular canals were root treated and post space prepared with a depth of 9 mm. Samples were randomly assigned to two groups of ten roots each. Group 1 received glass fiber posts luted with dual-cure resin cement RelyX ARC in association with a bonding system. In Group 2 the same type of posts were relined with composite for further cementation with resin cement RelyX U100. In Group 3, glass fiber post were relined with composite and cemented with resin cement RelyX ARC and in Group 4 glass fiber posts were relined ith composite and cemented with resin cement RelyX U100. After cementation procedures roots were sectioned transversally and three sections, from cervical, medium and apical thirds were obtained. Push-out test was performed in a universal testing machine with a 1 mm diameter steel rod at cross-head speed of 0,5 mm/min until post extrusion. Collected data was statistically analyzed by two- way ANOVA and Tukey HSD test (p<0,05). The measured retention strengths for cervical, medium and apical thirds were: Group 1, cervical thirds = 6,22 ± 2,64(a), medium = 4,25 ± 2,01(a) e apical = 4,45± 2,81(a); group 2, cervical thirds = 5,04 ± 2,34(a), medium = 3,06 ± 2,12(a) and apical = 3,26 ± 2,38(a). Group 3, cervical thirds = 11,85 ± 1,67(b), medium = 11,83 ± 3,84(b) and apical = 10,39 ± 2,44(b). Group 4, cervical thirds = 12,05 ± 1,14(b), medium = 11,98 ± 3,23(b) and apical = 10,96 ± 2,14(b). Glass fiber composite relined posts presented statistically higher retention values in cervical, medium and apical thirds when compared... (Complete abstract click electronic access below)

Uma nova tecnologia de soldagem, denominada Friction Spot Welding (FSpW) utiliza uma ferramenta rotativa especial que transfere energia térmica e mecânica ao material sendo soldado. O processo se destina à soldagem de juntas sobrepostas, primariamente para ligas leves, mas, em teoria, é aplicável a qualquer material que apresente boa plasticidade. A crescente competitividade tem motivado as indústrias à otimização de processos, o que tem levado ao uso cada vez mais expressivo de ligas leves nas indústrias automobilística e aeronáutica. Soma-se a isto a necessidade de redução do consumo de combustível em veículos, dada a crescente preocupação com as questões do meio ambiente. Estes fatores tornam o processo FSpW um grande atrativo seja na substituição ou no uso complementar de tecnologias consagradas como soldagem a ponto por resistência elétrica e a LASER (indústria automobilística) e rebitagem (indústria aeronáutica). Neste trabalho foi feito um estudo da aplicabilidade do processo FSpW para a liga de alumínio 6181-T4 que tem forte apelo na indústria automotiva. O estudo teve como objetivo avaliar os efeitos dos parâmetros de processo, na microestrutura, na geometria da junta e no desempenho mecânico, além de buscar a otimização do processo para a liga em estudo. Tal otimização foi feita por meio do estudo dos mecanismos de fratura das soldas sob solicitação monotônica de cisalhamento e de tração. Juntas sobrepostas foram produzidas utilizando condições de soldagem variadas, por meio de diferentes combinações de velocidade de rotação e tempo de processamento. Os resultados obtidos mostraram que soldas de alta resistência e de reprodutibilidade são possíveis com este novo processo. O botão de solda FSpW da liga 6181-T4 é constituído de três elementos (União Principal, União Secundária e Cunha). As características destes elementos, somada às transformações metalúrgicas decorrentes do processo, afetam fortemente o comportamento em fratura das juntas e, conseqüentemente, o seu desempenho mecânico. / A new welding technique referred to as Friction Spot Welding (FSpW) suitable to produce overlap joints uses a spindle to transfer mechanical and thermal energy to the material being welded. Although initially developed for lightweight alloys this welding technique is suitable to virtually any material presenting some degree of plasticity. The process has shown potential applicability to complementary use together with other well established techniques such as resistance and LASER spot welding and riveting. In this work a study of the application of the FSpW process for the automotive aluminium alloy 6181-T4 was performed. Overlap joints were produced with different welding conditions by using different combinations of tool rotation speed and welding time. The objectives were the assessment of the welding parameters on the strength, microstructure and geometry of the joints, as well as the optimization of the process. The welded joints were assessed mechanically and metallurgically aiming the investigation of the mechanisms of joint formation and the optimization of the welding parameters. The methodology used for the optimization of the welding parameters was the fracture mechanisms of the joints under shear and tension loads. The results revealed that sound welds with high strength and toughness are possible to be produced with the 6181-T4 alloy using this process. Moreover, the metallurgical investigation revealed that the spot joint is comprised by three elements: Primary Union, Secondary Union and Rim. It was found that the characteristics of these three elements in addition to the metallurgical transformations imposed to the material play a fundamental role on the fracture behaviour of the joints and thus, on its mechanical behaviour.

Este trabalho tem por objetivo estudar um processo alternativo de deposição e reparos em defeitos superficiais de componentes ou estruturas fabricados em aço de alto carbono, utilizando o processo de soldagem de Deposição Superficial por Fricção (Friction Surfacing). Foi avaliada a influência dos parâmetros do processo de deposição como: força axial, velocidade de rotação do pino consumível e velocidade de avanço de deposição nas propriedades mecânicas e metalúrgicas dos depósitos com diferentes materiais consumíveis depositados. Para atingir estes objetivos foram realizados experimentos utilizando um equipamento composto de um motor hidráulico (HMS 3000) da Circle Technical Services Ltd com potência de 50 kW, com capacidade de aplicar força axial de 40 kN e velocidade de rotação de até 8000 rev/min. O sistema hidráulico é fixado a um pórtico que tem uma mesa móvel onde é controlada a velocidade de avanço de deposição, enquanto que o ciclo de soldagem é controlado através de um software em que são indicados os parâmetros desejados de carregamento e velocidade de rotação. Neste estudo foram utilizados como substrato chapas de aço carbono SAE 1070 com espessura de 9 mm e como pinos consumíveis barras redondas com diâmetro de 20 mm dos aços SAE 1045, SAE 4140, SAE 9254, SAE 8620 e AISI 310 variando os parâmetros de deposição. Após as deposições foram realizadas as caracterizações dos depósitos quanto a geometria do depósito (espessura e largura) e da zona termicamente afetada (ZTA), resistência de adesão do depósito (push-off test), macrografias, micrografias em microscópio óptico (MO) e em microscópio eletrônico de varredura (MEV), perfis de microdureza e análise térmica. Os depósitos realizados com força axial de 13,7 kN, velocidade de avanço de 17 mm/s e velocidade de rotação de 3500 rev/min foram que apresentaram melhores propriedades quanto a resistência de adesão do depósito, tendo o pino consumível de aço inoxidável austenítico AISI 310 com o melhor desempenho testado. / This work aims to develop an alternative process of repairing defects in components or structures made of high carbon steel, using the welding process of deposition by surface friction (Friction Surfacing Process). The influences of the deposition process parameters such as axial force, rotational speed of the consumable rod and traverse speed of deposition on the mechanical and metallurgical properties of the deposits with different consumables deposited. To achieve these objectives, experiments were done using a device composed of a hydraulic system (HMS 3000) of Circle Technical Services Ltd. with 50 kW of power, capable of applying axial force of 40 kN and rotation speed of up to 8000 rpm. The hydraulic system is fixing at a rigid gantry that has a sliding table. The welding cycle is controlled by software, which are given the desired parameters of pressure and rotation speed. This study used as the substrate plate carbon steel SAE 1070 and as consumable rod round bars of steel SAE 1045, SAE 4140, SAE 9254, SAE 8620 and AISI 310 changed of deposition parameters. After the depositions were performed characterizations of the deposits on the geometry of the deposit (thickness and width) and the heat affected zone (HAZ), the adhesion strength of deposit (push-off test), macrographs, micrographs by optical microscope (OM) and scanning electron microscopy (SEM), microhardness profiles and thermal analysis. Deposits made with axial force of 13.7 kN, traverse speed of 17 mm/s and rotation speed of 3500 rev/min were presented better properties as the adhesion strength of deposit, with the consumable rod austenitic stainless steel 310 with the best performance tested.

Na tentativa de produzir componentes cada vez mais leves e seguros a industria automotiva vem continuamente atualizando seus produtos no que diz respeito à associação de materiais, uso de uniões por solda, utilização de ligas leves em substituição de ligas de aço e etc. Três são os motivos básicos para estas mudanças: aumento da segurança dos passageiros, diminuição do consumo de combustível e redução os custos de produção. As ligas de alumínio, em sua maioria desenvolvidas para uso em tecnologia aeronáutica, vêm ganhando espaço também na produção de automóveis de passeio. Um dos maiores problemas apresentados pelas ligas de alumínio é a baixa soldabilidade dificultando a produção de componentes como os conhecidos Tailor Welded Blanks (TWB). TWB consiste em unir através de solda materiais de espessura e ou propriedades mecânicas diferentes formando uma geratriz para posterior estampagem de um componente Este trabalho inova confeccionando juntas a partir de chapas de espessuras diferentes (TWB) através de soldagem por fricção e mistura mecânica (SFMM) a partir de ligas de alumínio com velocidades de soldagem convencionais (1m/min) e em altas velocidades atingindo 5 e 10m/min dependendo da liga. Duas ligas de alumínio foram utilizadas, AA5754 (não tratável termicamente) e AA6181 (tratável termicamente). Foram realizados ensaios metalográficos, perfis de microdureza, ensaios de tração. Foram realizados também ensaios para levantamento de curvas limite de conformação através de ensaios de tração em corpos de prova etalhados e ensaios de estampabilidade. Os resultados mostram que o processo SFMM é adequado para soldas de espessuras diferentes em altas velocidades. Os ensaios de microdureza não apresentam as típicas variações observadas em processos de soldagem convencional, os testes mecânicos apresentam bons resultados, especialmente paras as juntas da liga AA6181 que em ambas as condições de soldagem apresentaram valores de tensão próximos aos valores do material de base. Os testes de estampagem mostram que as juntas da liga AA5754 apresentam desempenho superior ao material de base quando conformadas, desta forma provando que essa técnica pode ser utilizada para fabricação de geratrizes para estampagem de componentes.

Orientador: Marcelo Ferrarezi de Andrade / Banca: José Roberto Cury Saad / Banca: Fabio Luiz Camargo Villela Berbert / Banca: Hugo Henriques Alvim / Banca: Victor Humberto Orbegoso Flores / Resumo: Neste estudo avaliou-se a resistência ao cisalhamento por extrusão de pinos de fibra de vidro, reembasados ou não com compósito, cimentados com dois tipos de cimentos resinosos em dentina intra-radicular, avaliando os segmentos cervical, médio e apical. Selecionaram-se 40 incisivos bovinos com dimensões semelhantes, removendo a porção coronária, padronizando o comprimento das raízes em 14 mm. Após, incluiu-se as raízes em resina acrílica, realizando tratamento endodôntico e, então o preparo dos espaços para os pinos, dividindo- as, em seguida, aleatoriamente em quatro grupos com dez amostras cada. Os elementos do grupo 1 receberam retentores de fibra de vidro cimentados com cimento resinoso RelyX ARC, grupo 2 retentores de fibra de vidro cimentados com cimento resinoso RelyX U100, grupo 3 retentores de fibra de vidro reembasados com resina composta e cimentados com cimento resinoso RelyX ARC e grupo 4 retentores de fibra de vidro reembasados com resina composta e cimentados com cimento resinoso RelyX U100. Ao término dos procedimentos de cimentação, realizou-se a secção dos segmentos radiculares, submetendo, então, os corpos-de-prova ao teste push-out em máquina de ensaios universal, através de ponta ativa cilíndrica com 1 mm de diâmetro, à velocidade de 0,5 mm/min, até extrusão do retentor. Obteve-se os seguintes valores médios de resistência de união, em MPa: grupo 1, terços cervical = 6,22 ± 2,64(a), médio = 4,25 ± 2,01(a) e apical = 4,45± 2,81(a); grupo 2, terços cervical = 5,04 ± 2,34(a), médio = 3,06 ± 2,12(a) e apical = 3,26 ± 2,38(a). grupo 3, terços cervical = 11,85 ± 1,67(b), médio = 11,83 ± 3,84(b) e apical = 10,39 ± 2,44(b). grupo 4, terços cervical = 12,05 ± 1,14(b), médio = 11,98 ± 3,23(b) e apical = 10,96 ± 2,14(b). Submeteram-se os valores à análise de variância e ao teste de Tukey com nível de significância de 5% indicadas... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This study evaluated the bond strength of fiber posts, relined or not with composite resin, luted with resinous cement to radicular dentin, evaluating cervical, median and apical root segments. Fourty bovine incisors, with similar dimensions, were selected and cut 16 mm from the apical limit. The roots were embedded in acrylic resin and the radicular canals were root treated and post space prepared with a depth of 9 mm. Samples were randomly assigned to two groups of ten roots each. Group 1 received glass fiber posts luted with dual-cure resin cement RelyX ARC in association with a bonding system. In Group 2 the same type of posts were relined with composite for further cementation with resin cement RelyX U100. In Group 3, glass fiber post were relined with composite and cemented with resin cement RelyX ARC and in Group 4 glass fiber posts were relined ith composite and cemented with resin cement RelyX U100. After cementation procedures roots were sectioned transversally and three sections, from cervical, medium and apical thirds were obtained. Push-out test was performed in a universal testing machine with a 1 mm diameter steel rod at cross-head speed of 0,5 mm/min until post extrusion. Collected data was statistically analyzed by two- way ANOVA and Tukey HSD test (p<0,05). The measured retention strengths for cervical, medium and apical thirds were: Group 1, cervical thirds = 6,22 ± 2,64(a), medium = 4,25 ± 2,01(a) e apical = 4,45± 2,81(a); group 2, cervical thirds = 5,04 ± 2,34(a), medium = 3,06 ± 2,12(a) and apical = 3,26 ± 2,38(a). Group 3, cervical thirds = 11,85 ± 1,67(b), medium = 11,83 ± 3,84(b) and apical = 10,39 ± 2,44(b). Group 4, cervical thirds = 12,05 ± 1,14(b), medium = 11,98 ± 3,23(b) and apical = 10,96 ± 2,14(b). Glass fiber composite relined posts presented statistically higher retention values in cervical, medium and apical thirds when compared... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Tubos de aço inoxidável duplex (AID) são utilizados na indústria petroquímica para transporte de óleo e gás em ambientes agressivos e em condições de corrosão sob tensão. O processo de soldagem destes tubos impõem grandes dificuldades, como longos períodos de soldagem e formação de intermetálicos devido a baixas taxas de resfriamento. Visando investigar alternativas para este processo, o Laboratório de Metalurgia Física (LAMEF) desenvolveu um equipamento (MASF 1500) capaz de realizar o processo de Soldagem de Tubos por Atrito com Anel Rotativo (STAAR). Este processo é mais rápido e não prejudica as propriedades mecânicas como a soldagem convencional, porém apresenta o viés da formação de rebarbas no tubo que precisam ser removidas para transporte de fluidos. Para investigar a formação de rebarba, os campos de deformação e a distribuição térmica na peça, um modelo utilizando o método dos elementos finitos (MEF) foi desenvolvido a partir de resultados experimentais. O modelo termomecânico desenvolvido com o software ABAQUS se baseia apenas nos parâmetros de entrada do equipamento, e se mostrou capaz de reproduzir os resultados de soldagem de força e deslocamento com erros abaixo 15% e 4% respectivamente. A formação de rebarba interna dos tubos foi calculada com erros abaixo de 5% e as distribuições de temperatura e deformação plástica foram analisadas. Considerando que a formação de fases intermetálicas é um dos principais problemas na soldagem convencional dos AID, as temperaturas calculadas com o modelo foram utilizadas para estimar a formação de fase sigma no tubo, tendo valores calculados abaixo de 1%. / Duplex stainless steel pipes are used in oil and gas transport while in aggressive environment and stress corrosion cracking conditions. The common welding process of these pipes is difficult due to long welding periods and intermetallic phase formation by slow cooling rate. As an alternative for this process, the Physical Metallurgy Laboratory (LAMEF) at UFRGS University developed a machine (MASF 1500) capable of performing tube friction welding with a rotary ring process (STAAR – Soldagem de Tubos por Atrito com Anel Rotativo). This process is faster and does not diminish original mechanical properties of the component, however the process presents flash formation which must be removed for fluid transportation. To investigate flash formation, strain fields and thermal fields in the welded samples, a FEM model was developed based on experimental results. The thermo-mechanical model developed in ABAQUS environment is solely based in process input parameters, showing results of force and displacement with errors smaller than 15% and 4% respectively. The internal flash formation calculation showed less than 5% error and the thermal distribution and plastic deformation were analyzed. Considering that intermetallic phases are one of the biggest concerns on duplex stainless steel arc welds, sigma phase formation was calculated from model’s thermal output, showing less than 1% sigma formation.

Os processos de soldagem evoluíram muito nas últimas décadas. Com novas demandas para a indústria, surgimento de materiais mais avançados e com a criticidade dos processos manuais convencionais, o estudo volta-se para os processos de soldagem utilizando o método de fricção. No Brasil a soldagem por fricção ainda é pouco estudada. Os equipamentos existentes praticamente são em sua maioria importados e servem para uma demanda específica na indústria. A construção de uma máquina para estudos e pesquisa nesta área da soldagem é de grande importância para a evolução dos processos, na descoberta de novos métodos de união de materiais e principalmente gerando tecnologia independente de fontes externas. Nas instalações do Laboratório de Metalurgia Física (LAMEF) foi construída uma máquina com grande capacidade de força para soldagem por fricção, principalmente com pino consumível, onde é possível controlar as principais variáveis envolvidas no processo, contribuindo com a pesquisa neste setor. O objetivo deste trabalho é a validação da máquina de soldagem para estudos de soldagem por fricção, comprovando a sua eficiência através de repetitividade e possibilidade de reprodução dos parâmetros das soldas realizadas. Para isso, foi criado um programa para a realização da soldagem. Em uma segunda etapa foram efetuadas as modificações necessárias, variáveis de controle e parâmetros da soldagem, analisando os resultados das propriedades mecânicas e metalúrgicas dos materiais processados. Foram utilizados pinos consumíveis em chapas espessas utilizando variação na força de soldagem para verificação do efeito de preenchimento da solda, análises de consumo de material, verificação de dureza, metalografias, aquisição de temperatura e testes de dobramento. Para realizar aquisição da temperatura de soldagem foram utilizados dois métodos. No primeiro foram produzidas amostras nas quais foram medidas suas temperaturas durante a soldagem através de termopares inseridos na base. O segundo método foi com a aquisição da temperatura da rebarba através de termopares e com pirômetro ótico. Os resultados dos testes com a temperatura, metalografia, dobramento e a dureza encontrada na interface de soldagem foram correlacionados com os parâmetros utilizados. Além dos testes com pinos processados em chapas, foram realizadas soldagens em outras geometrias, de modo a testar a capacidade da máquina e prever modificações nas quais serão possíveis estudos de novas técnicas. / The welding processes have evolved greatly over the last decades. With new needs of modern industry, the arise of advanced materials and the criticality of the conventional manual processes, the research turns to welding using friction methods. In Brazil, friction welding is still not properly explored. Essentially all existing equipment are mostly imported and used for a specific demand in the industry. The construction of a machine for research in this welding area is of great importance for the evolution of the process, the development of new methods of joining materials and mainly to generate national technology independent of external sources. A high load capacity machine was built at the Physical Metallurgy Laboratory (LAMEF) of the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS). The main variables involved in the process can be controlled, contributing to researches in this field. The objective of this work is the validation of the welding machine by evaluating its repeatability. A program was developed to grant the possibility of reproducing the parameters of each welding process. In a second stage, the influence of the control variables and welding parameter were taken into account by analyzing the mechanical and metallurgical properties of the processed material. Consumable pins were processed against thick metal sheets varying the welding force to evaluate the effect on filling, deposition rate, hardness, metallography, temperatures cycle and bending tests. Two methods were used to register the welding temperatures. In the first one, the base specimens were instrumented with thermocouples. In the second one, thermocouples and an optic pyrometer were used to register the temperature at the flash. The results of the temperature tests, metallography, bending tests and bondingline hardness data were correlated with the welding parameters. Besides the pin-sheet base combination, other geometries were welded, in a way to test the equipment capacity and look forward modifications that will provide new joining techniques.

Este trabalho tem por objetivo estudar um processo alternativo de deposição e reparos em defeitos superficiais de componentes ou estruturas fabricados em aço de alto carbono, utilizando o processo de soldagem de Deposição Superficial por Fricção (Friction Surfacing). Foi avaliada a influência dos parâmetros do processo de deposição como: força axial, velocidade de rotação do pino consumível e velocidade de avanço de deposição nas propriedades mecânicas e metalúrgicas dos depósitos com diferentes materiais consumíveis depositados. Para atingir estes objetivos foram realizados experimentos utilizando um equipamento composto de um motor hidráulico (HMS 3000) da Circle Technical Services Ltd com potência de 50 kW, com capacidade de aplicar força axial de 40 kN e velocidade de rotação de até 8000 rev/min. O sistema hidráulico é fixado a um pórtico que tem uma mesa móvel onde é controlada a velocidade de avanço de deposição, enquanto que o ciclo de soldagem é controlado através de um software em que são indicados os parâmetros desejados de carregamento e velocidade de rotação. Neste estudo foram utilizados como substrato chapas de aço carbono SAE 1070 com espessura de 9 mm e como pinos consumíveis barras redondas com diâmetro de 20 mm dos aços SAE 1045, SAE 4140, SAE 9254, SAE 8620 e AISI 310 variando os parâmetros de deposição. Após as deposições foram realizadas as caracterizações dos depósitos quanto a geometria do depósito (espessura e largura) e da zona termicamente afetada (ZTA), resistência de adesão do depósito (push-off test), macrografias, micrografias em microscópio óptico (MO) e em microscópio eletrônico de varredura (MEV), perfis de microdureza e análise térmica. Os depósitos realizados com força axial de 13,7 kN, velocidade de avanço de 17 mm/s e velocidade de rotação de 3500 rev/min foram que apresentaram melhores propriedades quanto a resistência de adesão do depósito, tendo o pino consumível de aço inoxidável austenítico AISI 310 com o melhor desempenho testado. / This work aims to develop an alternative process of repairing defects in components or structures made of high carbon steel, using the welding process of deposition by surface friction (Friction Surfacing Process). The influences of the deposition process parameters such as axial force, rotational speed of the consumable rod and traverse speed of deposition on the mechanical and metallurgical properties of the deposits with different consumables deposited. To achieve these objectives, experiments were done using a device composed of a hydraulic system (HMS 3000) of Circle Technical Services Ltd. with 50 kW of power, capable of applying axial force of 40 kN and rotation speed of up to 8000 rpm. The hydraulic system is fixing at a rigid gantry that has a sliding table. The welding cycle is controlled by software, which are given the desired parameters of pressure and rotation speed. This study used as the substrate plate carbon steel SAE 1070 and as consumable rod round bars of steel SAE 1045, SAE 4140, SAE 9254, SAE 8620 and AISI 310 changed of deposition parameters. After the depositions were performed characterizations of the deposits on the geometry of the deposit (thickness and width) and the heat affected zone (HAZ), the adhesion strength of deposit (push-off test), macrographs, micrographs by optical microscope (OM) and scanning electron microscopy (SEM), microhardness profiles and thermal analysis. Deposits made with axial force of 13.7 kN, traverse speed of 17 mm/s and rotation speed of 3500 rev/min were presented better properties as the adhesion strength of deposit, with the consumable rod austenitic stainless steel 310 with the best performance tested.

Na tentativa de produzir componentes cada vez mais leves e seguros a industria automotiva vem continuamente atualizando seus produtos no que diz respeito à associação de materiais, uso de uniões por solda, utilização de ligas leves em substituição de ligas de aço e etc. Três são os motivos básicos para estas mudanças: aumento da segurança dos passageiros, diminuição do consumo de combustível e redução os custos de produção. As ligas de alumínio, em sua maioria desenvolvidas para uso em tecnologia aeronáutica, vêm ganhando espaço também na produção de automóveis de passeio. Um dos maiores problemas apresentados pelas ligas de alumínio é a baixa soldabilidade dificultando a produção de componentes como os conhecidos Tailor Welded Blanks (TWB). TWB consiste em unir através de solda materiais de espessura e ou propriedades mecânicas diferentes formando uma geratriz para posterior estampagem de um componente Este trabalho inova confeccionando juntas a partir de chapas de espessuras diferentes (TWB) através de soldagem por fricção e mistura mecânica (SFMM) a partir de ligas de alumínio com velocidades de soldagem convencionais (1m/min) e em altas velocidades atingindo 5 e 10m/min dependendo da liga. Duas ligas de alumínio foram utilizadas, AA5754 (não tratável termicamente) e AA6181 (tratável termicamente). Foram realizados ensaios metalográficos, perfis de microdureza, ensaios de tração. Foram realizados também ensaios para levantamento de curvas limite de conformação através de ensaios de tração em corpos de prova etalhados e ensaios de estampabilidade. Os resultados mostram que o processo SFMM é adequado para soldas de espessuras diferentes em altas velocidades. Os ensaios de microdureza não apresentam as típicas variações observadas em processos de soldagem convencional, os testes mecânicos apresentam bons resultados, especialmente paras as juntas da liga AA6181 que em ambas as condições de soldagem apresentaram valores de tensão próximos aos valores do material de base. Os testes de estampagem mostram que as juntas da liga AA5754 apresentam desempenho superior ao material de base quando conformadas, desta forma provando que essa técnica pode ser utilizada para fabricação de geratrizes para estampagem de componentes.