A procura cada vez mais intensa por redução de peso e consequente diminuição do consumo de combustível dos veículos automotores e aeronaves, tem proporcionado um crescimento constante na utilização do alumínio e suas ligas nos diversos setores da indústria de manufatura. No entanto, a dificuldade de união em juntas de alumínio que atendam requisitos de alta resistência à fratura e à fadiga, tem intensificado as pesquisas por novas tecnologias em seu processo de soldagem. Neste contexto, o processo de soldagem denominado Friction Stir Welding (FSW), vem ganhando espaço nas pesquisas e também na indústria. Neste processo, uma ferramenta não consumível é projetada especialmente para ser introduzida nas juntas das chapas a serem soldadas, gerando calor e misturando mecanicamente o material da junta, consolidando a solda. Este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos dos parâmetros de soldagem FSW, na consolidação das propriedades mecânicas das soldas produzidas, na microestrutura, além de buscar a otimização do processo para a liga em estudo. Para tanto, a geometria da ferramenta foi projetada, fabricada e testada, de forma a definir os parâmetros ideais para obtenção de juntas soldadas sem defeitos. Uma máquina fresadora CNC foi utilizada para a execução dos testes. As soldas foram produzidas em chapas de alumínio da liga Al 5182-O com espessura de 3,25mm, com velocidade rotacional da ferramenta mantida constante em 500 rpm e velocidades de soldagem de 50, 100, 150, 200 e 250 mm/min. A ferramenta foi inclinada em um ângulo de 1º, todas as soldas foram realizadas com sentido horário de rotação, após a realização dos testes as juntas soldadas foram submetidas a uma série de ensaios destrutivos e não destrutivos caracterizando cada teste realizado. Juntas de topo com penetração completa e livre de defeitos foram produzidas com velocidades de soldagem de 100, 150, 200 e 250 mm/min, enquanto com a velocidade de soldagem de 50 mm/min resultou em defeito do tipo vazio na zona da mistura no lado do avanço, defeito este caracterizado através de inspeção por microtomografia, o que fez com que as soldas produzidas com esta velocidade de soldagem rompessem na junta soldada. Em todas as velocidades de soldagem a caracterização através de microscopia óptica na seção transversal das soldas revelou um refino microestrutural, obtido pelo fenômeno de recristalização dinâmica, que resultou em um aumento nos valores de dureza na zona da mistura. Os resultados obtidos demostram que soldas de boa qualidade podem ser produzidas com este processo. Além disso, foi estabelecida uma correlação entre a história térmica associada ao processo de FSW, a microestrutura produzida e o desempenho mecânico das juntas soldadas. / The increasingly intense demand for weight reduction and consequent reduction of the fuel consumption of motor vehicles and aircraft , has provided a steady growth in the use of aluminum and its alloys in various sectors of the manufacturing industry , but the difficulty in joining together aluminum that meet high fracture resistance and fatigue , has intensified the research for new technologies in the process of welding. In this context , the welding process called Friction Stir Welding ( FSW ) has been gaining ground in research and also in industry . In this process , non-consumable tool is specially designed to be inserted in the joints of the plates to be welded, generating heat and mechanically mixing the gasket material, consolidating the weld. This study aimed to evaluate the effects of welding parameters FSW , the consolidation of the mechanical properties of the welds produced, microstructure, and seek to optimize the process for the alloy under study. For this, the geometry of the tool is designed, manufactured and tested in order to define the optimal parameters for obtaining welded joints without defects. A milling machine CNC was used for the tests. The welds were produced in sheets of aluminum alloy Al 5182-O with a thickness of 3,25mm with rotational speed of the tool maintained constant at 500 rpm and welding speeds of 50, 100, 150, 200 and 250 mm / min, the tool was tilted at an angle of 1°, all welds were performed with clockwise direction of rotation, after the tests the welded joints were subjected to a series of destructive testing and nondestructive characterizing each test performed. Butt welding with full penetration and free defects were produced with welding speeds of 100, 150, 200 and 250 mm / min, while with the welding speed 50 mm / min resulted in failure of the void type in the zone of the mixture side of the advance, this defect characterized by inspection by microtomography, which has meant that the welds produced with this welding speed would break the joint weld. In all welding speeds characterization by optical microscopy in cross section of welds revealed a microstructure refining, obtained by dynamic recrystallization phenomenon, for which resulted in an increase in the hardness values in the mixing zone. The results demonstrate that good quality welds can be produced with this process. Moreover, a correlation between the thermal history associated with the process produced the microstructure and mechanical performance of welded joints was established.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / A more detailed and accurate study of the thermal phenomena involved in arc welding processes is of great importance for both simulation developers of metallurgical transformations and residual stresses generation and users in general, whom need to understand this phenomenology to take decisions. In terms of thermal phenomena, heat input and its derivatives (such as thermal efficiency and fusion efficiency are the most representative parameters in welding engineering. However, scientific and technical literatures are very divergent on heat input values. In addition, they do not discuss the actual heat flow inside the plate. Initial tests demonstrated that these inconsistencies are due to systematic and random errors that occur during heat input measurements. Thus, the major purpose of this work was to develop a methodological approach to determine the heat input due to a welding process, which would be more representative of the heat that actually diffuses inside the workpiece and free of the assessment method and parameter influence. Thus, this actual heat input could be generally used in calculations that require this welding parameter. As methodological base, a descriptive model of heat flow in the welding region was developed. Then, a methodology to determine a heat input value free of measurement errors (here called as net heat input) was proposed and applied to cryogenic calorimetry. This procedure was validated using several welding conditions. The results demonstrated the proper functioning of the proposed methodology, regardless the welding process and its variables. It is expected that, with the application of the net heat input values, the calculations and simulations involved in welding engineering turn into more robust, since the use of such imprecise parameter as thermal efficiency is dispensed. / O conhecimento mais detalhado e preciso dos fenômenos térmicos envolvidos no processo de soldagem é de grande importância, tanto para os que desenvolvem simulações de transformações metalúrgicas e geração de tensões térmicas, como para os usuários de forma geral, que precisam entender essa fenomenologia para tomar decisões. Em termos de fenômenos térmicos, os parâmetros mais representativos na engenharia de soldagem são o calor imposto e seus derivados (tais como rendimento térmico e rendimento de fusão). No entanto, as literaturas científica e técnica são muito divergentes quanto aos valores de calor imposto. Também não discutem o real fluxo de calor dentro da chapa. Testes iniciais demonstraram que estas inconsistências existem devido aos erros sistemáticos e aleatórios que ocorrem durante as medições do calor imposto. Assim, o objetivo maior deste trabalho foi desenvolver uma abordagem metodológica para determinação do calor imposto por um processo de soldagem, que seja mais representativo do calor que realmente difunde pela peça e isento da influência dos métodos e parâmetros de ensaio, de tal forma que possa ser usado genericamente em cálculos de soldagem que necessitem deste parâmetro. Para este fim, como base metodológica, foi desenvolvido um modelo descritivo de fluxo de calor na região de soldagem. Em seguida, foi proposta uma metodologia para determinação de um calor imposto isento dos erros de medição (chamado aqui de calor imposto líquido) aplicado à calorimetria criogênica. Esse procedimento foi validado para várias condições de soldagem. Os resultados obtidos demonstraram um adequado funcionamento da metodologia proposta, independentemente do processo de soldagem e suas variáveis. Espera-se que, com a aplicação do calor imposto líquido, os cálculos e simulações envolvidos na engenharia de soldagem sejam mais robustos, uma vez que se dispensa o uso de um parâmetro impreciso, como o rendimento térmico. / Doutor em Engenharia Mecânica

A procura cada vez mais intensa por redução de peso e consequente diminuição do consumo de combustível dos veículos automotores e aeronaves, tem proporcionado um crescimento constante na utilização do alumínio e suas ligas nos diversos setores da indústria de manufatura. No entanto, a dificuldade de união em juntas de alumínio que atendam requisitos de alta resistência à fratura e à fadiga, tem intensificado as pesquisas por novas tecnologias em seu processo de soldagem. Neste contexto, o processo de soldagem denominado Friction Stir Welding (FSW), vem ganhando espaço nas pesquisas e também na indústria. Neste processo, uma ferramenta não consumível é projetada especialmente para ser introduzida nas juntas das chapas a serem soldadas, gerando calor e misturando mecanicamente o material da junta, consolidando a solda. Este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos dos parâmetros de soldagem FSW, na consolidação das propriedades mecânicas das soldas produzidas, na microestrutura, além de buscar a otimização do processo para a liga em estudo. Para tanto, a geometria da ferramenta foi projetada, fabricada e testada, de forma a definir os parâmetros ideais para obtenção de juntas soldadas sem defeitos. Uma máquina fresadora CNC foi utilizada para a execução dos testes. As soldas foram produzidas em chapas de alumínio da liga Al 5182-O com espessura de 3,25mm, com velocidade rotacional da ferramenta mantida constante em 500 rpm e velocidades de soldagem de 50, 100, 150, 200 e 250 mm/min. A ferramenta foi inclinada em um ângulo de 1º, todas as soldas foram realizadas com sentido horário de rotação, após a realização dos testes as juntas soldadas foram submetidas a uma série de ensaios destrutivos e não destrutivos caracterizando cada teste realizado. Juntas de topo com penetração completa e livre de defeitos foram produzidas com velocidades de soldagem de 100, 150, 200 e 250 mm/min, enquanto com a velocidade de soldagem de 50 mm/min resultou em defeito do tipo vazio na zona da mistura no lado do avanço, defeito este caracterizado através de inspeção por microtomografia, o que fez com que as soldas produzidas com esta velocidade de soldagem rompessem na junta soldada. Em todas as velocidades de soldagem a caracterização através de microscopia óptica na seção transversal das soldas revelou um refino microestrutural, obtido pelo fenômeno de recristalização dinâmica, que resultou em um aumento nos valores de dureza na zona da mistura. Os resultados obtidos demostram que soldas de boa qualidade podem ser produzidas com este processo. Além disso, foi estabelecida uma correlação entre a história térmica associada ao processo de FSW, a microestrutura produzida e o desempenho mecânico das juntas soldadas. / The increasingly intense demand for weight reduction and consequent reduction of the fuel consumption of motor vehicles and aircraft , has provided a steady growth in the use of aluminum and its alloys in various sectors of the manufacturing industry , but the difficulty in joining together aluminum that meet high fracture resistance and fatigue , has intensified the research for new technologies in the process of welding. In this context , the welding process called Friction Stir Welding ( FSW ) has been gaining ground in research and also in industry . In this process , non-consumable tool is specially designed to be inserted in the joints of the plates to be welded, generating heat and mechanically mixing the gasket material, consolidating the weld. This study aimed to evaluate the effects of welding parameters FSW , the consolidation of the mechanical properties of the welds produced, microstructure, and seek to optimize the process for the alloy under study. For this, the geometry of the tool is designed, manufactured and tested in order to define the optimal parameters for obtaining welded joints without defects. A milling machine CNC was used for the tests. The welds were produced in sheets of aluminum alloy Al 5182-O with a thickness of 3,25mm with rotational speed of the tool maintained constant at 500 rpm and welding speeds of 50, 100, 150, 200 and 250 mm / min, the tool was tilted at an angle of 1°, all welds were performed with clockwise direction of rotation, after the tests the welded joints were subjected to a series of destructive testing and nondestructive characterizing each test performed. Butt welding with full penetration and free defects were produced with welding speeds of 100, 150, 200 and 250 mm / min, while with the welding speed 50 mm / min resulted in failure of the void type in the zone of the mixture side of the advance, this defect characterized by inspection by microtomography, which has meant that the welds produced with this welding speed would break the joint weld. In all welding speeds characterization by optical microscopy in cross section of welds revealed a microstructure refining, obtained by dynamic recrystallization phenomenon, for which resulted in an increase in the hardness values in the mixing zone. The results demonstrate that good quality welds can be produced with this process. Moreover, a correlation between the thermal history associated with the process produced the microstructure and mechanical performance of welded joints was established.

A procura cada vez mais intensa por redução de peso e consequente diminuição do consumo de combustível dos veículos automotores e aeronaves, tem proporcionado um crescimento constante na utilização do alumínio e suas ligas nos diversos setores da indústria de manufatura. No entanto, a dificuldade de união em juntas de alumínio que atendam requisitos de alta resistência à fratura e à fadiga, tem intensificado as pesquisas por novas tecnologias em seu processo de soldagem. Neste contexto, o processo de soldagem denominado Friction Stir Welding (FSW), vem ganhando espaço nas pesquisas e também na indústria. Neste processo, uma ferramenta não consumível é projetada especialmente para ser introduzida nas juntas das chapas a serem soldadas, gerando calor e misturando mecanicamente o material da junta, consolidando a solda. Este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos dos parâmetros de soldagem FSW, na consolidação das propriedades mecânicas das soldas produzidas, na microestrutura, além de buscar a otimização do processo para a liga em estudo. Para tanto, a geometria da ferramenta foi projetada, fabricada e testada, de forma a definir os parâmetros ideais para obtenção de juntas soldadas sem defeitos. Uma máquina fresadora CNC foi utilizada para a execução dos testes. As soldas foram produzidas em chapas de alumínio da liga Al 5182-O com espessura de 3,25mm, com velocidade rotacional da ferramenta mantida constante em 500 rpm e velocidades de soldagem de 50, 100, 150, 200 e 250 mm/min. A ferramenta foi inclinada em um ângulo de 1º, todas as soldas foram realizadas com sentido horário de rotação, após a realização dos testes as juntas soldadas foram submetidas a uma série de ensaios destrutivos e não destrutivos caracterizando cada teste realizado. Juntas de topo com penetração completa e livre de defeitos foram produzidas com velocidades de soldagem de 100, 150, 200 e 250 mm/min, enquanto com a velocidade de soldagem de 50 mm/min resultou em defeito do tipo vazio na zona da mistura no lado do avanço, defeito este caracterizado através de inspeção por microtomografia, o que fez com que as soldas produzidas com esta velocidade de soldagem rompessem na junta soldada. Em todas as velocidades de soldagem a caracterização através de microscopia óptica na seção transversal das soldas revelou um refino microestrutural, obtido pelo fenômeno de recristalização dinâmica, que resultou em um aumento nos valores de dureza na zona da mistura. Os resultados obtidos demostram que soldas de boa qualidade podem ser produzidas com este processo. Além disso, foi estabelecida uma correlação entre a história térmica associada ao processo de FSW, a microestrutura produzida e o desempenho mecânico das juntas soldadas. / The increasingly intense demand for weight reduction and consequent reduction of the fuel consumption of motor vehicles and aircraft , has provided a steady growth in the use of aluminum and its alloys in various sectors of the manufacturing industry , but the difficulty in joining together aluminum that meet high fracture resistance and fatigue , has intensified the research for new technologies in the process of welding. In this context , the welding process called Friction Stir Welding ( FSW ) has been gaining ground in research and also in industry . In this process , non-consumable tool is specially designed to be inserted in the joints of the plates to be welded, generating heat and mechanically mixing the gasket material, consolidating the weld. This study aimed to evaluate the effects of welding parameters FSW , the consolidation of the mechanical properties of the welds produced, microstructure, and seek to optimize the process for the alloy under study. For this, the geometry of the tool is designed, manufactured and tested in order to define the optimal parameters for obtaining welded joints without defects. A milling machine CNC was used for the tests. The welds were produced in sheets of aluminum alloy Al 5182-O with a thickness of 3,25mm with rotational speed of the tool maintained constant at 500 rpm and welding speeds of 50, 100, 150, 200 and 250 mm / min, the tool was tilted at an angle of 1°, all welds were performed with clockwise direction of rotation, after the tests the welded joints were subjected to a series of destructive testing and nondestructive characterizing each test performed. Butt welding with full penetration and free defects were produced with welding speeds of 100, 150, 200 and 250 mm / min, while with the welding speed 50 mm / min resulted in failure of the void type in the zone of the mixture side of the advance, this defect characterized by inspection by microtomography, which has meant that the welds produced with this welding speed would break the joint weld. In all welding speeds characterization by optical microscopy in cross section of welds revealed a microstructure refining, obtained by dynamic recrystallization phenomenon, for which resulted in an increase in the hardness values in the mixing zone. The results demonstrate that good quality welds can be produced with this process. Moreover, a correlation between the thermal history associated with the process produced the microstructure and mechanical performance of welded joints was established.

Abstract This research work focuses on how to improve the toughness of heat affected zones (HAZs) of low heat input welds in the case of high strength thermomechanically processed (TMCP) and recrystallization controlled rolled and accelerated cooled (RCR) plates with yield strengths of 355–500 MPa. Experimental work was aimed at the investigation of the intragranular nucleation of acicular ferrite or bainite in hot-rolled plates and the evaluation of the Charpy V and CTOD toughness of the most critical sub-zones of the weld HAZ using simulated specimens with a cooling time t8/5 = 5 s. The zones studied were the coarse grained HAZ (CGHAZ), the intercritically reheated coarse-grained HAZ (ICCGHAZ) and the intercritical HAZ (ICHAZ), the metallographical analyses consisted of microstructural investigations complemented with hardness measurements. Optical, scanning and transmission electron microscopy techniques were employed together with image and electron backscatter diffraction (EBSD) analysis. The test results showed that the toughness of the various sub-zones of the HAZ is improved by promoting intragranularly nucleated ferritic-bainitic (acicular) microstructure in both the CGHAZ and in the base plate. In this way, the sub-zones subjected to intercritical thermal cycles (the ICCGHAZ and the ICHAZ) develop evenly distributed M-A constituents between ferrite and bainite laths. These favourable microstructures can be achieved by using titanium killing or by avoiding niobium microalloying by using copper plus nickel alloying instead. In the laboratory experiments titanium killed steel, containing titanium-manganese oxide/manganese sulphide inclusions with a number density of 300–750 particles/mm2, develops a largely acicular ferritic microstructure in the base plate provided the austenite grain size is greater than about 120 μm and the cooling rate is in the range 6–11 °C/s down to 500 °C. Under plate mill conditions, no significant amount of acicular ferrite could be obtained, because it was not possible to achieve austenite grain sizes larger than about 70 μm after rolling. However, a significant fraction of acicular ferritic-bainitic microstructure was achieved in the CGHAZ, when the austenite grain size exceeded 90 μm. When achieved, a uniform distribution of M-A particles in an acicular ferritic-bainitic microstructure improves toughness. Cracks nucleate at numerous sites on M-A/ferrite boundaries or bainite packet interfaces, but they are initially arrested in the acicular matrix. Crack growth finally occurs by linking of the numerous arrested microcracks.

High strength low alloy (HSLA) steels have been developed to simultaneously have high yield strength and high fracture toughness. However, in practical applications steel must be welded. Traditional arc welding has proven detrimental to the fracture toughness of HSLA steels. Friction stir welding has recently shown mixed results in welding HSLA steels. The range of welding parameters used in these recent studies however has been very limited. With only a few welding parameters tested, the effect of spindle speed, travel speed, and heat input on the fracture toughness of friction stir welded HSLA steel remains unknown. To understand how the friction stir welding process parameters affect fracture toughness, double sided welds in API X80 were performed and analyzed. Results show that at room temperature friction stir welded API X80 exceeded industry minimum fracture toughness requirements in both the API Standard 1104 and DNV-OS-F101 by 143% and 62%, respectively. The process parameters of spindle speed and HI have been shown to effectively control the fracture toughness of the stir zone. Relationships have been established that show that fracture toughness increased by 85% when spindle speed decreased by 59% and heat input decreased by 46%.

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Orientador: Prof. Dr. Gerson Luiz Mantovani / Coorientador: Prof. Dr. Renato Altobelli Antunes / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, Santo André, 2018. / Recentemente, a indústria automotiva tem acelerado os esforços para melhorar a economia de combustível dos automóveis. Os aços de alta resistência possibilitam a redução de peso, garantindo a segurança e desempenho. A Microestrutura, propriedades mecânicas e comportamento de corrosão de juntas soldadas de dois aços de alta resistência (LNE500 e AHSS900) foram estudados. Os aportes térmicos utilizados foram de 0,72, 0,70, 0,47 e 0,31 kJ/mm utilizando soldagem a arco elétrico. A microestrutura da junta soldada foi analisada por microscopia eletrônica de transmissão, microscopia eletrônica de varredura, microscopia óptica e difração de raios X. Os resultados confirmam a influência do aporte térmico na microestrutura, fases cristalinas, tamanho de grão, precipitados e suas distribuições. O perfil de dureza (Vickers) revelou uma região de amolecimento localizado na zona afetada pelo calor (ZAC) com grãos finos para as juntas soldadas do metal de base AHSS900. Os resultados do teste de tração revelaram uma variação significativa do escoamento e da resistência à tração entre o metal de base e as amostras soldadas, com a última apresentando ductilidade e resistência reduzidas. O comportamento de corrosão foi estudado utilizando impedância eletroquímica, polarização potenciodinâmica e técnica de varredura por eletrodo vibracional (SVET). A combinação dessas técnicas indicou onde e como a corrosão aconteceu. ZAC e metal de base atuaram como ânodo e o cordão de solda atuou como cátodo. SVET revelou que a corrosão iniciou no cordão de solda e se espalhou pela superfície da junta soldada. A grande quantidade de locais ativos (óxidos) e o alto teor de Si no cordão de solda podem ter sido responsáveis pelo início da corrosão nessa região. As imagens de microscopia confocal mostraram que a ZAC e o metal de base corroeram mais rápido do que o cordão de solda. / Recently, automotive producers have been accelerating efforts to significantly improve vehicle fuel economy. High-strength steels have been proven to achieve weight reduction while meeting vehicle safety and performance requirements. The microstructure, mechanical properties and corrosion behaviour of gas metal arc welded joints of two high strength steels (LNE500 and AHSS900) have been studied. The welded joints were obtained using heat input of 0.72, 0.70, 0.47 and 0.31 kJ/mm. The microstructure was investigated by transmission electron microscopy, scanning electron microscopy, optical microscopy and X-ray diffraction. The results confirm the influence of heat input on the microstructure, crystalline phases, grain size, precipitates size and distribution. Vickers microhardness test revealed a softening region in the fine-grained heat affected zone (FGHAZ) for the AHSS900 welded joints. The tensile test results revealed a significant variation in the magnitude of yield and tensile strength between the base metal and welded samples, with the latter exhibiting reduced ductility and strength. Corrosion behaviour was studied using electrochemical impedance spectroscopy, potentiodynamic polarisation and scanning vibrating electrode technique (SVET). The combination of these techniques indicated that HAZ and BM acted as the anode and weld metal (WM) acted as the cathode of the galvanic couple. SVET showed that corrosion started in the WM and, then, it spread to the whole joint. The high amount of active sites (oxide inclusions) and the high Si content in the WM may be responsible for corrosion initiation. HAZ/BM corroded faster than WM, producing a depth difference, which was detected by confocal laser scanning microscope.

The diploma thesis deals with stating the aspects of reliability in product compatibility evaluation, namely with stating result uncertainty in product parameters testing and diagnosis which are imperative for introduction of the product to the market. The practical part of the thesis focuses on stating selected uncertainty in warm-water boilers testing, especially in gas fueled boilers with rated thermal input of max. 70 kW.

The subject of this diploma thesis is the elaboration of documentation for the construction of a hotel with a restaurant in Rožnov pod Radhoštěm. The building is designed for short-term accommodation of 50 people. The building is functionally divided into a hotel part and a restaurant part. It is a detached object L-shaped building. The building is designed as a classic building with masonry system. The hotel part is designed as a two-storey with masonry system and sloping roof. The restaurant part is designed as a two-storey with basement. This part is also from masonry system and with sloping roof. The building has 22 double rooms, 1 apartment for 4 people and 1 room for people with reduced mobility, restaurant and technical facilities.