O presente trabalho estuda uniões entre chapas de aço DP600 e chapas das ligas de alumínio AA 6181–T4 e AA 5754–H22, obtidas através do processo Friction Spot Welding (FSpW). A soldagem de materiais dissimilares é um dos grandes desafios para a engenharia, pois as propriedades de distintos materiais são muito diferentes na maioria das vezes, o que dificulta a realização deste tipo de união pelos métodos convencionais de soldagem com fusão. O processo FSpW requer menos energia que os processos de soldagem convencionais, não produz fumos, radiação ou resíduos. Permite obter a união de materiais no estado sólido, sendo, portanto potencialmente indicado para uniões dissimilares. Por ser um processo muito mais “limpo” que os usados convencionalmente, pode contribuir significativamente com uma grande preocupação mundial que é a sustentabilidade. A influência de um revestimento galvanizado nas chapas de aço para a qualidade das uniões resultantes foi avaliada realizando-se as operações de soldagem com as chapas de aço nas condições com e sem a camada galvanizada. O método estatístico de Taguchi foi utilizado para definir os parâmetros de soldagem que maximizassem a resistência das juntas para cada condição de ensaio, sendo a qualidade das juntas obtidas definida pela resistência da união ao ensaio de cisalhamento. Durante a soldagem, a temperatura em pontos específicos foi adquirida e, posteriormente, as juntas foram submetidas à análise metalográfica e de composição química por EDS. A partir da análise das macro e microestruturas dos corpos de prova com melhor resistência ao cisalhamento, foi possível associar diferentes parâmetros de processo e mecanismos de união para cada tipo de junta. O estudo comprovou a possibilidade de obtenção de uniões dissimilares entre o aço e as duas ligas de alumínio através do processo FSpW, especialmente quando utilizou-se o aço com a camada galvanizada que apresentou modo de união mais eficaz. / This work aims at the study of welding DP600 steel to AA6181-T4 and AA5754-H22 aluminum alloys plates by Friction Spot Welding (FSpW). Welding of dissimilar materials is a great challenge for engineering due to the diverse properties of different materials, that difficult welding by conventional methods of fusion. FSpW is a joining method that requires lower energy than conventional welding processes and produces no hazard gases or radiation. It allows solid state joining that is potentially indicated to dissimilar materials joining, and contributes significantly to sustainability, because the process can be considered “cleaner” that those used conventionally. The influence of the galvanized layer on the joint performance with the steel plates on was tested using steel plates with and without this coating. The Taguchi statistic method was employed to define the welding process parameters that produce higher shear stress resistance to each test condition, so the welding joints quality was defined based on the union resistance to shear. During the welding operation the temperature at given positions was acquired and the resulting joints were submitted to metallographic and chemical composition analysis. From the analysis of specimen that showed best stress test performance to each joint condition, it was possible to associate different process parameters and joint mechanisms to each condition. The study demonstrates the feasibility of joining the steel to both aluminum alloys using FSpW. The best shear test results were obtained with the presence of a galvanized layer.

O presente trabalho estuda uniões entre chapas de aço DP600 e chapas das ligas de alumínio AA 6181–T4 e AA 5754–H22, obtidas através do processo Friction Spot Welding (FSpW). A soldagem de materiais dissimilares é um dos grandes desafios para a engenharia, pois as propriedades de distintos materiais são muito diferentes na maioria das vezes, o que dificulta a realização deste tipo de união pelos métodos convencionais de soldagem com fusão. O processo FSpW requer menos energia que os processos de soldagem convencionais, não produz fumos, radiação ou resíduos. Permite obter a união de materiais no estado sólido, sendo, portanto potencialmente indicado para uniões dissimilares. Por ser um processo muito mais “limpo” que os usados convencionalmente, pode contribuir significativamente com uma grande preocupação mundial que é a sustentabilidade. A influência de um revestimento galvanizado nas chapas de aço para a qualidade das uniões resultantes foi avaliada realizando-se as operações de soldagem com as chapas de aço nas condições com e sem a camada galvanizada. O método estatístico de Taguchi foi utilizado para definir os parâmetros de soldagem que maximizassem a resistência das juntas para cada condição de ensaio, sendo a qualidade das juntas obtidas definida pela resistência da união ao ensaio de cisalhamento. Durante a soldagem, a temperatura em pontos específicos foi adquirida e, posteriormente, as juntas foram submetidas à análise metalográfica e de composição química por EDS. A partir da análise das macro e microestruturas dos corpos de prova com melhor resistência ao cisalhamento, foi possível associar diferentes parâmetros de processo e mecanismos de união para cada tipo de junta. O estudo comprovou a possibilidade de obtenção de uniões dissimilares entre o aço e as duas ligas de alumínio através do processo FSpW, especialmente quando utilizou-se o aço com a camada galvanizada que apresentou modo de união mais eficaz. / This work aims at the study of welding DP600 steel to AA6181-T4 and AA5754-H22 aluminum alloys plates by Friction Spot Welding (FSpW). Welding of dissimilar materials is a great challenge for engineering due to the diverse properties of different materials, that difficult welding by conventional methods of fusion. FSpW is a joining method that requires lower energy than conventional welding processes and produces no hazard gases or radiation. It allows solid state joining that is potentially indicated to dissimilar materials joining, and contributes significantly to sustainability, because the process can be considered “cleaner” that those used conventionally. The influence of the galvanized layer on the joint performance with the steel plates on was tested using steel plates with and without this coating. The Taguchi statistic method was employed to define the welding process parameters that produce higher shear stress resistance to each test condition, so the welding joints quality was defined based on the union resistance to shear. During the welding operation the temperature at given positions was acquired and the resulting joints were submitted to metallographic and chemical composition analysis. From the analysis of specimen that showed best stress test performance to each joint condition, it was possible to associate different process parameters and joint mechanisms to each condition. The study demonstrates the feasibility of joining the steel to both aluminum alloys using FSpW. The best shear test results were obtained with the presence of a galvanized layer.

Neste trabalho é proposto e avaliado um sistema capaz de monitorar de forma não-destrutiva, não-invasiva, individualizada, em tempo real e em ambiente industrial, a qualidade de soldas produzidas através do processo de solda a ponto resistiva (PSPR), diminuindo ou mesmo eliminando a necessidade dos testes destrutivos, reduzindo custos e aumentando a produtividade. Este sistema de monitoramento é baseado em reconhecimento de padrões, através de redes neurais artificiais do tipo Perceptron multicamadas. As características do processo usadas na entrada da rede neural são os parâmetros ajustados de um modelo matemático parametrizável, criado com o intuito de refletir as propriedades fundamentais da grandeza do processo passível de ser medida e monitorada em tempo real, neste caso a curva de resistência dinâmica. Estes valores ajustados dos parâmetros do modelo são ainda relacionados com os estados ou condições do processo, de forma a permitir a identificação de possíveis causas para falhas detectadas. Para avaliar e validar este sistema, usaram-se dados reais obtidos na produção de lotes de contatos elétricos através do PSPR. Os resultados obtidos mostram que o sistema proposto é capaz de monitorar satisfatoriamente a qualidade do processo investigado, com erro médio quadrático de 16,5 N, na estimação da força de cisalhamento suportada pela solda, no pior caso. O sistema também mostrou-se capaz de identificar a causa para soldas cuja qualidade estimada foi considerada baixa, com taxa de acerto acima de 97%. Esse sistema proposto não contém especificidades de nenhum processo produtivo e, portanto, tem potencial para ser aplicado em outros processos, além do PSPR. / In this work a non-destructive, non-invasive, individualized, real-time system has been proposed and evaluated to monitor the quality of welds produced by resistance spot welding process (RSWP) in industrial environment. This system is able to reduce or eliminate the need for destructive tests, leading to cost reduction and increase in productivity. This monitoring system is based on pattern recognition with multilayer Perceptron artificial neural networks (ANN). The process features used as input of the ANN are adjusted parameters of a parametric mathematic model created to reflect the fundamental properties of the process variable that is measurable in real time, in this work, the dynamic resistance curve. The adjustable model parameters values are related with the process states and conditions, so that it is possible to identify the causes for detected bad quality. In order to evaluate and validate the proposed system, real data obtained in the production of electric contacts by RSWP were used. The results show that the proposed system is capable of properly monitoring the investigated process quality, with a mean square error of 16.5 N, in the estimation of the shear force supported by the weld, in the worst case. The system proved to be able to identify the causes for detected bad quality, with a reliability of more than 97%. The proposed system contains no productive process specificities, and, therefore, can be applied to other processes.

O presente trabalho estuda uniões entre chapas de aço DP600 e chapas das ligas de alumínio AA 6181–T4 e AA 5754–H22, obtidas através do processo Friction Spot Welding (FSpW). A soldagem de materiais dissimilares é um dos grandes desafios para a engenharia, pois as propriedades de distintos materiais são muito diferentes na maioria das vezes, o que dificulta a realização deste tipo de união pelos métodos convencionais de soldagem com fusão. O processo FSpW requer menos energia que os processos de soldagem convencionais, não produz fumos, radiação ou resíduos. Permite obter a união de materiais no estado sólido, sendo, portanto potencialmente indicado para uniões dissimilares. Por ser um processo muito mais “limpo” que os usados convencionalmente, pode contribuir significativamente com uma grande preocupação mundial que é a sustentabilidade. A influência de um revestimento galvanizado nas chapas de aço para a qualidade das uniões resultantes foi avaliada realizando-se as operações de soldagem com as chapas de aço nas condições com e sem a camada galvanizada. O método estatístico de Taguchi foi utilizado para definir os parâmetros de soldagem que maximizassem a resistência das juntas para cada condição de ensaio, sendo a qualidade das juntas obtidas definida pela resistência da união ao ensaio de cisalhamento. Durante a soldagem, a temperatura em pontos específicos foi adquirida e, posteriormente, as juntas foram submetidas à análise metalográfica e de composição química por EDS. A partir da análise das macro e microestruturas dos corpos de prova com melhor resistência ao cisalhamento, foi possível associar diferentes parâmetros de processo e mecanismos de união para cada tipo de junta. O estudo comprovou a possibilidade de obtenção de uniões dissimilares entre o aço e as duas ligas de alumínio através do processo FSpW, especialmente quando utilizou-se o aço com a camada galvanizada que apresentou modo de união mais eficaz. / This work aims at the study of welding DP600 steel to AA6181-T4 and AA5754-H22 aluminum alloys plates by Friction Spot Welding (FSpW). Welding of dissimilar materials is a great challenge for engineering due to the diverse properties of different materials, that difficult welding by conventional methods of fusion. FSpW is a joining method that requires lower energy than conventional welding processes and produces no hazard gases or radiation. It allows solid state joining that is potentially indicated to dissimilar materials joining, and contributes significantly to sustainability, because the process can be considered “cleaner” that those used conventionally. The influence of the galvanized layer on the joint performance with the steel plates on was tested using steel plates with and without this coating. The Taguchi statistic method was employed to define the welding process parameters that produce higher shear stress resistance to each test condition, so the welding joints quality was defined based on the union resistance to shear. During the welding operation the temperature at given positions was acquired and the resulting joints were submitted to metallographic and chemical composition analysis. From the analysis of specimen that showed best stress test performance to each joint condition, it was possible to associate different process parameters and joint mechanisms to each condition. The study demonstrates the feasibility of joining the steel to both aluminum alloys using FSpW. The best shear test results were obtained with the presence of a galvanized layer.

Orientador: Itamar Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-26T22:44:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Damasco_Astrid_D.pdf: 55690110 bytes, checksum: 6c2d5f5f7cbef8c9f338896b128300d0 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: A motivação deste trabalho surgiu do fato da indústria automobilística usar em larga escala o processo de soldagem a ponto por resistência elétrica para a produção de juntas de chapa/chapa e de chapa/tubo com diferentes espessuras, revestimentos e composição química, sendo que ainda há uma série de dificuldades práticas associadas a algumas combinações chapa-tubo- revestimentos e, inclusive, com poucos dados disponíveis na bibliografia especializada. Foi feito, neste trabalho, a caracterização e análise do processo de soldagem a ponto por resistência elétrica para juntas de chapa sobre chapa e de chapa sobre tubo constituídas de aço baixo carbono, com diferentes composição química, espessura e revestimento. Para tanto, foram utilizadas chapas de aço ASTM 1005, de 0,95 mm de espessura, zincadas e tubos de aço ASTM 1023, de seção quadrada 30X30 mm2, com espessuras de 1,5 mm, 2,0 mm e 3,0 mm, todos fosfatizados. Com esses materiais foram obtidas juntas de chapa/chapa e chapa/tubo com diferentes combinações de espessuras ( 0,95/1,5 mm; 0,95/2,0 mm e 0,95/3,0 mm) e revestimentos (zinco/fosfato; zinco/zinco e decapados). As juntas de interesse foram submetidas ao processo de soldagem a ponto por resistência, cujos parâmetros de processo foram previamente determinados com base na chapa mais fina (0,95 mm de espessura), de modo a se obter intervalos de corrente de soldagem para cada combinação de espessura e revestimento.Os parâmetros de processo estudados foram corrente de soldagem, tipo de eletrodos e força entre eletrodos. As juntas obtidas foram analisadas quanto aos seus aspectos externos (identação, deformação e expulsão), aspectos internos (macroestrutura, diâmetro de lente, penetração, vazios e trincas), propriedades mecânicas (resistência à tração axial e torque máximo) e modo de fratura macroscópica. Para as juntas de chapa/chapa foram obtidos intervalos de soldagem maiores que 2,0 kA, garantindo ampla faixa de soldabilidade, para as diferentes combinações de espessuras de chapas e dos revestimentos de chapas estudados. Também foi possível obter intervalos de soldagem maiores que 2,0 kA para as juntas de chapa/tubo, com tubos de 2,0 mm e 3,0 mm de espessura nas diferentes combinações de revestimentos estudadas. A soldagem em tubos de 1,5 mm de espessura foi viabilizada através do desenvolvimento de quatro diferentes processos, sendo que todos os quatro resultaram em intervalos de soldagem acima do valor mínimo de 1,0 kA, a partir do qual um processo de soldagem a ponto por resistência elétrica é considerado viável. Esses processos envolvem a utilização de alguns dispositivos desenvolvidos pela autora, e que levaram a valores razoavelmente altos de carga de tração e de torque máximo. Em alguns casos, os pontos de solda obtidos apresentaram vazios no interior da lente de solda ou trincas na superfície da chapa de 0,95 mm. Contudo, todos os pontos obtidos dentro dos intervalos de soldagem apresentaram valores de carga de tração máxima e de torque máximo maiores que o mínimo prescrito na literatura especializada / Abstract: The motivation for this work came from the fact of the automobile industry uses on a large-scale the resistance spot welding of low-carbon steel of sheet/sheet and sheet/tube joints, with different composition, thickness, and coating, and there are a few information on these complex joints in the bibliography. A characterization and analysis ofthe resistance spot welding process for sheet/sheet and sheet/tube joints of low-carbon steel, with different composition, thickness, and coating has been conducted. For that, ASTM 1005 steel zinc coated sheet, 0.95 mm thick, and ASTM 1023 steel square tube, 30x30 mm2, 1.5, 2.0, and 3.0 mm thick, in a phosphorised condition have been utilized, for obtaining sheet/sheet and sheet/tube joints with different thickness combination (0.95/1.5 mm; 0.95/2.0 mm; 0.95/3.0 mm), and coating (zinc/phosphate; zinc/zinc; and uncoated). The joints were welded by using the welding parameters obtained from the thinest sheet (0.95 mm thick) in order to obtain welding electric current intervals for each thickness and coating combinations. The welding electric current, type of electrode, and welding force have been studied. The joints have been analysed from the following points of view: external aspects (indentation, deformation, and expulsion); inner aspects (macrostructure, nugget, diameter, penetration, shrinkage void, and cracks); mechanical properties (ultimate tensile load and maximum torsional moment), and macroscopic fracture mode. It was observed electric current welding intervals greater than 2.0 kA for all sheet/sheet joints, that means wide weldability for different combinations in sheet thickness and coating. It was possible to observe also current welding intervals greater than 2.0 kA for sheet/tube joints, 2.0 and 3.0 mm thick for all coating conditions. On the other hand, it was possible to obtain good welds in 1.5mm thick tube only by using four different processes, and as a result of these, it was also possible to obtain current welding intervals greater than the minimal value 1.0 kA. Some of the fixtures used in these four processes were developed by the author. In some case, there were shrinkage voids in the nugget or cracks frem 0.95 mm thick sheet surface. Therefore, all nugget obtained in the current welding intervals presented ultimate tensile load and maximum torsional greater than the minimal value recommended in the bibliography / Doutorado / Materiais e Processos / Doutor em Engenharia Mecânica

Abstract The information age is characterized by ever-growing amounts of data surrounding us. By reproducing this data into usable knowledge we can start moving toward the knowledge age. Data mining is the science of transforming measurable information into usable knowledge. During the data mining process, the measurements pass through a chain of sophisticated transformations in order to acquire knowledge. Furthermore, in some applications the results are implemented as software solutions so that they can be continuously utilized. It is evident that the quality and amount of the knowledge formed is highly dependent on the transformations and the process applied. This thesis presents an application independent concept that can be used for managing the data mining process and implementing the acquired results as software applications. The developed concept is divided into two parts – solution formation and solution implementation. The first part presents a systematic way for finding a data mining solution from a set of measurement data. The developed approach allows for easier application of a variety of algorithms to the data, manages the work chain, and differentiates between the data mining tasks. The method is based on storage of the data between the main stages of the data mining process, where the different stages of the process are defined on the basis of the type of algorithms applied to the data. The efficiency of the process is demonstrated with a case study presenting new solutions for resistance spot welding quality control. The second part of the concept presents a component-based data mining application framework, called Smart Archive, designed for implementing the solution. The framework provides functionality that is common to most data mining applications and is especially suitable for implementing applications that process continuously acquired measurements. The work also proposes an efficient algorithm for utilizing cumulative measurement data in the history component of the framework. Using the framework, it is possible to build high-quality data mining applications with shorter development times by configuring the framework to process application-specific data. The efficiency of the framework is illustrated using a case study presenting the results and implementation principles of an application developed for predicting steel slab temperatures in a hot strip mill. In conclusion, this thesis presents a concept that proposes solutions for two fundamental issues of data mining, the creation of a working data mining solution from a set of measurement data and the implementation of it as a stand-alone application.

Es wird ein Überblick über ein Modell zur Simulation des Punktschweißvorganges in Ansys APDL gegeben, Kernproblem sind darin die reibungsbehafteten Kontaktstellen. Die Aspekte der Kontaktmodellierung werden in Zusammenhang mit den Besonderheiten des Modells gebracht. Es wird auf Möglichkeiten der numerischen Kontaktstabilisierung mit Bordmitteln eingegangen. Ferner wird ein Ansatz einer zusätzlichen Kontaktstabilisierung dargestellt und bewertet.

The main goal of the diploma thesis is a proposal of alternative metal sheets joining technology which would replace the current technology of spot welding. Different variants have been proposed, and the one which suits the most, the technology of clinching, was compared to the existing one. The costs have been calculated and following results have been concluded: the return of investment of clinching press is about 2 years. In the case of handheld tongs it is 1 and a quarter of a year. Annual savings of clinching press are 234 485 Kč, and in the case of handheld tongs are 258 019 Kč.

The automotive industry of today faces ever harder requirements from regulatory bodies to increase the fuel efficiency, reduce the carbon footprint and increase the safety of their vehicles. The problem is being tackled in different ways; one of them being the use of innovative materials to reduce the overall weight while improving the crash safety of the vehicle. One such material is 22MnB5, an ultra-high strength (UHS) boron-alloyed steel, capable of reaching tensile strength of 1900 MPa. The weldability is a vital factor for applying boron steel in an efficient way into a vehicle construction. Resistance spot welding (RSW) is, among the different welding methods, the primary joining methods used within the automotive industry. The main challenges with RSW of UHS boron steel is the narrow welding window and increased risk of expulsion compared to conventional automotive steel. The aim of this thesis was evaluating how the weldability of three-sheet UHS boron steel combinations could be improved by applying different innovative welding methods. The methods investigated where; three-pulsed welding, two-pulsed welding with force profile and using hollow-cone electrodes instead of regular electrodes. The different methods where evaluated with welding experiments and analysis of the nugget diameter, vicker hardness comparison and tensile strength test of welding nugget. The results from this thesis shows that the current window of three-sheet combinations with UHS boron steel can be significantly improved by using hollow-cone electrodes in RSW. The results also showed that the width of the current window varied depending on the depth of the hole in the electrode, a deeper hole improved the current window but also increased the oxide build-up. Applying a force profile with lowered electrode force during the welding sequence provided an improved process window compared to the constant electrode force when welding a three-sheet combination containing AlSi-coated boron steel. A three-pulse welding sequence performed better than the reference two-pulse welding schedule but still not good enough to meet VCC acceptance criteria. / Bilindustrin står idag inför allt hårdare krav från tillsynsmyndigheter förbättra bränsleeffektiviteten, minska koldioxidavtrycket och öka säkerheten på deras fordon. Problemet angrips från ett flertal olika vinklar. varav en ökad användning av innovativa material för att minska den totala vikten samtidigt som fordonets kraschsäkerhet bibehålls eller ens förbättras. Ett sådant material är 22MnB5, ett höghållfast (UHS) borstål, kapabelt att uppnå brottgränser på 1900 MPa.  Svetsbarheten är en vital faktor för att kunna applicera borstål på ett effektivt sätt i en fordonskonstruktion. Inom bilindustrin är motståndspunksvetsning (RSW) den dominanta svetsmetoden. De största utmaningarna med att punktsvetsa höghållfast AlSi-belagt borstål är det har ett generellt smalare svetsfönstren, samt den ökade risken för sprut under svetsprocessen, jämfört med konventionella stål. Målet med denna avhandling var att utvärdera hur svetsbarheten av tre-plåtskombinationer med höghållfast AlSi-belagt borstål kunde förbättras genom att applicera innovativa svetsmetoder. De utvärderade metoderna var; tre-pulsad svetsning, två-pulsad svetsning med applicerad kraftprofil, samt användning av ihåliga elektroder istället för vanliga elektroder. Metoderna utvärderades genom svetsexperiment och analys av svetslobens storlek, vicker hårdhets mätning samt brottgränsmätning av svetsloben. Resultaten från denna avhandling visar att svetsbarheten för tre-plåts kombinationer med UHS borstål kan förbättras avsevärt genom att använda ihåliga elektroder för punktsvetsning. Resultaten pekar också på att förbättringen beroende på hålets djup i elektroden. Ett djupare hål gav större förbättringar men ökade också uppbyggnaden av oxid och restmetall i elektroden.  Genom att applicera en kraftprofil, där elektrodkraften sänktes under svetsprocessen kunde svetsbarheten förbättras för två-puls svetsning, jämfört med att ha konstant elektrodkraft, vid svetsning av en tre-plåtskombination innehållande höghållfast AlSi-belagt borstål. En tre-puls svetssekvens utförde bättre än referenspulssvetsschemat men fortfarande inte tillräckligt bra för att uppfylla VCC-acceptkriterierna.

A two-dimensional axisymmetric thermo-mechanical model of the Refill Friction Stir Spot Welding (RFSSW) process was developed and validated with experimental data. Welding temperatures, tool forces, and material flow including defect formation, were accurately predicted by the model. Qualified repair techniques are critical for successful implementation of a welding process for use on large weldments with a significant number of spot joints, and this work demonstrates a repair technique for RFSSW that is validated both experimentally and numerically. Repaired properties are shown to exceed 90% of the original mechanical properties of the RFSSW process. RFSSW has different process parameters for every combination of material alloy, material thickness, weld duration, and machine force limits. Numerical modeling develops the process parameters for any RFSSW iteration in a fraction of the time with the same amount of accuracy. The model can effectively simulate how to determine the optimal weld duration given any experimental parameters.