Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T14:06:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 226933.pdf: 1888261 bytes, checksum: f608be421f5c95904bef5bf2064ead7b (MD5) / Há grande necessidade da execução de emendas por solda de topo na construção civil utilizando o processo a arco elétrico com eletrodos revestidos. Nesse contexto, apesar das usinas siderúrgicas nacionais fabricarem o vergalhão CA-50 classificado como soldável, verificou-se junto a empresas de construção uma demanda por maiores informações sobre o comportamento dessas barras de aço, principalmente nas bitolas maiores, ou seja, com diâmetros de 20, 25, 32 e 40 mm, quando soldadas em condições típicas de um canteiro de obras. Dessa forma, o objetivo deste estudo foi elaborar um procedimento de soldagem para atender aos profissionais que utilizam a emenda por solda de topo de barras nervuradas do aço CA-50 na bitola de 32 mm, agregando recursos e informações técnicas que satisfaçam as necessidades dos clientes. São apresentados resultados comparativos sobre o comportamento de barras fornecidas por 2 grandes fabricantes do país. Análises química e metalográfica, medidas de dureza e ensaios mecânicos, tanto no aço no estado como fornecido como após testes de soldabilidade, mostraram que, apesar de pequena diferença na temperabilidade, associada ao carbono equivalente, ambos os materiais mostram boa soldabilidade, dispensando o preaquecimento nas condições típicas de soldagem em campo: emprego de eletrodos revestidos de maior diâmetro e elevado aporte térmico (maior que 15 kJ/cm). Emendas de topo foram aprovadas em ensaios de tração, entretanto ensaios de dobramento acusaram que a ductilidade pode ser afetada pela elevada energia de soldagem.

Orientador: Eduardo Carlos Bianchi / Co-orientador: Gilberto de Magalhães Bento Gonçalves / Banca: Omar Maluf / Banca: Yukio Kobayashi / O Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi / Resumo: A soldabilidade das ligas de alumínio é altamente influenciada pela natureza de correntes de soldagem, podendo esta interferir significativamente na qualidade a ser alcançada. O uso da corrente alternada em onda retangular no processo de soldagem TIG, permite inúmeras possibilidades tais como, flexibilidadeem alterar a frequencia da onda, amplitude da corrente positiva bem com o negativa, além dos tenpos de atuação da polaridade positiva e negativa do eletrodo para o mesmo ciclo de onda. A configuração selecionada tem efeito determinante no perfil e na propriedade final do cordão de solda. O uso da corrente alternada na soldagem das ligas de alumínio é amplamente utilizado e tem como finalidade, promover a limpeza da camada superficial do óxido Al2O3, enquanto promove a penetração da junta. Na literatura é comum encontrar afirmações que limpeza da camada de Al2O3 na soldagem está ligada ao tempo positivo do ciclo de onda, e a penetração está ligada ao tempo negativo do ciclo de onda. Para a pequisa proposta realizou-se a soldagem TIG-CA da liga de alumínio AA 6063-T6, por simples deposição sobre chapa com onda retangular, impondo-se variações tanto na corrente de soldagem como no tempo de atuação da polaridade positiva do eletrodo no ciclo na onda. As correntes de soldagem utilizadas foram 100 A, 120 A e 140 A. A condição inicial em termos de balanceamento foi de 50% do tempo de atuação da polaridade positiva em um período de onda de 20 ms, seguido do desbalanceamento para 32,5% e 15% de tempo de atuação da polaridade positiva do eletrodo, mantendo a frequência constante em 50 Hz para todas as configurações. Foi observado que o desbalanceamento de onda interfere diretamente no resultado final dos cordões de solda. Os resultados para as configurações selecionadas mostram que a diminuição do tempo de atuação da polaridade positiva do eletrodo no ciclo de onda promove redução de penetração e da... / Abstract: The weldability of the aluminum alloys is highly influenced by the weld current nature; it could interfere significantly on the desirable quality. The use of alternated current on the TiG welding processes, promote innumerous possibilities like, flexibilities on the change the wave frequency, positive current amplitude as the negative current amplitude, furthermore the actuations time of positive and negative polarity of electrode in the same wave cycle. The selected configuration has the important effect on the final properties on the weld bead. The use of alternated current on the aluminum alloys welding are largely used and has the finally, to promote the superficial oxide layer cleaning Al2O3, in the same time that it promote the weld penetration. On the literature is very common to find the affirmatives where the oxide layer cleaning of Al2O3 on the welding is linked on the positive time on the wave cycle, and the penetration is linked at the negative time for the same wave cycle. For this proposal research was realized the TIG-CA welding on the AA 6063-T6 aluminum alloys, by a bead-on-plate with the square wave, induced by weld current variations as the acting time of positive polarity of the electrode on the wave cycle. The weld current applied were 100 A, 120 A and 140 A. The initial conditions utilized was a balanced on 50% of acting time of positive polarity in the wave period in a 20 ms, followed by a unbalance of 32,5% and 15% of the actuation time of positive polarity in the electrode, keeping the unaltered frequency on 50 Hz for all configurations. Was observed that the unbalanced wave interfere direct on the final result of weld bead. The results for the selected configurations shows that decreasing the actuations time of electrode positive polarity on the wave cycle promote the reducations of death and wide on the weld bead. The obtained micrographia for a different actuations time of positive polarity shows that the... / Mestre

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2008. / Submitted by Fernanda Weschenfelder (nandaweschenfelder@gmail.com) on 2009-09-15T18:51:44Z No. of bitstreams: 1 2008_FernandDiazFranco.pdf: 4870773 bytes, checksum: 05d02bbe3cb0aa8386f539169921ebb3 (MD5) / Approved for entry into archive by Gomes Neide(nagomes2005@gmail.com) on 2010-06-29T12:53:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_FernandDiazFranco.pdf: 4870773 bytes, checksum: 05d02bbe3cb0aa8386f539169921ebb3 (MD5) / Made available in DSpace on 2010-06-29T12:53:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_FernandDiazFranco.pdf: 4870773 bytes, checksum: 05d02bbe3cb0aa8386f539169921ebb3 (MD5) Previous issue date: 2008-10 / Este trabalho apresenta, de forma exploratória, o uso das emissões infravermelhas do arco voltaico como parâmetro para a monitoração do processo TIG, detecção e localização de defeitos e ou descontinuidades. Para isso, usou-se um sensor infravermelho de ponto que focalizou parte do arco e a poça de fusão e transformou a intensidade da radiação infravermelha apresentada na vizinhança do ponto focal em um sinal de corrente entre 4 a 20 mA. Análises qualitativas foram feitas para avaliar as informações obtidas durante várias experiências, descrevendo as vantagens obtidas pelo monitoramento infravermelho da poça-arco, e as flutuações e o comportamento deste sinal ajudaram a entender as informações coletadas pelo sensor. Uma vez compreendido o tipo de informação dado pelo sensor, avaliou-se se este era capaz de detectar perturbações a partir da inserção de defeitos durante a solda. A metodologia empregada teve como objetivo observar a capacidade do sensor em detectar flutuações na região poça-arco. A partir das emissões infravermelhas, comprovou-se o uso efetivo do sinal para a localização de defeitos na solda. Através da inserção de defeitos durante o processo de soldagem, diversas técnicas de estimação de parâmetros e detecção de mudança do sinal infravermelho foram avaliadas. Conseguiu-se ajustar os algoritmos de detecção visando a monitoração e controle on-line. Foi simulado um algoritmo on-line que utiliza o filtro Kalman para a estimação de parâmetro do sinal infravermelho e a detecção da sua mudança através do teste estatístico por Somas Cumulativas (CUSUM), mostrando assim sua viabilidade para a implementação em arquiteturas reconfiguráveis. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work presents, in an exploratory form, the use of infrared emissions of the TIG arc as a parameter for process monitoring, detection and localization of defects or discontinuity during welding. A infrared sensor was used for focalizing part of the arc and weld pool and transformed the intensity of infrared radiation presented in the surrounding regions of the focal point in a current signal between 4 and 20 mA. Qualitative analyses were carried out to evaluate the information obtained during various experiments, describing the advantages obtained through the infrared monitoring of the both arc-pool. The signal behavior and its fluctuations helped to understand the information collected by the sensor. Once the information given by the sensor was understood, the capability of the sensor to detect perturbations through the triggering of defects in welding was evaluated. The objective of this methodology was to observe the capability of detecting alterations in the arc-pool region. Through the infrared emissions, the use of the signal for detection of defects in welding was showed feasible. Various techniques for the estimation of parameters and change detection on infrared signal were evaluated for the detection of the induced defects during the welding. It was possible to adjust the algorithms of detection expecting on-line monitoring and control. Finally, an on-line algorithm was simulated that uses the Kalman filter for the estimation of parameters and detection of alterations through Cumulative Sum (CUSUM), showing the viability for the implementation in reconfigurable architectures.

O setor petroquímico tem se destacado devido ao alto crescimento apresentado, porém com o aumento da base instalada aumenta a demanda de novas tecnologias buscando a redução, tanto de custos quanto de tempo de manutenção no reparo das estruturas e dos componentes mecânicos. A soldagem por atrito tem ganhado espaço neste ramo devido a sua qualidade e praticidade no reparo de materiais metálicos. Este processo tem como vantagem a união dos materiais sem que haja a fusão dos mesmos, proporcionando uma melhor qualidade do reparo em relação à soldagem tradicional (arco elétrico), uma vez que não havendo fusão dos materiais, a presença de poros no cordão de solda, fragilização pela absorção de hidrogênio da atmosfera e formação de fases frágeis com baixa tenacidade à fratura são evitados. A soldagem por atrito pode ser realizada de diferentes maneiras, entre elas está o método do furo passante, onde um pino consumível é soldado a uma superfície que possui um orifício transpassado. Este trabalho apresenta o estudo das características mecânicas e metalúrgicas de reparos realizados pelo processo de soldagem com pino consumível com furo passante, utilizando-se as condições de sem e com pré-aquecimento da chapa onde o pino será soldado. A partir dos resultados obtidos foi possível evidenciar diferenças microestruturais e de microdureza na interface pino/metal base entre as amostras com e sem préaquecimento. As amostras com pré-aquecimento apresentaram maior largura de ZTA e maior quantidade de bainita e ferrita de Widmanstätten em relação à amostra sem esta condição. E ainda a amostra sem pré-aquecimento apresentou falta de adesão na região próxima a rebarba e maior quantidade de martensita em relação à amostra que teve a chapa aquecida previamente, além de maiores gradientes de microdurezas. Com isso pode-se concluir que a condição com pré-aquecimento da chapa mostra-se com melhores resultados para esta aplicação. / The petrochemical sector has detached due to the high growth presented, but with the increase of the installed base increases the demand for new technologies aimed at reducing both cost and maintenance time in the repair of structures and mechanical components. The friction welding has gained space in this branch due to its quality and practicality for the repair of metallic materials. This process has the advantage of union materials without the fusion of the same, providing a better quality of repair compared to traditional welding (arc welding), since there is no fusion of materials, the presence of pores in the weld, embrittlement for the adsorption of hydrogen from the atmosphere and formation of brittle phases with low fracture toughness are avoided. The friction welding can be achieved in different ways, among them is the method through hole where a consumable pin is welded to a surface that has a hole pierced. This work presents the study of mechanical and metallurgical characteristics of repairs performed by the welding process with consumable pin through hole, using the conditions with and without preheating of the plate where the pin is welded. From the results show differences in microhardness and microstructural interface pin/metal base between samples with and without preheating. The samples with preheating had higher width ZTA e a larger amount of bainite and ferrite Widmanstätten for the sample without the condition. And the sample without preheating showed lack of adhesion in the region near the rebarba, larger amount of martensite in relation to the sample which had previously heated plate, and higher microhardness gradients. Thus it can be concluded that the requirement to preheating plate is shown best results to this application.

A soldagem de ligas de alumínio sem degradação excessiva das propriedades originais do metal base apresenta-se como um obstáculo a ser superado pelas indústrias em seus processos de fabricação, uma vez que o alumínio tem sido usado cada vez de forma mais intensiva. Esforços têm sido feitos para melhorar as propriedades da união destas ligas, que quando soldadas por processos convencionais como MIG ou TIG, perdem muito de suas propriedades originais devido às elevadas temperaturas envolvidas. Processos de união que não envolvem fusão, como rebitagem ou mesmo colagem despontam como alternativas em se tratando da união de alumínio, especialmente no setor aeronáutico. Neste sentido, o processo de soldagem denominado Friction Stir Welding (FSW), vem ganhando espaço nas pesquisas e também na indústria. Neste processo, uma ferramenta de alta resistência mecânica e com um perfil especial é utilizada para, por meio de atrito com as peças a serem soldadas, gerar calor e misturar mecanicamente o material da junta, consolidando a solda. Este trabalho visa implantar o processo FSW utilizando uma fresadora universal de elevada rigidez na soldagem de chapas de alumínio AA 5052-H34 com 6,35 mm de espessura. Para tanto, três geometrias de ferramentas de soldagem foram projetadas, fabricadas e testadas, de forma a definir-se parâmetros de soldagem compatíveis com as condições fornecidas pela máquina fresadora, por meio de testes preliminares. Uma vez definidos estes parâmetros, juntas foram obtidas com as três geometrias de ferramenta disponíveis e posteriormente seus desempenhos foram comparados. Ensaios mecânicos de dobramento e tração, medição do perfil de microdurezas e análise macrográfica da seção transversal das soldas foram os métodos empregados na caracterização das propriedades resultantes. Em adição, soldas pelo processo MIG também foram obtidas e sujeitas às mesmas avaliações. Observou-se desempenho similar entre as três geometrias de ferramenta testadas, sendo que apenas uma destas produziu soldas com ductilidade significativamente inferior às demais. Em relação à tensão de escoamento, eficiências próximas de 80% foram alcançadas por duas das geometrias, sem perda expressiva da ductilidade original. O perfil de microdurezas das amostras soldadas pelo processo FSW não demonstrou grande variação ao longo da seção transversal, ao passo que as amostras soldadas através do processo MIG apresentaram zonas bem definidas devido à natureza do processo empregado. / Welding of aluminum alloys with no considerable degradation of the properties of the base metal is a problem to be overcome by industry manufacturing processes, once aluminum is being used more intensively nowadays. Efforts have been made to improve aluminum joint properties that, when welded by conventional techniques such as MIG or TIG, experience a loss in mechanical properties due to the high temperatures involved. No-melt joining processes such as adhesive bonding or riveting are often considered when it comes to aluminum joining, especially in aerospace applications. Alternatively a welding process named Friction Stir Welding (FSW) is receiving growing attention for its potential applications where heat must be minimized or when dissimilar metals must be joined. In this process a high strength rotating tool with a special profile is introduced at the interface of the materials to be joined and translated along the joint at controlled speeds. Heat generated softens the material and allows the tool to stir while traveling along the joint. This work aimed at producing welds on AA 5052-H34 plates, 6,35mm (0,25 inches) in thickness, using a milling machine. In order to do that, three tool geometries were designed, manufactured and tested so as to define which welding parameters generated the best results. Once these parameters were chosen, each tool produced three welds and their performance was evaluated. Transversal bending, tensile tests, micro-hardness measurements along the weld cross-section and macrographical analysis were carried out in order to assess weld properties. In addition, MIG welds were produced and subjected to the same test conditions. Considering yield stress as an efficiency parameter, all the tested tools presented similar results – around 80% of the base metal yield stress. On the other hand, when considering elongation or performance on transversal bending tests it was noticed that the conic pin tool was not able to produce sound welds under the chosen process parameters. These welds were characterized by the presence of a longitudinal groove, as observed in macrographic analysis. Micro-hardness measurements along FS weld cross-sections demonstrated a small variation between the different weld zones while on MIG cross-sections a higher variation in hardness values could be seen across the weld. Further MIG welds presented a larger heat affected zone than that of FS welds.

A soldagem das ligas de alumínio AA2024-T3 e AA7075-T6 sempre foi um obstáculo para indústria devido à alta suscetibilidade a trincas durante o processo de soldagem ao arco elétrico. Estas ligas são largamente utilizadas na indústria aeronáutica devido a sua alta resistência mecânica e baixo peso específico do alumínio, sendo que o método de união mais utilizado é a rebitagem. Com o advento da soldagem por FSW, surge uma nova oportunidade de união destas ligas sendo que os estudos apresentados até o momento demonstram excelentes propriedades mecânicas da junta. “Friction Stir Welding” – FSW é uma técnica de soldagem desenvolvida em 1991 pelo “The Welding Institute” (TWI) na Inglaterra. Esta solda tem a vantagem de ocorrer no estado sólido, que preserva as propriedades mecânicas das ligas, ao contrário dos métodos de soldagem convencionais que envolvem fusão e produzem, em grande parte, microestruturas com baixas propriedades mecânicas. No processo FSW uma ferramenta de alta resistência mecânica com um determinado perfil é rotacionada de forma a gerar atrito nas peças a serem soldadas. Este atrito gera calor suficiente para aumentar a ductilidade e misturar o material na junta, consolidando o mesmo, sem a ocorrência de fusão. O objetivo deste trabalho é determinar um conjunto de parâmetros através do processo FSW, para soldagem de chapas das ligas Alclad AA2024-T3 e AA7075-T6 com 1,8 mm de espessura, utilizando uma fresadora universal de alta rigidez. Para isso foram desenvolvidas duas geometrias de ferramentas para os quais um conjunto de parâmetros resultasse em soldas livres de defeitos. Uma vez obtidas estas soldas, as mesmas foram testadas através da medição de microdureza, ensaios de dobramento e tração para verificação das propriedades mecânicas resultantes comparadas ao do metal base. Observou-se que algumas juntas, dependendo dos parâmetros e da ferramenta utilizados, não demonstraram ductilidade adequada durante os ensaios de dobramento, embora não apresentassem defeitos na análise macrográfica. Da mesma forma, a resistência mecânica apresentada pelas mesmas atingiu no máximo 70% do metal base, demonstrando ser a técnica, uma boa alternativa a rebitagem. Por fim, para liga AA2024-T3, pode-se obter um conjunto de parâmetros que resultasse em uma solda com as propriedades finais desejadas, ou seja, livre de defeitos, ductilidade adequada e boa resistência à tração. / The welding of AA2024-T3 and AA7075-T6 clad aluminum alloys was always an obstacle to the industry due to cracking susceptibility during arc welding process. These alloys are largely used in the aeronautical industry because of their high mechanical strength and low density, being riveting the most widely used method to join them. The advent of friction stir welding (FSW) presents itself as a new opportunity to join these alloys and the present research demonstrates excellent mechanical properties of the joint. Friction stir welding is a welding technique that was developed in 1991 at The Welding Institute (TWI) in England. This welding method has the advantage to be a solid state process that preserves the mechanical properties of alloys, to the contrary of conventional fusion welding techniques that produce microstructures with low mechanical properties. In the FSW process a high strength tool with a given profile is rotated in order to generate friction in the parts to be welded. This friction generates enough heat to soften and stir the material, joining them without fusion. The objective of this work is to determine a set of parameters using the FSW process to weld a 1,8 mm thick AA2024-T3 and AA7075-T6 aluminum clad sheet using a stiff milling machine. For this purpose, development of two tool geometries with a set of parameters to obtain defect-free welded joints was utilized. These welded joints were investigated using microhardness, bending and tension testing to verify the mechanical properties in comparison with the base metal. It was noted that, dependent upon the parameters and tools used for welding, the joints did not show adeq uate ductility during the bending testing, even if the macrographic analysis demonstrate no defects. In the same way, the joint mechanical strength is 70% of base metal, showing that this technique is a good alternative for riveting method. Finally, for the AA2024-T3 aluminum alloy, it was obtained the desired properties for the joints, with no defects, good ductility and tension strength.

Este trabalho analisou o desempenho em fadiga de dois grupos de soldas aluminotérmicas. As soldas representam uma inovação ao processo por possuírem um ângulo de 30 e 45º em relação à seção transversal do trilho. A avaliação das soldas foi realizada seguindo recomendações de normas nacional e internacional de soldagem de trilhos e projeto para componentes submetidos a carregamentos cíclicos. As normas utilizadas foram: NBR 11449 standard - Trilho "Vignole" - Solda - Determinação da resistência à fadiga EN 14730- 1:2003 Railway Applications - Track Welding of Rails - Part 2.1. Approval of Aluminothermic Welding Processes e BSI 7608:1993 - BSI 7608:1993 - "Code of Practice for Fatigue Design and Assessment of Steel Structures". A análise das soldas compreendeu ensaio de fadiga em quatro pontos, análise metalográfica, ensaio de dureza e análise de falhas. As soldas com ângulo de 45 graus apresentaram melhor desempenho do que as juntas com ângulo de 30 graus. Para os dois ângulos, os resultados dos ensaios de fadiga são iguais ou superiores em comparação com soldas transversais ensaiadas em condições similares. A nova geometria da solda atende as exigências da norma nacional, ainda que, defeitos superficiais do tipo falta de fusão e bordamento da solda (flashing/finning) tenham diminuído o desempenho das juntas aluminotérmica em ângulo. As soldas possuem microestrutura e geometria recomendadas. O processo produz soldas com ZAC estreitas, o que confirma a vantagem do processo no controle de defeitos do tipo canoamento nas condições de serviço das ferrovias de carga pesada. O processo de solda aluminotérmica em ângulo possui grande potencial para se tornar um novo método de soldagem aplicável em ferrovias de carga pesada. Algumas modificações nos procedimentos de soldagem e material de consumo, contudo, devem ser realizadas para aumentar a vida em fadiga das soldas. / This work analyzed the fatigue performance of two aluminothermic welds groups. The welds represent an innovation in process because they utilize a 30 and 45 degree angle joint. The welding evaluation was performed according to recommendations from NBR 11449 standard - Trilho "Vignole" - Solda - Determinação da resistência à fadiga (Fatigue resistance evaluation) and international standards EN 14730-1:2003 Railway Applications - Track Welding of Rails - Part 2.1. Approval of Aluminothermic Welding Processes and BSI7608:1993 - BSI 7608:1993 - "Code of Practice for Fatigue Design and Assessment of Steel Structures". The welding analysis included: four points bending fatigue tests, metallographical analysis, hardness test and failure analysis. The 45 degree angle joint shown better performance than 30 degree For both geometries the fatigue tests results are similar or superior in comparison to conventional welding found in literature. The new joint design fit the brazilian fatigue requirements, although superficial welding defects of the flashing/finning and lack of fusion type have diminished the welds performance. The microstructure and weld profile are as recommended. This new approach to welding process produces a narrow HAZ, which is advantageous to controlling defects such as weld batter effect in the weld profile during service in heavy haul railroads. Aluminothermic angle welding has great potential to be a new welding technique applicable to group maintenance of heavy haul railroads. However, some improvements in the welding procedure, mold materials and design should be made to increase the fatigue life of the angle welding technique.

Soldagem a ponto por fricção é um processo que ocorre no estado sólido com alta eficiência energética, baixo custo de produção além de ser um processo ambientalmente limpo. Estes processos por fricção são uma alternativa a processos convencionais tais como solda ponto por resistência, rebitamento e "clinching". A Solda Ponto por Ficção e Mistura Mecânica, ou SPFMM, é uma excelente alternativa aos processos tradicionais de união, desde que é eficiente na união de ligas de alta resistência da indústria automotiva e aeroespacial como alumínio e magnésio, que são materiais que apresentam dificuldades na soldagem com a utilização de métodos convencionais através da fusão dos materiais envolvidos. A ausência de uma fase de fusão nesses processos elimina defeitos como porosidades, bolhas, rebaixos, inclusões e microestruturas indesejáveis, que freqüentemente aparecem na solda e zonas afetadas pelo calor em processos de soldagem por fusão. Estes materiais são interessantes, especialmente na indústria automotiva, devido a sua excelente relação de resistência/peso, onde a técnica já é utilizada apresentando redução drástica de custos de operação e aumento a resistência das juntas formadas. O processo de SPFMM consiste em uma ferramenta, que é uma combinação de um pino e um ombro que em rotação, penetra nas chapas formando uma junta sobreposta. Esta ferramenta rotativa ao penetrar utiliza elevadas cargas axiais. O contato do pino com regiões adjacentes e do ombro com a superfície superior da junta geram calor de fricção. Este calor de fricção promove a plastificação do material da junta, que ao mesmo tempo é misturado pelo pino consolidando, assim, a formação da junta. Após a remoção da ferramenta e fim do processo, um furo remanescente permanece no centro da solda. O objetivo do presente trabalho é avaliar a influência da utilização de diferentes perfis de ferramenta e diferentes velocidades de rotação sobre a soldagem e o comportamento mecânico de ligas de alumínio e magnésio soldadas pelo processo de SPFMM. Também buscou-se observar a influência da ferramenta sobre a variação do fluxo de material. As soldas foram realizadas com duas diferentes velocidades de rotação para o magnésio e três diferentes velocidades de rotação para as ligas de alumínio. E um total de doze combinações de quatro diferentes perfis de pino e três diferentes perfis de ombro foram utilizadas para a produção destas soldas. A taxa de penetração, profundidade de penetração e tempo de mistura foram mantidos constantes. A caracterização metalúrgica foi feita através de microscopia ótica, lupa e eletrônica de varredura. A caracterização mecânica das juntas foi feita através de ensaios de cisalhamento, perfis de microdureza e monitoramento de torque e força durante o processo de soldagem. Ainda foram realizadas análises do fluxo de material durante o processo. Foi possível observar uma tendência de aumentar a resistência mecânica da junta com a utilização de velocidades de rotação mais elevadas em ambos os materiais. A utilização de ferramentas com diferentes perfis apresentou diferenças representativas, porém com muita dependência da combinação de velocidade de rotação, pino e ombro utilizados. / Friction based spot welding are processes that occurs in solid state with high energy efficiency, low costs and environmentally friend. These processes provide an alternative to conventional spot joining methods as resistance spot welding, riveting and clinching. Friction Stir Spot Welding is a good alternative to traditional spot joining processes since it is able to join high strength aerospace and automotive alloys like aluminum and magnesium, which are difficult to join by conventional fusion. The absence of melting during welding avoids defects like porosity, inclusions, and undesired microstructures, that are frequently observed in fusion weldings. These materials are interesting especially regarding the automotive industry, because of its mechanical strength/weight relationship, where the technique is already in use with drastic reducing of operating costs and increasing in joint mechanical strength. The SPFMM process consists in a rotating tool comprised of a pin and a shoulder that penetrates into two overlap positioned sheets. The tool displaces and plasticize the adjacent material and provide the joint consolidation leaving a keyhole after tool removal and the process is finished. The aim of this work was to evaluate the influence of different tool profiles on the metallurgical and mechanical behavior of friction stir spot welded joints of aluminum and magnesium alloys. The joints were performed with two different rotation speeds for the magnesium AZ31 samples and with three different rotation speeds for the aluminum AA6181-T4 samples and twelve combinations of three different shoulders and four different pins. The plunge rate, plunge depth and dwell time were kept constant. The metallurgical characterization was performed using optical and scanning electron microscopy. The mechanical performance of the joints was evaluated in terms of microhardness profiles and shear test. It was possible to observe a tendency to increase the mechanical strength with the usage of higher rotational speeds for both materials. The usage of different tool profiles also presented different mechanical performance, but it’s strongly influenced by the combination of rotational speed, pin and shoulder.

O presente trabalho tem como objetivo uma avaliação qualitativa das transformações metalúrgicas sofridas pelos aços ferríticos de baixa liga T/P23 e T/P24, quando soldados com diferentes energias de soldagem, temperaturas de preaquecimento e espessuras de metal base. Foi utilizado um modelo baseado em equações de transporte de calor, que aplica a técnica numérica de volumes finitos com implementação computacional em linguagem de programação FORTRAN. Foi enfocada neste estudo a simulação numérica dos efeitos da variação da energia de soldagem, da espessura e da temperatura de preaquecimento do metal base sobre a curva de resfriamento durante a transformação sob resfriamento contínuo dos aços citados. Foi simulada uma condição em que um cordão de solda foi depositado sobre placas dos aços estudados através do processo GMAW (Gas Metal Arc Welding). O modelo de fonte de energia baseado na distribuição duplo-elipsóide de fluxo de calor de Goldak et al. foi utilizado, a fim de se obter uma boa aproximação da penetração e da taxa de resfriamento da solda. Os resultados obtidos confirmaram qualitativamente aqueles apresentados pela literatura. / The aim of this work is to evaluate qualitatively the metallurgical transformations during the welding of the low alloy ferritic steels T/P23 e T/P24 when welded with different welding energy, preheat temperatures and base metal thickness. It was used a model based at heat transfer equation that apply the finite volume numerical method and implemented in a computational code in FORTRAN programming language. It was aimed at this work the numerical simulation of the effects of the energy change, base metal thickness and preheating temperature on the cooling curve during continuous cooling transformation of these steels. It was simulated a situation where a single weld fillet was deposited on plates of the investigated steels by the GMAW process. A heat source model based on Goldak`s double-ellipsoid power density distribution was utilized in order to get a good approximation of the weld penetration and cooling rate. The results obtained had a good qualitative agreement with the literature.

CARNEIRO, J. C. S. Estudo da transferência metálica no processo de soldagem MIG/MAG através da dimensão fractal do sinal de tensão. 2005. 111 f. Dissertação (Mestrado em Ciência de Materiais) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2005. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-12-10T16:40:26Z No. of bitstreams: 1 2005_dis_jcscarneiro.pdf: 5726359 bytes, checksum: c48ced1d223a1f57620e75c6a2d1a8ff (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-12-15T18:19:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2005_dis_jcscarneiro.pdf: 5726359 bytes, checksum: c48ced1d223a1f57620e75c6a2d1a8ff (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-15T18:19:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2005_dis_jcscarneiro.pdf: 5726359 bytes, checksum: c48ced1d223a1f57620e75c6a2d1a8ff (MD5) Previous issue date: 2005-04-04 / The techniques for estimating the fractal dimension of signals have been widely applied in the description of many physical systems, from studies of atmospheric turbulence, EEG signals, water systems to studies on the behavior of fractal surfaces fractured by impact. The analysis of the fractal dimension of complex phenomena has become an important tool to quantify the degree of irregularity of artificial or natural phenomena. In this paper we investigate the fractal dimension of the signal voltage of the arc processode MIG / MAG welding. The estimation technique used for calculating the fractal dimension of the signals in the study was the method box couting. It was verified that rapid changes in the values ​​of fractal dimension were associated with the phenomenon of metal transfer. Shows the signal analyzed in the time domain, the photographic pictures of the metal transfer, obtained by the technique of shadowgrafia, and programs used to obtain the graphs, calculating the fractal dimension as well as statistics of the signals welding. In the literature review is made a presentation of the electric arc welding considering only its physical aspects. It appears the method used in calculating the fractal dimension of signals. Are also treated the electron emission mechanisms, the process of welding MIG / MAG, the phenomenon of metal transfer in MIG / MAG and the forces involved during metal transfer. / As técnicas de estimativa da dimensão fractal de sinais têm sido amplamente aplicadas na descrição de inúmeros sistemas físicos, desde estudos sobre turbulência atmosférica, sinais de eletroencefalograma, sistemas hidrológicos até estudos sobre o comportamento fractal de superfícies fraturadas por impacto. A análise da dimensão fractal de fenômenos complexos passou a ser uma ferramenta importante para quantificar o grau de irregularidade de fenômenos artificias ou naturais. Neste trabalho investigou-se a dimensão fractal dos sinais de tensão do arco voltaico do processode soldagem MIG/MAG. A técnica de estimativa empregada para o cálculo da dimensão fractal no estudo dos sinais foi o método box couting. Pôde-se verificar que variações bruscas nos valores da dimensão fractal estavam associadas com o fenômeno da transferência metálica. São apresentados os sinais analisados, no domínio do tempo, os quadros fotográficos da transferência metálica, obtidos pela técnica de shadowgrafia, e os programas utilizados para obtenção dos gráficos, cálculo da dimensão fractal e também de dados estatísticos dos sinais de soldagem. Na revisão bibliográfica é feita uma apresentação do arco elétrico de soldagem considerando-se apenas seus aspectos físicos. È apresentado o método empregado no cálculo da dimensão fractal dos sinais. São tratados também os mecanismos de emissão eletrônica, o processo de soldagem MIG/MAG, o fenômeno da transferência metálica no processo MIG/MAG e as forças envolvidas durante a transferência metálica.