Este trabalho visou entender e avaliar a resistência mecânica da junção de chapas de aço obtidas pelo processo de União de Chapas por Conformação a Frio (UCCF). Esse processo é conhecido no meio industrial pelo termo em inglês: clinching ou press joining. O formato de união cilíndrico, também conhecido como Round, foi selecionado para unir os corpos de provas. As uniões metálicas ensaiadas foram fabricadas com aço de baixo teor de carbono sem camada superficial de proteção (170MPa de limite de escoamento). O material escolhido é de comum utilização na indústria automotiva. Duas espessuras diferentes foram avaliadas: 0,8mm e 1,2mm. Um completo procedimento foi criado para determinar os parâmetros ideais do processo UCCF baseado nos critérios de falha existentes na literatura e na experiência do fornecedor do equipamento. A união em estudo foi submetida, experimentalmente, a cargas multiaxiais com o auxílio de um dispositivo baseado no ensaio de Arcan para possibilitar uma condição de carga combinada, onde foi possível identificar graficamente o comportamento estrutural do corpo de prova em estados de carregamento que variam de tração (normal à superfície do ponto) até cisalhamento (perpendicular à superfície do ponto). Os valores de resistência mecânica encontrados foram de 1,13kN (mínimo) a 2,55kN (máximo) para as chapas de aço com espessura de 0,8mm e de 1,89kN (mínimo) e 3,18kN (máximo) para as chapas de 1,2mm. Um estudo comparativo com Solda Ponto por Resistência Elétrica (SPRE) foi realizado. A UCCF alcançou resultados de 47,68% dos valores obtidos para a SPRE para chapa com espessura de 0,8mm e 37,78% para chapas de 1,2mm. / The purposes of this work were understand and evaluate cold forming sheet metal joining of steel plates mechanical resistance. This process is well known as clinching or press joining. Round clinching element was selected to be used on all tested specimens due to its industry suitability. The metallic specimens were built on mid carbon steel without zinc coat protection (Yield Stress: 170MPa). This is a common material on automotive industry. Two different thicknesses were evaluated: 0.8mm and 1.2mm. A full procedure to determine ideal clinching parameters was created based on available literature information and clinching supplier know-how. All union technology was experimentally submitted to multiaxial loads using device based on Arcan concept. Joining mechanical behavior curves were plotted from traction (normal to element joint surface) to shear (perpendicular to element joint surface) loads. As a result, 0.8mm thickness steel plates achieved load values from 1.13kN (minimum) to 2.55kN (maximum), 1.2mm thickness steel plates achieved values from 1.89kN (minimum) e 3.18kN (maximum). A comparative study was made with Electric Resistance Spot Weld (ERSP). Clinching joining achieved results as 47.68% and 37.78% of ERSP loads for 0.8mm and 1.2mm thickness steel plates respectively.

Este trabalho visou entender e avaliar a resistência mecânica da junção de chapas de aço obtidas pelo processo de União de Chapas por Conformação a Frio (UCCF). Esse processo é conhecido no meio industrial pelo termo em inglês: clinching ou press joining. O formato de união cilíndrico, também conhecido como Round, foi selecionado para unir os corpos de provas. As uniões metálicas ensaiadas foram fabricadas com aço de baixo teor de carbono sem camada superficial de proteção (170MPa de limite de escoamento). O material escolhido é de comum utilização na indústria automotiva. Duas espessuras diferentes foram avaliadas: 0,8mm e 1,2mm. Um completo procedimento foi criado para determinar os parâmetros ideais do processo UCCF baseado nos critérios de falha existentes na literatura e na experiência do fornecedor do equipamento. A união em estudo foi submetida, experimentalmente, a cargas multiaxiais com o auxílio de um dispositivo baseado no ensaio de Arcan para possibilitar uma condição de carga combinada, onde foi possível identificar graficamente o comportamento estrutural do corpo de prova em estados de carregamento que variam de tração (normal à superfície do ponto) até cisalhamento (perpendicular à superfície do ponto). Os valores de resistência mecânica encontrados foram de 1,13kN (mínimo) a 2,55kN (máximo) para as chapas de aço com espessura de 0,8mm e de 1,89kN (mínimo) e 3,18kN (máximo) para as chapas de 1,2mm. Um estudo comparativo com Solda Ponto por Resistência Elétrica (SPRE) foi realizado. A UCCF alcançou resultados de 47,68% dos valores obtidos para a SPRE para chapa com espessura de 0,8mm e 37,78% para chapas de 1,2mm. / The purposes of this work were understand and evaluate cold forming sheet metal joining of steel plates mechanical resistance. This process is well known as clinching or press joining. Round clinching element was selected to be used on all tested specimens due to its industry suitability. The metallic specimens were built on mid carbon steel without zinc coat protection (Yield Stress: 170MPa). This is a common material on automotive industry. Two different thicknesses were evaluated: 0.8mm and 1.2mm. A full procedure to determine ideal clinching parameters was created based on available literature information and clinching supplier know-how. All union technology was experimentally submitted to multiaxial loads using device based on Arcan concept. Joining mechanical behavior curves were plotted from traction (normal to element joint surface) to shear (perpendicular to element joint surface) loads. As a result, 0.8mm thickness steel plates achieved load values from 1.13kN (minimum) to 2.55kN (maximum), 1.2mm thickness steel plates achieved values from 1.89kN (minimum) e 3.18kN (maximum). A comparative study was made with Electric Resistance Spot Weld (ERSP). Clinching joining achieved results as 47.68% and 37.78% of ERSP loads for 0.8mm and 1.2mm thickness steel plates respectively.

Este trabalho teve como principal objetivo a determinação dos parâmetros de soldagem a ponto pelo processo de fricção-mistura (FSSW) em uma liga de alumínio AA2024-T3, pela comparação de resultados obtidos em ensaios de cisalhamento e arrancamento em tração e ensaios de fadiga em juntas sobrepostas. Juntas rebitadas da mesma liga também foram ensaiadas, nas mesmas condições, para comparação de propriedades mecânicas. Os principais parâmetros do processo FSSW são: velocidades de avanço e de rotação da ferramenta, profundidade de penetração e tempo de patamar. Foram explorados principalmente os parâmetros: profundidade de penetração e rotação da ferramenta. Os resultados dos ensaios de cisalhamento em tração possibilitaram a determinação da resistência ao cisalhamento das juntas soldadas a ponto, que apresentaram valores inferiores, mas próximos aos obtidos nas juntas rebitadas. Análises microestruturais e de microdureza foram realizadas para elucidar alguns resultados dos ensaios executados. Os ensaios de fadiga foram executados sob controle de carga, com razão de carga R=0,1, em corpos de prova confeccionados com os parâmetros que geraram os melhores resultados em ensaios de cisalhamento em tração. Para as juntas soldadas, uma técnica de monitoramento de defeitos (MCV monitoramento comparativo de vácuo), baseada na diferença de pressão de vácuo, foi utilizada apresentando bons resultados. Apesar de resultados similares em ensaios de cisalhamento em tração, as juntas soldadas apresentaram vida bastante inferior nos ensaios de vida à fadiga, quando comparadas com as juntas rebitadas. / The main aim of this work was the determination of the parameters governing the Friction Stir Spot Welding (FSSW) of a AA2024-T3 aluminum alloy, by the obtained results comparison in pull-out and shear tensile tests and fatigue tests in lap-joints. Riveted joints of the same alloy were also tested in the same conditions for mechanical properties comparison. The main FSSW process parameters were: plunge rate, dwell time, tool penetration and tool rotational speed. The tool penetration and the tool rotational speed parameters were focused. The shear tensile tests results allowed the lap-joint shear resistance determination, that was lower, but close, of those obtained with riveted lap-joints. Microstructure and micro-hardness analysis was carried out to elucidate some tests perfomed results. The fatigue tests was performed in load control, with load ratio R of 0,1, in a lap joint produced with the same parameters of the specimen which presented the best tensile results. For the welded joints, a monitoring defect technique (CVM comparative vacuum monitoring), difference vacuum pressure based, was used showing good results. Although similar results in shear tensile tests, the welded joints showed so lower life in the fatigue tests, when compared with riveted joints.

Submitted by Rafael Santana (rafael.silvasantana@ufpe.br) on 2017-04-19T18:29:57Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação CAMILA ALBUQUERQUE FERNANDES 2016.pdf: 2707069 bytes, checksum: 1af5a8e892dd9aa2682c79f98c6cde09 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-19T18:29:57Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação CAMILA ALBUQUERQUE FERNANDES 2016.pdf: 2707069 bytes, checksum: 1af5a8e892dd9aa2682c79f98c6cde09 (MD5) Previous issue date: 2016-07-29 / Solda a Ponto por Fricção (Friction Spot Welding – FSpW) é um processo relativamente novo de soldagem desenvolvido e patenteado pelo GKSS na Alemanha, que visa complementar e/ou substituir tecnologias de uniões de soldagem convencionais. Essa nova tecnologia de soldagem se dá pela união no estado sólido, onde duas ou mais chapas são unidas através da transferência de energia térmica e mecânica que é gerada pela rotação da ferramenta. O presente trabalho visou avaliar a aplicabilidade da união da liga de alumínio 6061-T6 pela técnica de Solda a Ponto por Fricção. Essas soldas foram produzidas em configuração de sobreposição utilizando condições de soldagens variadas, por meio de diferentes combinações de velocidade de rotação, profundidade de penetração e velocidade de penetração; os quais foram estabelecidos através de uma análise estatística, utilizando como ferramenta o Box-Behnken. A integridade da junta soldada foi avaliada através dos efeitos dos parâmetros de processo, na geometria e na microestrutura da junta, e também no desempenho mecânico. Realizou-se também a otimização do processo de soldagem e um estudo sobre o comportamento de fratura das soldas submetidas a um esforço de cisalhamento. Os resultados mostraram que a melhor combinação de parâmetros foi encontrada na condição de soldagem: 130 rpm, 4,0 mm/s e 1,4 mm, com um valor médio de resistência ao cisalhamento de 6243,29 N, com boa reprodutibilidade. O botão da solda é constituído por três elementos geométricos que se mostraram inerentes ao processo: cunha, união principal e união secundária. Estes elementos mostraram possuir forte influência sobre o desempenho mecânico. / Friction Spot Welding (FSpW) is a relatively new welding process patented by GKSS in Germany. This new welding technology is given by the joining in a solid state, in which two or more plates are joined by thermal and mechanical energy transfer that is generated by the rotation of the welding tool. The aim of this work is to study the integrity of the welds of AA6061-T6, by the FSpW process. These welds were produced in an overlapping configuration using different welding conditions, through different combinations of rotational speed, depth of penetration and penetration speed, which were set through a statistical approach using the Box-Behnken. The integrity of the welded joint was evaluated by the effects of process parameters on geometry and microstructure of the joint, and also in the mechanical performance. It was also performed the optimization of the welding process and a brief study on the fracture behavior of the welds subjected to a shear stress. The results showed that the best combination of parameters was found in the welding condition: 130 rpm 4.0 mm / s and 1.4 mm with an average value of the shear strength of 6243.29 N, with good reproducibility. The metallurgical investigation revealed three geometric elements that are inherent to the process: primary union and secondary union and hook. These elements were shown to have strong influence on the mechanical performance.

Este trabalho teve como principal objetivo a determinação dos parâmetros de soldagem a ponto pelo processo de fricção-mistura (FSSW) em uma liga de alumínio AA2024-T3, pela comparação de resultados obtidos em ensaios de cisalhamento e arrancamento em tração e ensaios de fadiga em juntas sobrepostas. Juntas rebitadas da mesma liga também foram ensaiadas, nas mesmas condições, para comparação de propriedades mecânicas. Os principais parâmetros do processo FSSW são: velocidades de avanço e de rotação da ferramenta, profundidade de penetração e tempo de patamar. Foram explorados principalmente os parâmetros: profundidade de penetração e rotação da ferramenta. Os resultados dos ensaios de cisalhamento em tração possibilitaram a determinação da resistência ao cisalhamento das juntas soldadas a ponto, que apresentaram valores inferiores, mas próximos aos obtidos nas juntas rebitadas. Análises microestruturais e de microdureza foram realizadas para elucidar alguns resultados dos ensaios executados. Os ensaios de fadiga foram executados sob controle de carga, com razão de carga R=0,1, em corpos de prova confeccionados com os parâmetros que geraram os melhores resultados em ensaios de cisalhamento em tração. Para as juntas soldadas, uma técnica de monitoramento de defeitos (MCV monitoramento comparativo de vácuo), baseada na diferença de pressão de vácuo, foi utilizada apresentando bons resultados. Apesar de resultados similares em ensaios de cisalhamento em tração, as juntas soldadas apresentaram vida bastante inferior nos ensaios de vida à fadiga, quando comparadas com as juntas rebitadas. / The main aim of this work was the determination of the parameters governing the Friction Stir Spot Welding (FSSW) of a AA2024-T3 aluminum alloy, by the obtained results comparison in pull-out and shear tensile tests and fatigue tests in lap-joints. Riveted joints of the same alloy were also tested in the same conditions for mechanical properties comparison. The main FSSW process parameters were: plunge rate, dwell time, tool penetration and tool rotational speed. The tool penetration and the tool rotational speed parameters were focused. The shear tensile tests results allowed the lap-joint shear resistance determination, that was lower, but close, of those obtained with riveted lap-joints. Microstructure and micro-hardness analysis was carried out to elucidate some tests perfomed results. The fatigue tests was performed in load control, with load ratio R of 0,1, in a lap joint produced with the same parameters of the specimen which presented the best tensile results. For the welded joints, a monitoring defect technique (CVM comparative vacuum monitoring), difference vacuum pressure based, was used showing good results. Although similar results in shear tensile tests, the welded joints showed so lower life in the fatigue tests, when compared with riveted joints.

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