Neste trabalho foram estudadas e desenvolvidas conexões para serem utilizadas no Sistema de Controle de Rolamento do Veículo Lançador de Satélites (VLS) do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) do Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial (CTA). Foi utilizada a técnica de soldagem por fricção de materiais dissimilares. Os materiais utilizados foram: aço inoxidável AISI 304 e ligas de alumínio 6351-T6 e 5052. Primeiramente, foram elaborados corpos-de-prova e submetidos a testes de soldagem de topo, com o intuito de serem levantados alguns parâmetros de soldagem. Houve também a necessidade de se fazer um estudo da rugosidade da superfície de fricção do aço inoxidável. Os resultados obtidos retratam as condições de rugosidade para o par aço inoxidável - alumínio. Após os estudos, os corpos-de-prova obtidos pelo processo de soldagem foram submetidos a ensaios mecânicos de tração, para obtenção dos valores do limite de resistência à tração da junta soldada em relação à rugosidade. Após os ensaios de tração, os corpos-de-prova que apresentaram melhores resultados foram preparados metalograficamente e examinados por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, análise química dispersiva de raios X e ensaios de microdureza Vickers. Com base nos resultados obtidos, foi estudada e projetada uma geometria especialmente desenvolvida para atender todas as necessidades de segurança exigidas para a utilização no Sistema de Controle de Rolamento do veículo. A geometria desenvolvida possibilitou a encapsulamento do alumínio, pela diminuição de sua deformação plástica, aumentando a área de contato e o ancoramento entre os dois materiais. Com isto melhorou-se a área de difusão do alumínio na superfície do aço inoxidável e também o ancoramento mecânico.

O presente trabalho objetiva avaliar o comportamento da solda por atrito, Friction Stir Welding (FSW), no regime de flambagem e de pós-flambagem quando esta é utilizada para unir os reforçadores em painéis aeronáuticos típicos. Para tal dois painéis aeronáuticos em alumínio equivalentes, um deles reforçado utilizando fixação por rebites e o segundo utilizando fixação por FSW foram simulados numericamente. A tecnologia FSW é um método de soldagem a frio por fricção desenvolvido pelo The Welding Institute, em 1991. A utilização deste método resulta em estruturas mais leves e mais simples comparadas ao tradicional processo de rebitagem, porém sem comprometer as propriedades mecânicas dos painéis como fazem os demais tipos de solda, já que não envolve fusão dos materiais a serem soldados. Os painéis foram modelados e simulados no software de elementos finitos ABAQUS através de análises não-lineares incluindo contanto entre as superfícies bem como falha e não-linearidade das propriedades dos materiais. Os resultados finais mostraram uma ligeira vantagem da tecnologia FSW em relação ao processo de rebitagem para os casos analisados.

Desde que foi patenteado, no início da década de 90, o processo de união por FSW (Friction Stir Welding) vem despertando a atenção das grandes indústrias aeronáuticas devido às suas vantagens quando comparado aos processos convencionais de junta. No entanto, este é um processo que ainda depende de muito estudo e validação. O trabalho presente visa apresentar um dispositivo de fabricação e montagem simples que pode ajudar neste processo. Ele foi concebido para testar a resistência da solda do tipo sobreposta de reforçadores integrados a impactos, utilizando o conceito largamente conhecido do Ensaio de Charpy.

Este estudo refere-se à análise de diferentes tipos de união, focando na comparação entre a utilização do processo de soldagem por fricção-mistura (Friction Stir Welding), em relação ao processo de rebitagem convencional, para união de peças em projetos aeronáuticos. Ambos os métodos de união são comparados por meio de análises de engenharia, englobando custos para os diferentes processos, análise de resistência mecânica e fadiga e aspectos referentes à produção, operação e manutenção de aeronaves. A solda por fricção-mistura apresenta inúmeras vantagens e ganhos produtivos em relação a outros tipos de solda ou à rebitagem. Ocorrendo em estado sólido, a solda por fricção-mistura não necessita de nenhum material de adição, como nos casos de soldagem por arco elétrico ou gás inerte, resultando em otimização de peso da aeronave e sendo mais "ecológica", além de não incorrer em problemas ocasionados pela fusão dos materiais base. As características mecânicas dos componentes soldados são iguais ou superiores às dos componentes rebitados.

A soldagem por FSW (Friction Stir Welding) tem como principal característica o fato do material não fundir durante o processo. Isso ocorre porque as temperaturas atingidas durante a soldagem são inferiores à temperatura de fusão do material, sendo essa uma das vantagens desse processo em relação aos processos convencionais. Entretanto, o calor local gerado é suficiente para o aparecimento de tensões residuais no material. As tensões residuais de soldagem modificam as propriedades mecânicas do material, podendo causar falhas prematuras em estruturas. A medição de tensões residuais é um processo relativamente caro e demorado. Assim, torna-se interessante estimar o comportamento das tensões residuais através de outro parâmetro, como a dureza, que um processo mais barato de rápida medição. Dessa forma, esse trabalho consiste na análise das tensões residuais e comparação com a dureza do Al 2024 T3, soldado por FSW.

O objetivo deste trabalho é propor modelos em elementos finitos que sejam capazes de descrever o comportamento do elemento estrutural representativo conhecido por Viga de Kuhn, quando este é fabricado pelo processo de união permanente intitulado Solda por Atrito - FSW (Friction Stir Welding), quando comparado a modelos analíticos. Inicialmente, faz-se uma ampla revisão bibliográfica dos trabalhos de autores diversos. Desta, originou-se uma descrição do processo de solda FSW, sua viabilidade como processo e seu potencial para a indústria aeronáutica. Ainda, seguiu-se a descrição da Viga de Kuhn, com foco de interesse no estudo do regime de pós-flambagem. São apresentados os métodos analíticos de análise de flambagem e pós-flambagem seguida de falha, tendo a literatura clássica para junções rebitadas como fundamento. Foram desenvolvidos três modelos de Elementos Finitos para o estudo computacional que incorporam junções com o objetivo de simular a soldagem FSW. São confrontados os resultados analíticos e computacionais como forma de melhor compreender o comportamento em pós-flambagem da viga.

O presente trabalho tem como objetivo desenvolver os parâmetros de processo de junção de topo, no estado sólido, de chapas de alumínio 2024-T3 de espessura 1,6 mm, para aplicação aeronáutica por meio do Friction Stir Welding - FSW, a fim de obter ao mesmo tempo boas propriedades mecânicas e velocidades apreciáveis de soldagem. O processo de FSW foi patenteado, em 1991, pelo The Welding Institute (TWI) da Inglaterra. A técnica consiste na união realizada no estado sólido, não ocorrendo fusão dos materiais. Uma ferramenta especialmente projetada, similar a um pino, tem a função de aquecer e "misturar", as bordas de duas peças que se quer unir. A ferramenta tem ainda um ombro que não penetra no material a ser soldado, mas gira sobre ele, gerando atrito e conseqüentemente energia térmica para plastificar o material. Para o desenvolvimento deste trabalho, foram realizadas as seguintes etapas: revisão bibliográfica do FSW; desenvolvimento dos parâmetros de processo (velocidade de rotação e transversal, e força axial da ferramenta de soldagem) e a relação com a temperatura de soldagem; realização de testes práticos; caracterização das juntas soldadas; ensaios mecânicos. Pela inspeção visual das soldas, foram ajustados os parâmetros de processo, visando obter soldas livres de defeitos superficiais, empenamento reduzido e aprovação em ensaio de dobramento logo após a soldagem. Então, partiu-se para caracterização das propriedades da junta, por meio de ensaios não-destrutivos de líquidos penetrantes, metalografia e ensaios mecânicos de tração. Com os parâmetros de soldagem validados e temperatura de soldagem medida, foram identificadas as variáveis de processo e partiu-se para ou aumento da velocidade de soldagem e ajuste destas variáveis relacionadas, realizadas nova campanha de soldagem, caracterização e ensaios mecânicos para validar este novo conjunto otimizado de parâmetros. Avalia-se, então, a relação entre os parâmetros de processo e as propriedades mecânicas. Obtêm-se soldas com velocidades apreciáveis de soldagem e com boas propriedades mecânicas. Observa-se que o método de seleção dos parâmetros é preponderantemente empírico e o método de otimização de velocidade, por meio da correlação com a temperatura de soldagem, mostra-se robusto e evidencia um aumento não linear entre a velocidade de rotação e velocidade transversal da ferramenta de soldagem.

Faz-se no presente trabalho um estudo de Integridade Estrutural em junções de liga de Alumínio aeronáutico soldadas por FSW. O material estudado foi a liga de alumínio AA2024-T3 em chapas finas com e sem a camada protetora de clad. As chapas AlClad foram submetidas a um processo de remoção do clad previamente ao processo de soldagem. Trabalhou-se com ligas nas espessuras de 0,65mm , 0,80mm , 1,15mm , 1,30mm , 1,45mm e 1,60mm . Para efeitos de comparação também se operou com chapa de liga de alumínio AA7475-T7 na espessura 1,3mm. Um extenso programa de ensaios foi levado a cabo, contando com testes metalográficos, perfis de dureza (microindentação), ensaios de tração, ensaios de fadiga, testes de tenacidade à fratura, e ensaios de propagação de trinca. Os resultados foram compilados, avaliados e comparados com resultados de outros autores. Propõe-se neste trabalho uma abordagem qualitativa para melhor compreensão dos efeitos da tensão residual, e também se propõe uma abordagem matemática para entendimento do comportamento estático da junta, varrendo os campos elástico e plástico, sempre com abordagem linear. Faz-se também uma análise crítica de integridade estrutural da junta FSW, sempre voltada à aplicação aeronáutica.

Este trabalho tem como objetivo estudar a viabilidade de se utilizar um novo conceito de soldagem entre perfis reforçadores de liga de alumínio da série 7XXX e chapas de liga de alumínio da série 2XXX pela tecnologia de soldagem FSW (Friction Stir Welding). Com este novo conceito, um perfil reforçador com geometria especial é soldado por FSW a uma chapa com o intuito de se fechar toda a interface entre a flange do reforçador e a chapa, esperando-se que se obtenha um ganho tanto em processo como em peso, já que o processo de fabricação se torna mais enxuto. O processo FSW foi inventado e patenteado pela TWI, um renomado centro especializado em junção de materiais, em 1991, no Reino Unido. Esta técnica de soldagem caracteriza-se por ocorrer no estado sólido, isto é, sem que haja a fusão do material a ser unido. No processo de soldagem FSW, uma ferramenta especial composta por um ombro e um pino é rotacionada de forma a gerar atrito entre as partes a serem soldadas. O atrito gerado pela ferramenta causa o aquecimento do material a ser soldado, que faz com que o mesmo seja plastificado, enquanto uma força axial aplicada pelo ombro da ferramenta consolida a solda. Duas ferramentas similares compostas por um mesmo pino, porém com ombros diferentes foram utilizadas para o desenvolvimento deste trabalho. Baseando-se nos parâmetros de referência da solda FSW sobreposta convencional, foram realizadas várias soldas pela metodologia de tentativa e erro. Em todos os casos, foi realizada análise visual das soldas FSW. As soldas que apresentaram boa qualidade superficial foram submetidas ao ensaio metalográfico, e caso não apresentassem nenhum defeito, seriam submetidos ao ensaio de tração transversal à solda, a fim de comparar as propriedades mecânicas entre a solda FSW sobreposta com este novo conceito e a solda FSW sobreposta convencional.

Devido ao fato de uma das limitações do processo de soldagem por atrito ("Friction Stir Welding - FSW") ser a necessidade da retirada de todo e qualquer acabamento superficial sob a junta (tais como camada anodizada, revestimentos orgânicos e camada "clad"), durante o processo de junção este acabamento superficial pode ser conduzido para o interior da junta, cujas conseqüências previstas são uma considerável queda nas propriedades mecânicas finais e introdução de eletrólitos (redução da resistência à corrosão). Objetivando alcançar a máxima produtividade e redução de peso que este processo de junção pode proporcionar, as juntas de alumínio "clad" 2524-T3 foram intencionalmente unidas de topo pelo processo de soldagem por atrito "Friction Stir Welding". Para tanto, foram projetados dois protótipos de ferramentas, com dimensões e geometrias específicas do pino e "ombro" de modo a minimizar o transporte do alumínio puro (liga 1231) presente nas camadas de "clad" para o interior da junta. Observações metalográficas das juntas FSW produzidas, antes e após os ensaios mecânicos, constataram que houve a condução do "clad" para o interior do metal de solda (região do "nugget"), com conseqüente redução nas propriedades mecânicas. O modo de falha previsto pelas literaturas para a junta FSW, sob esforços mecânicos (estáticos e dinâmicos), é a ocorrência de ruptura entre as zonas termomecanicamente afetada e a termicamente afetada. Neste trabalho, todas as juntas de topo Alclad 2524-T3 unidas por "Friction Stir Welding" romperam no metal de solda ("nugget") após ensaios estáticos (tração) e dinâmicos (vida em fadiga). Análises metalográficas revelam várias faixas de alumínio puro conduzidas pela ferramenta FSW durante a junção, que atuam com planos preferenciais para a nucleação e propagação da trinca de ruptura. De fato, estas faixas de alumínio puro procedentes da camada de "clad" superficial possuem propriedades mecânicas até 30% inferiores ao valor similar no metal de solda ("nugget").