Submitted by Gabriel Giampietro de Andrade (andrade.gabriel01@gmail.com) on 2018-04-10T18:26:39Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO - GIAMPIETRO V11 (FINAL).pdf: 5824886 bytes, checksum: 3a8eda7139617ddad4d5a2e432066cb3 (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-04-12T17:23:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 andrade_gg_me_ilha.pdf: 5824886 bytes, checksum: 3a8eda7139617ddad4d5a2e432066cb3 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-12T17:23:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 andrade_gg_me_ilha.pdf: 5824886 bytes, checksum: 3a8eda7139617ddad4d5a2e432066cb3 (MD5) Previous issue date: 2018-03-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A soldagem é um processo de fabricação utilizado em geral para união de peças e quando utiliza o laser como fonte de calor, denomina-se soldagem a laser. Um tipo bem conhecido é a soldagem a laser Nd:YAG pulsado, utilizado em diferentes tipos de materiais. Um dos materiais mais utilizados na engenharia é o aço inoxidável que possui alta resistência à corrosão, como por exemplo o aço AISI 904L, muito utilizado em tanques de armazenamento de ácido sulfúrico e fosfórico além de ampla aplicação na indústria petroquímica. Conduziu-se uma soldagem à laser Nd: YAG pulsado em chapas de aço inoxidável AISI 904L com espessura de 3 mm, variando-se quatro fatores tais como Potência de pico (PP) , Largura temporal (w), Frequência (F) e Velocidade de soldagem (S), todos eles distribuidos em três níveis de variação. Foi feito um Planejamento Experimental através do Método Taguchi, utilizando-se uma matriz ortogonal L9 e portanto realizando-se 9 experimentos em condições diferentes. A soldagem foi executada em atmosfera protetora com gás Argônio com fluxo de gás de 15 l/min, com deslocamento automatizado. A energia de cada pulso variou de 30 a 38,4J e a energia de soldagem entre 1,5 e 3,2 kJ/mm; as taxas de sobreposição variaram de 60 a 83%. As amostras foram preparadas para metalografia e atacadas com Ácido Oxálico 10% eletrolítico, com 6V e 7 segundos. Apesar da maioria das amostras romperem na Zona Fundida (ZF), a resistência mecânica ficou muito próxima do valor encontrado para o Metal Base (MB). Para o MB, ZT e ZF, os valores médios de microdureza obtidos foram 215, 242 e 238 HV respectivamente, indicando uma soldagem praticamente homogênea, em que a zona fundida apresentou em sua microestrutura apenas fase austenitica assim como o metal base, sendo possível observar alguns defeitos característicos de solidificação como bolhas e trincas. Foi feita uma análise pelo Método Taguchi utilizando os valores médio de resposta e razão sinal-ruído em gráficos complementada por ANOVA com teste de Fisher em que as respostas principais foram limite de escoamento, limite de resistência a tração, limite de ruptura e dureza, indicando os parâmetros ótimos para cada caso. / Welding is a manufacturing process used for joing parts and when a laser is utilized as a heat source, its called Laser Welding. A very known type is the pulsed Nd: YAG Laser Welding, that is used in many different kinds of materials. One of the most applied materials in engineering is the stainless steel that is highly corrosion resistant, for example the AISI 904L that is frequent used in sulfuric and phosphoric acid storage tanks, besides the petrochemical industry. Was carried out a pulsed Nd:YAG laser welding in AISI 904L stainless steel sheets with 3 mm of thickness, varying four factors such as Peak Power (PP), Time width (w), Frequency (F) and Welding Velocity (v), all of them distributed in three levels. A Design of Experiment was made through the Taguchi Method, using a L9 ortogonal array and therefore conducting nine experiments in different conditions. The welding was performed in argon gas flow of 15l/min, with automatic displacement. Pulse energy varied since 30 to 38,4J and welding energy from 1,5 to 3,2 kJ/mm; the overlay rates varied between 60 and 83%. Samples were prepared for metallography and etched with Oxalic Acid 10%, eletrolitic in 6v and 7 seconds. Although most of the samples broke in the Weld Zone (WZ), the mechanical resistance stayed very closer to the values found in Base Metal (BM). For BM, TZ and WZ, the mean values of hardness was 215, 242 and 238 HV respectively, pointing a homogeneous welding wherein the WZ presented only austenitic phase as well as the BM, being possible to observe some solidification characteristics defects as bubbles and cracks. An analysis was performed by the Taguchi Method ploting the main responses and the signal-noise ratio with the parameters, supported by an ANOVA with Fisher’s test in wich the main responses was the yield strength, tensile strength, fracture strength and hardness, indicating optimal parameters for each case.

As ligas de Al-Si são amplamente utilizadas na indústria em substituição ao aço e o ferro fundido nos setores de alta tecnologia. A importância comercial dessas ligas deve-se principalmente ao seu baixo peso, excelente resistência à abrasão e à corrosão, alta resistência em temperaturas elevadas, baixo coeficiente de expansão térmica e menor consumo de combustível que proporciona redução considerável de emissão de poluentes. No presente trabalho, uma liga de Al-Si utilizada na indústria automobilística para fabricação de pistões de motores de combustão interna, foi submetida a tratamentos superficiais de refusão a LASER (Nd:YAG, λ = 1,06 m, modo pulsado). A radiação laser possibilita diversas concentrações de energia com precisa transferência dela para o material sem contato físico. A transferência intensa de energia provoca a ocorrência de modificações estruturais na camada superficial do material. Experimentos com pulsos únicos e trilhas foram realizados sob diferentes condições de processamento LASER com o intuito de analisar as mudanças microestruturais resultantes dos tratamentos e seus efeitos sobre a dureza. Para a caracterização da camada endurecida foram utilizadas as seguintes técnicas: microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia por energia dispersiva (EDS), mapeamento de raios-X, ensaios de microdureza Vickers e de rugosidade máxima. Após os tratamentos superficiais de refusão a LASER da liga Al-Si, a alta taxa de resfriamento resultante causou mudança na microestrutura devido ao refinamento das partículas de silício eutético primário presentes na liga, resultando em aumento de dureza. / The Al-Si alloys are widely used in industry to replace the steel and gray cast iron in high-tech sectors. The commercial importance of these alloys is mainly due to its low weight, excellent wear (abrasion) and corrosion resistance, high resistance at elevated temperatures, low coefficient of thermal expansion and lesser fuel consumption that provide considerable reduction of emission of pollutants. In this work, Al-Si alloy used in the automotive industry to manufacture pistons of internal combustion engines, was undergone to surface treatments using LASER remelting (Nd:YAG, λ = 1.06 m, pulsed mode). The LASER enables various energy concentrations with accurate transfer to the material without physical contact. The intense energy transfer causes the occurrence of structural changes in the superficial layer of the material. Experiments with single pulses and trails were conducted under various conditions of LASER processing in order to analyze microestrutural changes resulting from treatments and their effects on the hardness. For the characterization of hardened layer was utilized the following techniques: optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), x-ray mapping, Vickers microhardness and maximum roughness tests. The high cooling rate caused a change in the alloy structure due to the refinement of the primary eutectic silicon particles, resulting in increase of the mechanical properties (hardness) of the Al-Si alloy.

A operação dinamicamente estável com zonas conjuntas foi obtida para um ressonador laser contendo dois bastões de Nd:YAG com módulos laser comerciais. O ressonador não polarizado gerou 115 W de potência no modo transversal fundamental TEM00. Quando polarizado por lâmina de Brewster atingiu 100,5W de potência de saída com 91% de polarização. Quando o ressonador foi polarizado com um polarizador de filme fino, obteve-se melhora na qualidade de feixe e um aumento na polarização, com o valor de M2 sendo 1,56 e 1,84 nas direções x e y respectivamente com 95,4% de polarização. A potência de saída foi, ao nosso conhecimento, a mais alta obtida para lasers polarizados operando no modo fundamental e usando módulos lasers comerciais de Nd:YAG bombeados lateralmente por diodos sem nenhuma preparação especial. / Dynamically stable operation with joined stability zones of a linearly polarized resonator is shown for a laser containing two diode side-pumped Nd:YAG rods with commercial laser modules. The unpolarised resonator provided 115 W of TEM00 output. When polarized by a Brewster plate, it reached 100.5 W of output power with 91% polarization. When the resonator was polarized by a thin film polarizer, an increase in beam quality was obtained with M2 values of 1.56 and 1.84 in the x and y directions, respectively with 95.4% polarization. The output power achieved is, to our knowledge, the highest reported for polarized, fundamental-mode lasers using commercial, diode side-pumped Nd:YAG modules without any special preparation.

Desde o desenvolvimento do laser pelo norte-americano Theodore Harold Maiman em 1960, inúmeras pesquisas têm sido realizadas com o objetivo de avaliar os efeitos sobre os tecidos dentais, principalmente os relacionados com o aumento de temperatura no interior da câmara pulpar. Esta pesquisa foi desenvolvida com o objetivo de avaliar a variação de temperatura em amostras de esmalte/dentina e dentina, após irradiação com os lasers de Nd:YAG, Er:YAG (Kavo KEY Laser®) e Er:YAG (Kavo KEY Laser® 3), através de análise com termômetro de radiação infravermelha. Foram selecionados 110 terceiros molares isentos de cárie, obtidos através do Banco de Dentes Permanentes Humanos que pertence à Faculdade de Odontologia da Universidade de São Paulo e o projeto de pesquisa foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa (CEP) com o parecer nº44/03. As coroas foram separadas das raízes por meio de um disco de carborundum e todas as coroas foram totalmente incluídas no interior de um tubo de PVC com resina transparente. Os cortes foram realizados no aparelho de corte Labcut, paralelamente ao longo eixo das coroas, no sentido mésio-distal, para obter 750 amostras, com 5 diferentes espessuras (1mm, 2mm, 3mm, 4mm e 5mm), sendo 350 amostras de esmalte/dentina e 400 amostras de dentina. Foi utilizado um termômetro de radiação infravermelha (MINIRAY 100 XL) para medição da variação de temperatura nos dois lados das amostras (frente e atrás), irradiadas em diferentes condições e parâmetros com os lasers de Nd:YAG, Er:YAG (Kavo KEY Laser®) e Er:YAG (Kavo KEY Laser® 3). Os resultados obtidos com todos os lasers e parâmetros demonstraram que a associação refrigeração + espessura das amostras foi estatisticamente significante, quanto à redução da variação de temperatura em comparação à associação ausência de refrigeração + espessura das amostras. Houve uma diminuição da variação da temperatura estatisticamente significante de acordo com as espessuras das amostras irradiadas sem refrigeração, porém não o suficiente para evitar grandes elevações de temperatura. No geral, as variações das temperaturas foram sempre maiores no lado da frente das amostras, independente do uso ou não de refrigeração. Para o laser de Nd:YAG, houve menores variações de temperatura, estatisticamente significante, nos grupos irradiados sem contato e sem a presença da tinta nanquim, independente da presença ou não de refrigeração. / The laser was developed in 1960 by Theodore Harold Maiman and many researches have been carried out with the aim to evaluate the effects on the dental tissues, mainly the effects related to the increase of temperature inside the pulp chamber. This research was developed with the purpose of evaluating the variance in temperature of the enamel/dentin and dentin samples after irradiation with Nd:YAG, Er:YAG (Kavo KEY Laser®) and Er:YAG (Kavo KEY Laser® 3) and an analysis with the infrared radiation thermometer was done. A hundred and ten teeth without dental caries were selected and obtained from the Human Permanent Teeth Bank that belongs to the Odontology College of the University of São Paulo and this research has been approved by the Ethic Research Committee (CEP), as the document n° 44/03 attests. The roots were separated from the crowns with the carburundum disc; all crowns were totally inserted inside a PVC tube with transparent resin and they were cut axially in the Labcut machine, in the mesio-distal way, to obtain 750 samples with five different thickness (1mm, 2mm, 3mm, 4mm e 5mm), 350 enamel/dentin samples and 400 dentin samples. An infrared radiation thermometer (MINIRAY 100XL) was used to measure the variance in temperature in both sides of the samples (front and behind), irradiated in different conditions and parameters with the Nd:YAG, Er:YAG (Kavo KEY Laser®) and Er:YAG (Kavo KEY Laser® 3). The results showed that the association of the refrigeration + samples’ thickness was statistically significant in the reduction of the variance in temperature when compared to the association of the refrigeration absence + samples’ thickness. There was a statistically significant reduction of the variance in temperature according to the the samples’ thickness irradiated without refrigeration, although it wasn’t enough to avoid high temperature increase. In general, the variance in temperature was always higher in the front of samples, whether there was refrigeration or not. For the Nd:YAG laser, there was a lower variance in temperature, statistically significant, in the groups that were irradiated without contact and black ink, whether there was refrigeration or not.

The objectives of this thesis were to develop a methodology for the measurement of laser beam characteristics from a single cavity laser and to establish a preliminary guideline that would determine which crystals were acceptable for use in production of laser devices. These objectives were achieved by developing the experimental procedures and by statistical analysis of the data obtained. However, additional future work is needed to independently confirm the results of this thesis. Efficient and reliable operation of a lamp-pumped Nd:YAG laser is highly dependent on the crystal from which the beam is derived. However little attention is given to the quality of the laser beam produced by each crystal. Although many factors influence the output beam, the power dependent focal length is of particular importance. Unfortunately, direct measurement of the crystal focal length is not possible with a Nd:YAG laser beam. This is because the single cavity laser functions as both a resonator and amplifier simultaneously. Therefore, a method was developed that measured the caustic of the laser beam after it had emerged from the resonator and been focused by means of a focusing element. The caustic of the beam was analyzed utilizing a beam analyzer that calculated the beam focusability factor and the beam waist size. From this information, the waist diameter at the outcoupler mirror was calculated using Gaussian beam propagation principles. A resonator model was developed based on the self-repeating ABCD matrix that allowed for the determination of the induced thermal lens based on the input power. Several approaches to model the thermal lensing effect were taken, each with increasing complexity. As a result, three parameters were evaluated with the intention of using one or more as a means to classify good and bad crystals. They were the crystal sensitivity factor, the beam focusability factor, and the beam waist size at the measurement plane. Calculation of the crystal sensitivity factor, M^-1, was based on the developed resonator model and numerous approximations of the crystal behavior. Thus, after calculating the M-1 factor as a function of input power, no distinguishable pattern was seen. However, the beam focusability factor and the beam size, both showed distinct regions that separate good and bad crystals. Statistical analysis performed on the data supports a preliminary conclusion that these two parameters may be used as a quality control measure. These parameters are measured using existing internationally accepted procedures and are therefore the best currently available tools for determination of the quality of Nd:YAG crystals.

Orientador: Vicente Afonso Ventrella / Resumo: A evolução do processo de furação nos trouxe ao desenvolvimento do método de furação por laser pulsado, mas não temos definido o que a variação de cada parâmetro produz nos microfuros em relação à qualidade dos mesmos medidos com base em seu formato em aço inoxidável austenítico AISI 316L. O presente estudo analisou como variações na potência de pico, largura temporal do pulso e existência ou não de atmosfera protetora podem mudar os tamanhos, formatos e profundidades em microfuros. Produziram-se combinações dos parâmetros que foram usadas para obter furos em chapas de aço AISI 316L com 1 mm de espessura com o uso de uma fonte de laser pulsado Nd:YAG e analisar as propriedades em cada combinação, tais como diâmetros de entrada e de saída, profundidades e formatos observados em estereoscópio. / Mestre

A volumetric heat source finite element model is proposed to simulate the key hole effect during the Nd:YAG pulse laser welding. The measured data has been used to correlate the volumetric model parameters and the laser parameters. The laser power distributed in the beam cross area is in a Gaussian type. Two heat transfer models are employed in the fusion area, i.e the surface absorption heat transfer model in the low power intensity region and the keyhole heat transfer model in the high power intensity region. An experimentally measured critical power intensity is introduced to identify the occurrence of keyhole effect. The value of critical power intensity is dependent on the welding material. A series of MARC finite element simulations based on the proposed single pulse model are performed to investigate the feasibility and accuracy of this proposed pulse laser welding model. Different power and welding duration pulse laser have used to weld the S304L specimens. The results indicate a good agreement between the simulated and measured shape and size of the weld pool with different laser energy intensities. The validity of the proposed model is confirmed for the S304L steel. The temperature and residual stress distributions around the welding pool in a continuous pulse welding and two sheet overlap welding have also been studied by using the proposal model. The numerical results indicate that the pulse energy, duration and dwell period may affect the residual stress distribution and post-weld deformation significantly. All these results reveal that the proposed volumetric heat source finite element model is a feasible model to analyze the welding phenomena during the pulse laser welding. The results indicate that the pulse dwell period increase in dual pulse laser welding the residual stress decrease on the top of the weld spot surface. The results also show the lower residual stress in multi spots pulse laser welding with smaller weld spots center pitch and weld spot dwell period.

Pulling bulk crystal into fiber is suitable for laser, amplified spontaneous emission (ASE), and optical amplifier applications in optical communications because of its structural similarity to silica fiber. Moreover, fiber configuration can confine pump light in a small cross-sectional area with a high energy density for a long distance. Among crystal fiber growth techniques, the laser-heated pedestal growth method (LHPG) was adopted. It is crucible free and can therefore produce high-purity, low-defect-density single crystals. However, interface loss of the crystal fiber is one of the main causes of optical loss. In order to reduce the optical loss, a proper method to clad the fiber is important for high device performance. For laser application, high-efficient Nd:YAG lasers were demonstrated using gradient-index crystal fibers. We used controlled profile of the active ion resulted in index difference of 0.0284 between the center and the edge of the fiber to confine the laser beam in the center region and thus reduced the interface loss. A laser output power of 80 mW was achieved with a slope efficiency of 28.9%, which, to our knowledge, is the highest ever achieved for diode-laser-pumped Nd:YAG fiber laser. For ASE and optical amplifier applications, Cr4+:YAG crystal fiber was studied due to its fluorescent spectrum just covering the low loss window of silica optical fiber. To reduce the fiber diameter and propagation loss, a novel cladding technique, codrawing LHPG (CDLHPG), was developed. Although fused-silica-clad fiber can be made with a 29-micron-diameter core and a propagation loss of less than 0.1 dB/cm, which is a factor of 7 smaller than that of an unclad fiber, it has almost no Cr4+ fluorescence in the core area due to the entering of SiO2 in YAG. With proper controlled growth parameters of the CDLHPG method, a double-clad fiber with a core diameter of 25 micron was successfully grown. Up to 2.36 mW of ASE with a bandwidth of 265 nm was demonstrated. After splicing the double-clad fiber with conventional single mode fiber, we successfully demonstrated the first transition metal-doped fiber amplifier in the optical fiber communication band. Up to 16-dB of gross gain at 1.47 micron was achieved.

Orientador: Vicente Afonso Ventrella / Resumo: O aço inoxidável austenítico 316L é um material empregado nas indústrias que requerem resistência à corrosão e mecânica como a indústria de petróleo, gás natural e papel e celulose. O uso do laser vem se tornando uma ferramenta atrativa em relação as soldagens convencionais, devido aos seus benefícios que vão desde processo sem contato, controle de energia do feixe e fácil automatização do sistema. Nesse trabalho o objetivo foi analisar a influência do processo de soldagem laser pulsado Nd: YAG nas características mecânicas e microestruturais da junta soldada de chapas de aço inoxidável austenítico AISI 316L com 1,0 mm de espessura, averiguando o efeito da energia de soldagem nas características do cordão de solda desenvolvidas no Laboratório de Soldagem Laser, do Departamento de Engenharia Mecânica da FEIS UNESP. Foram realizadas soldagens de juntas de chapas aço inoxidável austenítico com valores fixos de energias de soldagem em 8 Joules, largura temporal em 4 ms, velocidade de soldagem em 1 mm/s, variando apenas a frequência entre 2 e 10 Hz, com isso obteve-se diferentes taxas de sobreposição, com proteção gasosa de argônio. Com as diferentes condições obtidas foram realizadas análises macrográficas das juntas soldadas, através de secções transversais das mesmas e, ensaios de microdureza Vickers e ensaios de tração. Os resultados obtidos mostraram que o cordão de solda se comportou de forma frágil, rompendo-se todos no cordão, a fractografia da seção transversal aparentem... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:25Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-06-23Bitstream added on 2014-06-13T19:01:39Z : No. of bitstreams: 1 kuwana_as_dr_sjc.pdf: 2949815 bytes, checksum: 9e2579e94e33824b702cad531113e505 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O objetivo desta pesquisa foi avaliar em MEV a influência da irradiação com laser Nd:YAG na qualidade da hibridização da dentina bovina, empregando-se sistema adesivo convencional Adper Single Bond – 3M ESPE (SB) ou autocondicionante Clearfil SE Bond – Kuraray (CSEB). Para tanto, foram utilizados 12 incisivos bovinos, extraídos e congelados. Os dentes foram seccionados em duas hemicoroas e incluídos em resina acrílica. Em seguida, a superfície vestibular foi desgastada até a obtenção da dentina de profundidade média. Cada hemi-coroa do mesmo dente, foi submetida em sua porção incisal ao SB e em sua porção cervical ao CSEB, sendo divididas em 3 grupos, de 6 hemi-coroas cada: Controle - após a aplicação dos sistemas adesivos foi realizada a fotopolimerização ; G1 – após a aplicação dos sistemas adesivos a amostra foi irradiada com laser Nd:YAG com 60mJ de energia/pulso previamente à fotopolimerização e G2 – após a aplicação dos sistemas adesivos a amostra foi irradiada com laser Nd:YAG com 140mJ de energia/pulso previamente à fotopolimerização. Todas as amostras receberam a aplicação de dois incrementos de resina composta Filtek Z350 – 3M ESPE e fotopolimerização de acordo com as orientações do fabricante. Após 24h de armazenagem em água destilada a 37ºC, os perfis de adesão foram polidos, submetidos a um desafio ácido-base, e processados para análise em MEV da espessura da camada híbrida, presença de falhas e de tags e microtags. Foram obtidas quatro medidas e a média para cada amostra. Os resultados foram submetidos aos testes estatísticos de Análise de Variância (ANOVA) e de Tukey (p<0,05), segundo os quais, independente do sistema adesivo o G2 apresentou a maior média de espessura da camada híbrida (1,89±0,15) e o Controle com o Clearfil SE Bond apresentou a menor média de espessura de camada híbrida, diferindo... / The aim of this study was to assess through analyses in scanning electronic microscopy (SEM), the Nd:YAG laser influence on the hybridization quality of bovine dentine, using conventional adhesive system Adper Single Bond - 3M ESPE (SB) or self-etching adhesive system - Clearfil SE Bond - Kuraray (CSEB). Twelve extracted and frozen bovine incisors were used. The teeth were sectioned and divided in half mesio-distal section built-in acrylic resin. The buccal dentinal surface was worn out until the dentin medium depth was reached. Each specimen of the same tooth was treated on its incisal portion with SB and with CSEB in its cervical portion. The samples were divided into 3 groups with 6 specimens in each: Control group - after the application of the adhesive systems the polymerization was done; G1 - after the application of the adhesive systems the samples were lased with 60mJ /pulse and polymerized and G2 - after the application of the adhesive systems the samples were lased with with 140mJ /pulse and also polymerized. All the samples received the composite resin (Filtek Z350 - 3M ESPE) increments. After 24h storage in distilled water at 37ºC, the adhesion profiles were polished, submitted to the acid-base challenge, and the presence of imperfections and tags or microtags in the hybrid layer analysed using the SEM. Four measures and the mean value of each sample were obtained. The results were submitted to Analysis of Variance (ANOVA) and Tukey statistical tests (p 0,05). Independent of the adhesive system used the G2 presented the higher average of hybrid layer thickness (1,89±0,15) and the Control group with the Clearfil SE Bond presented the smaller hybrid layer thickness presenting significant statistical difference from the other groups. Different scores were attributed for the degree of imperfections (0-3) and for the degree of presence of tags and microtags (0-2)... (Complete abstract, click electronic access below)