Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2014. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2014-11-14T13:52:37Z No. of bitstreams: 1 2014_FillipeMendonçaAlbuquerque.pdf: 6171226 bytes, checksum: a6d6f3b8e2e6abb042460d32c8a6f92d (MD5) / Approved for entry into archive by Patrícia Nunes da Silva(patricia@bce.unb.br) on 2014-11-17T11:25:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_FillipeMendonçaAlbuquerque.pdf: 6171226 bytes, checksum: a6d6f3b8e2e6abb042460d32c8a6f92d (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-17T11:25:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_FillipeMendonçaAlbuquerque.pdf: 6171226 bytes, checksum: a6d6f3b8e2e6abb042460d32c8a6f92d (MD5) / A modelagem de parâmetros indiretos (em inglês Indirect Welding Parameters, IWP) e diretos (em inglês Direct Welding Parameters, DWP) é alvo de investigação desde 1940 através de modelos analíticos, seguido de modelos empíricos, estatísticos, por redes neurais, entre outros. No entanto, ainda é superficial o conhecimento que se tem sobre a relação de IWP e DWP que atenda os requisitos de projetos em soldagem estrutural em juntas de ângulo em 90°. Este trabalho apresenta um método para associar por probabilidades um grupo de IWP, como as variáveis tensão elétrica de soldagem, velocidade de soldagem e velocidade de alimentação do arame, aos critérios de projetos de junta tipo T como elemento estrutural, através da aplicação da Regra de Bayes em um universo definido por planejamento fatorial. Os dados foram coletados a partir do processo de soldagem a arco elétrico com gás de proteção, alimentação contínua de eletrodo não revestido e sólido, em modo de transferência por curto-circuito (em inglês Gas Metal Arc Welding). Utilizaram-se juntas de ângulo de 90º, com cordões intermitentes em apenas um lado da junta, na posição 2F. Amostras foram colhidas de secções transversais das juntas e medidas em um projetor de perfil. Os resultados mostram que é possível direcionar a configuração das variáveis de entrada do processo de soldagem através das distribuições de probabilidade obtidas para um dado valor de largura do filete, considerando o conhecimento a priori do universo investigado e o cálculo das relações de IWP e DWP por Regra de Bayes. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Researches about modeling Indirect and Direct Welding Parameters are around since 1940, through analytical, empirical, statistical, neural networks, among other models. Nonetheless, the knowledge about them is still superficial when the subject is the relationship of IWP and DWP required on 90º angled welded joints at structural weldments. This work presents a method to associate by probabilities a group of IWP, such as welding voltage, welding speed and wire feed speed variables, to T joint welding requirements as a structural element through Bayes Rule in a universe defined by factorial planning. The data is collected from a GMAW-S process in a 90º steel angled joint, with intermittent weld bead on one side of the joint, at 2F welding position. Samples were collected from a transversal sectioning of the joint and measured in a profile projector. The results showed that is possible to guide the configuration of input welding variables through probabilities distributions obtained given a known fillet size, having considered the a priori knowledge of the researched universe and the calculus of the Bayes relationships.

Comentado inicialmente o fato de que até hoje continuam altos os índices de falhas em estruturas soldadas e são mencionadas as trincas como uma de suas maiores causas, citando-se opiniões de reconhecidas autoridades no assunto. O termo "soldabilidade" é apresentado, sendo analisadas as dificuldades em precisar-se seu real significado, inferindo-se que ele é aplicável, com exatidão, somente para cada caso em particular. Explana-se as idéias fundamentais existentes com relação ao crescimento epitaxial e competitivo, realizando-se uma análise da influência dos parâmetros de soldagem sobre as estruturas de solidificação e microsegregação. Exemplifica-se a ação desse fenômeno sobre a formação das "Trincas a Frio na Zona do Metal Soldado", demonstrando-se a influência positiva de manipulação inteligente dos parâmetros "gradiente de temperatura no líquido" e "velocidade de crescimento do sólido" na solda, sobre a distribuição do hidrogênio. Numa pesquisa bibliográfica relativamente vasta, apresenta-se o estágio atual do conhecimento sobro o mecanismo e natureza das Trincas de Solidificação. Mostra-se suas características mais importantes, evolução histórica das pesquisas fundamentais para o desvendamento do suas particularidades e as teorias atualmente celtas quanto sua formação, todas elas indicando-se uma ação conjugada de deformação/microsegregação. Além disso, relata-se os fatores mais importantes relacionados com a suscetibilidade às Trincas de Solidificação, tanto sob o ponto de vista operacional, do lado "prático" da soldagem, quanto do prisma da ação dos elementos químicos, arrolando-se uma larga série de sugestões para minimizar essa suscetibilidade, assumindo vulto essas informações, pois são pouquíssimos e geralmente de abordagem superficial os trabalhos existentes sobre o assunto em língua portuguesa. Descreve-se e indica-se o uso dos ensaios mais usuais de soldadibilidade, relacionando suas várias categorias com os fenômenos das deformações e noções fundamentais de constrangimento das juntas soldadas. Discute-se, ainda, detalhadamente, a utilização do Teste Verestraint e suas variantes (Transvarestraint e Spot Varestraint), demonstrando-se as limitações de cada caso, além de discorrer-se sobre o fatos humano no problema. Apresenta-se, também, uma tabela que tenta englobar de maneira sintética os principais aspectos dos Testes vistos. Utilizando-se o Teste Varestraint, com TIG sem metal de adição, para estudar a suscetibilidade do metal base às Trincas de Solidificação, ale dos convecionais relaciomentos entre o Comprimento Total das Trincas médio, já que utilizamos sempre a média de no mínimo três ensaios com intensidade de corrente ou deformação, analisa-se o efeito da velocidade de soldagem, mantidos outros parâmetros constantes, o que sugeriu-nos uma interessante conclusão sobre o aspecto diferenciado, em relação à energia de soldagem, dos parâmetros corrente a velocidade. Através de análise metalográfica ótica e ao Microscópio Eletrônico de Varredura, discute-se aspectos característicos das Trincas de Solidificação, sendo que nesse último aparelho a trinca mostra-se de forma indiscutivelmente dendrítica, enquanto que os ataques utilizados em metalografica óptica permite-nos observar seu caminho intergranular, na estrutura secundária, ou, interdendrítico, quando a estrutura é primária. Estende-se o trabalho e avalia-se a influência do metal de adição proporcionado por dois processos distintos (MAG e Arco-Submerso), soldados superficialmente sobre a chapa e após fresado o excesso, sendo que, aparentemente, constata-se que o fator possível de ser relacionado com a sua suscetibilidade às Trincas de Solidificação é a razão fator de ser relacionado com a sua suscetibilidade às Trincas de Silidificação é a razão penetração/largura do cordão soldado, além de o metal base apresentar maior suscetibilidade às Trincas de Solidificação do que os metais de adição diluídos, dentro da faixa de trabalho utilizada.

Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo, 2018

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2011

Dissertation submitted for the degree of Doctor of Philosophy at the University of Bristol, Department of Mechanical Engineering, under supervisory Prof. R.D. Adams

O presente trabalho focou no estudo das propriedades mecânico/metalúrgicas de juntas do aço DP 1000 soldadas a topo (1G) pelo processo MAG e efeito do tratamento de bake hardening sobre as mesmas, tendo sido dividido em duas etapas. Na primeira foi analisado isoladamente o efeito de diferentes energias de soldagem (isto é, promovendo-se diferentes taxas de resfriamento). Neste estágio ainda foi avaliada a influência de dois distintos metais de adição sobre as propriedades mecânicas finais das juntas. Na segunda etapa, algumas das juntas foram tratadas termicamente por bake hardening, para então terem suas propriedades mecânico/metalúrgicas também analisadas. Foi constatada uma queda visível de dureza na zona afetada pelo calor (ZAC), em virtude do revenido da martensita do metal base; coincidentemente as fraturas de todos os ensaios de tração (em qualquer condição) ocorreram invariavelmente na vizinhança desta região. Uma vez que as fraturas das juntas como soldadas ocorreram na ZAC, ficou implícito não ter havido nenhuma diferença substancial entre as propriedades mecânicas finais das juntas dos dois metais de adição. As quedas dos limites de escoamento e de resistência do metal base foram inerentes às juntas como soldadas (levando em conta as condições de soldagem utilizadas); contudo, quando a mínima energia de soldagem foi aplicada, esta perda de propriedades mecânicas foi minimizada, em razão do grau de abrandamento da ZAC ter sido menor. Os parâmetros escolhidos para bake hardening (duas corridas de 150 oC por 30 min) permitiram que as juntas soldadas com taxas de resfriamento máximas (isto é, soldadas com mínima energia de soldagem) obtivessem limite de escoamento e resistência 16% e 17% superiores, respectivamente, às mesmas juntas no estado como soldado. Este resultado recomenda o tratamento de bake hardening como alternativa à perda de resistência das juntas de DP 1000 pós soldagem. Contudo, as juntas soldadas com taxas de resfriamento menores (isto é, soldadas com maiores energias de soldagem) não apresentaram incremento em suas propriedades mecânicas após baking. / The present work focused on the study of mechanical/metallurgical properties of DP 1000 joints welded in flat position (1G) and the effect of bake hardening heat treatment over them, being divided in two stages. At the first stage it was primarily analyzed the effect of different heat inputs (i.e. different cooling rates were promoted). In this stage was also evaluated the effect of two different filler metals on final mechanical properties of these joints. At the second stage, some of these joints were heat treated by bake hardening, and then they also had their mechanical/metallurgical properties analyzed. It was found a drop of hardness in heat affected zone (HAZ) due to martensite tempering; coincidently fractures of all tensile tested joints (at any condition) always occurred in the vicinity of this region. Since all as welded joints fractured in HAZ, it was concluded that there was no substantial difference between the final mechanical properties of both filler metals. It was noticed, that the decrease of base metal's yield and tensile strength were inherent to the as welded joints (considering the welding conditions used); however, when minimal heat input was used, these drop of mechanical properties were less pronounced, once the degree of HAZ softening was smaller. The chosen bake hardening parameters (two runs of 150 oC for 30 min) allowed welded joints with maximum cooling rates (i.e. welded with. minimal heat input) to have yield and tensile strength 16% and 17% higher, respectively, when compared to same joints in as welded conditions. This result recommends bake hardening as an alternative to minimize strength loss of DP welded joints. However, joints welded with lower cooling rates (i.e. welded with higher heat inputs) did not have their mechanical properties increased after bake hardening.

Comentado inicialmente o fato de que até hoje continuam altos os índices de falhas em estruturas soldadas e são mencionadas as trincas como uma de suas maiores causas, citando-se opiniões de reconhecidas autoridades no assunto. O termo "soldabilidade" é apresentado, sendo analisadas as dificuldades em precisar-se seu real significado, inferindo-se que ele é aplicável, com exatidão, somente para cada caso em particular. Explana-se as idéias fundamentais existentes com relação ao crescimento epitaxial e competitivo, realizando-se uma análise da influência dos parâmetros de soldagem sobre as estruturas de solidificação e microsegregação. Exemplifica-se a ação desse fenômeno sobre a formação das "Trincas a Frio na Zona do Metal Soldado", demonstrando-se a influência positiva de manipulação inteligente dos parâmetros "gradiente de temperatura no líquido" e "velocidade de crescimento do sólido" na solda, sobre a distribuição do hidrogênio. Numa pesquisa bibliográfica relativamente vasta, apresenta-se o estágio atual do conhecimento sobro o mecanismo e natureza das Trincas de Solidificação. Mostra-se suas características mais importantes, evolução histórica das pesquisas fundamentais para o desvendamento do suas particularidades e as teorias atualmente celtas quanto sua formação, todas elas indicando-se uma ação conjugada de deformação/microsegregação. Além disso, relata-se os fatores mais importantes relacionados com a suscetibilidade às Trincas de Solidificação, tanto sob o ponto de vista operacional, do lado "prático" da soldagem, quanto do prisma da ação dos elementos químicos, arrolando-se uma larga série de sugestões para minimizar essa suscetibilidade, assumindo vulto essas informações, pois são pouquíssimos e geralmente de abordagem superficial os trabalhos existentes sobre o assunto em língua portuguesa. Descreve-se e indica-se o uso dos ensaios mais usuais de soldadibilidade, relacionando suas várias categorias com os fenômenos das deformações e noções fundamentais de constrangimento das juntas soldadas. Discute-se, ainda, detalhadamente, a utilização do Teste Verestraint e suas variantes (Transvarestraint e Spot Varestraint), demonstrando-se as limitações de cada caso, além de discorrer-se sobre o fatos humano no problema. Apresenta-se, também, uma tabela que tenta englobar de maneira sintética os principais aspectos dos Testes vistos. Utilizando-se o Teste Varestraint, com TIG sem metal de adição, para estudar a suscetibilidade do metal base às Trincas de Solidificação, ale dos convecionais relaciomentos entre o Comprimento Total das Trincas médio, já que utilizamos sempre a média de no mínimo três ensaios com intensidade de corrente ou deformação, analisa-se o efeito da velocidade de soldagem, mantidos outros parâmetros constantes, o que sugeriu-nos uma interessante conclusão sobre o aspecto diferenciado, em relação à energia de soldagem, dos parâmetros corrente a velocidade. Através de análise metalográfica ótica e ao Microscópio Eletrônico de Varredura, discute-se aspectos característicos das Trincas de Solidificação, sendo que nesse último aparelho a trinca mostra-se de forma indiscutivelmente dendrítica, enquanto que os ataques utilizados em metalografica óptica permite-nos observar seu caminho intergranular, na estrutura secundária, ou, interdendrítico, quando a estrutura é primária. Estende-se o trabalho e avalia-se a influência do metal de adição proporcionado por dois processos distintos (MAG e Arco-Submerso), soldados superficialmente sobre a chapa e após fresado o excesso, sendo que, aparentemente, constata-se que o fator possível de ser relacionado com a sua suscetibilidade às Trincas de Solidificação é a razão fator de ser relacionado com a sua suscetibilidade às Trincas de Silidificação é a razão penetração/largura do cordão soldado, além de o metal base apresentar maior suscetibilidade às Trincas de Solidificação do que os metais de adição diluídos, dentro da faixa de trabalho utilizada.

A abordagem convencional do comportamento em fadiga dos parafusos desconsidera o material a ser unido (os membros). Uma conexão parafusada, entretanto, deve ser analisada como um sistema completo, levando em consideração as características dos fixadores: porca, parafuso e arruelas, bem como o material a ser fixado. Neste trabalho foi analisado, através de ensaios cíclicos, o comportamento em fadiga de duas espécies de materiais fixados: aço e alumínio; e o agente de variação da tensão média foi o torque aplicado. Foram realizadas análises a partir de uma amostragem de parafusos convencionais ISO M6X1 para averiguar a confiabilidade da amostra. Tais análises consistiram em ensaios estáticos de tração, ensaios de dureza, análises químicas e microestruturais. Posteriormente foram construídas as curvas de Wöhler advindas de ensaios de fadiga realizados através de um dispositivo especial, construído de modo a possibilitar uma montagem com aplicação de torque. O valor da tensão induzida pela fixação foi obtida a partir das medidas de deformação dos parafusos. A conclusão básica deste trabalho foi que maiores valores de torque determinam maior vida em fadiga de uma união, independentemente do material fixado. Por outro lado, trabalhando-se no regime elástico, é possível dimensionar um parafuso a partir do conhecimento da solicitação externa a ser aplicada e da natureza dos materiais fixados. / The traditional approach to fatigue behavior of mechanical fasteners disregards the material of the joint to be fastened. A bolted joint, however, must be examined as a complete system, the characteristics of the fastening system, bolt, nut and washer, as well as, the clamped material should be considered. In this work the fatigue behavior of two clamped materials: steel and aluminum; and different preload conditions were studied. Conventional threaded ISO M6X1 screws were used in this study. To assure sample reliability tensile tests, hardness, chemical composition and microestrutural analysis were performed on screws from the same lot used for this work. A series of Wöhler curves, stress vs. number of cycles to failures, were plotted from data obtained using an special accessory that allowed a different preload to be applied on the screws for each test condition. The stress applied on the screw was calculated from the strain observed on the bolt. The main conclusion of this work was that higher torque resulted in an increment in the fatigue life of mechanically fastened joint, regardless of the clamped material. In the elastic regime, the design of a bolted joint is possible knowing the external loads applied to the system and the nature of the material to be clamped.

O presente trabalho focou no estudo das propriedades mecânico/metalúrgicas de juntas do aço DP 1000 soldadas a topo (1G) pelo processo MAG e efeito do tratamento de bake hardening sobre as mesmas, tendo sido dividido em duas etapas. Na primeira foi analisado isoladamente o efeito de diferentes energias de soldagem (isto é, promovendo-se diferentes taxas de resfriamento). Neste estágio ainda foi avaliada a influência de dois distintos metais de adição sobre as propriedades mecânicas finais das juntas. Na segunda etapa, algumas das juntas foram tratadas termicamente por bake hardening, para então terem suas propriedades mecânico/metalúrgicas também analisadas. Foi constatada uma queda visível de dureza na zona afetada pelo calor (ZAC), em virtude do revenido da martensita do metal base; coincidentemente as fraturas de todos os ensaios de tração (em qualquer condição) ocorreram invariavelmente na vizinhança desta região. Uma vez que as fraturas das juntas como soldadas ocorreram na ZAC, ficou implícito não ter havido nenhuma diferença substancial entre as propriedades mecânicas finais das juntas dos dois metais de adição. As quedas dos limites de escoamento e de resistência do metal base foram inerentes às juntas como soldadas (levando em conta as condições de soldagem utilizadas); contudo, quando a mínima energia de soldagem foi aplicada, esta perda de propriedades mecânicas foi minimizada, em razão do grau de abrandamento da ZAC ter sido menor. Os parâmetros escolhidos para bake hardening (duas corridas de 150 oC por 30 min) permitiram que as juntas soldadas com taxas de resfriamento máximas (isto é, soldadas com mínima energia de soldagem) obtivessem limite de escoamento e resistência 16% e 17% superiores, respectivamente, às mesmas juntas no estado como soldado. Este resultado recomenda o tratamento de bake hardening como alternativa à perda de resistência das juntas de DP 1000 pós soldagem. Contudo, as juntas soldadas com taxas de resfriamento menores (isto é, soldadas com maiores energias de soldagem) não apresentaram incremento em suas propriedades mecânicas após baking. / The present work focused on the study of mechanical/metallurgical properties of DP 1000 joints welded in flat position (1G) and the effect of bake hardening heat treatment over them, being divided in two stages. At the first stage it was primarily analyzed the effect of different heat inputs (i.e. different cooling rates were promoted). In this stage was also evaluated the effect of two different filler metals on final mechanical properties of these joints. At the second stage, some of these joints were heat treated by bake hardening, and then they also had their mechanical/metallurgical properties analyzed. It was found a drop of hardness in heat affected zone (HAZ) due to martensite tempering; coincidently fractures of all tensile tested joints (at any condition) always occurred in the vicinity of this region. Since all as welded joints fractured in HAZ, it was concluded that there was no substantial difference between the final mechanical properties of both filler metals. It was noticed, that the decrease of base metal's yield and tensile strength were inherent to the as welded joints (considering the welding conditions used); however, when minimal heat input was used, these drop of mechanical properties were less pronounced, once the degree of HAZ softening was smaller. The chosen bake hardening parameters (two runs of 150 oC for 30 min) allowed welded joints with maximum cooling rates (i.e. welded with. minimal heat input) to have yield and tensile strength 16% and 17% higher, respectively, when compared to same joints in as welded conditions. This result recommends bake hardening as an alternative to minimize strength loss of DP welded joints. However, joints welded with lower cooling rates (i.e. welded with higher heat inputs) did not have their mechanical properties increased after bake hardening.