Nesse trabalho foram realizados experimentos para determinar as tensões residuais introduzidas no Aço A36, que é uma liga de baixo carbono e que é muito utilizado em vários setores da produção industrial, quando esta é submetida à soldagem do tipo MIG (Metal Gas Inert). A escolha desse tipo de soldagem foi para manter constantes os parâmetros que pudessem influenciar nos resultados. Nessa análise foi verificada a distribuição das tensões residuais na zona termicamente afetada, a distribuição da tensão em relação a profundidade. Para isso usamos uma remoção eletrolítica e um corte transversal pelo processo de eletroerosão. Nesse trabalho foi usado o método do sen2, devido a sua facilidade para a análise dos dados do Programa PSD. O resultado das mediadas realizadas na região do cordão de solda, zona termicamente afetada (ZTA) e metal base próxima da ZTA, mostrou uma variação da distribuição da tensão em relação à profundidade do material e na distância do ponto de soldagem. No ponto de soldagem um aumento da tensão em relação à profundidade do material. Os fatores que influenciaram na introdução dessas tensões no processo de soldagem, foram causados pelo gradiente de temperatura, pelo resfriamento heterogêneo do material e também pelo resfriamento rápido da superfície / In this work experiments were conducted to determine the residual stresses introduced in the A36 steel, which is an alloy of low carbon, which is widely used in various sectors of industrial production, when it is subjected to welding-type MIG (Metal Inert Gas). The choice of this type of welding was to keep constant the parameters that could influence the results. In this analysis we detected the distribution of residual stresses in the heat affected zone, the stress distribution over the depth. For this we use an electrolytic removal and a cross section through the process of spark erosion. In this study we used the method of sen2, due to its ease to the analysis of data from the PSD. The result showed a variation of stress distribution for the depth of the material and the distance from the point of welding. The welding point ran a rise in tension over the depth of the material. Factors influencing the introduction of these stresses in the welding process were caused by the temperature gradient by cooling the heterogeneous material and also by the rapid cooling of the surface

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Tensões residuais são uma das principais causas de falhas em componentes mecânicos submetidos a processos de fabricação. O objetivo do trabalho foi medir as tensões residuais presentes em um tubo quadrado soldado por resistência elétrica de alta frequência e caracterizar microestruturalmente o seu material. Para a caracterização, foram utilizadas técnicas de microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise química quantitativa. Para a medição das tensões residuais, foi utilizado o método do furo cego, baseado na norma ASTM E837-08, onde rosetas (strain-gages) são coladas à peça para medir as deformações geradas devido à usinagem de um pequeno furo no local de medição. As deformações foram associadas às tensões residuais através de equações baseadas na Lei de Hooke. A caracterização revelou uma microestrutura composta basicamente de ferrita e perlita, típica de aços com baixo teor de carbono, corroborando com a especificação fornecida pelo fabricante. As tensões residuais encontradas foram trativas e mostraram-se elevadas, com alguns valores acima do limite de escoamento do material. / Residual stresses are one of the main failure causes in mechanical components submitted to manufacture process. The aim of this work was to measure the residual stresses present in a seame welded tube welded using a high frequency electrical resistance and to microstruturally characterize its material. Optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and quantitative chemical analysis techniques were used for the characterization. The hole-drilling method was applied obeying the ASTM E837-08 norm to measure the residual stresses, where strain-gages are glued to the sample to measure the deformations caused due to the machining of a small hole in the measurement point. The deformations were linked to the residual stresses using the Hookes Law equations. The characterization basically showed a composite microstructure of ferrite and perlite, tipical in lowcarbon steels, as the specification supplied by the manufacturer. The residual stresses found were tensile and high, with some values above the material yield strength.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Nowadays, welded structures are widely employed in engineering design. Generally, these structures have internal stresses (residual stresses) generated by the thermal cycle to which these parts are submitted during welding process. In many cases, these stresses are not minimized by means of thermal treatment. Thus, one must take into account the residual stresses in the design of welded components. However, computation of residual stress field is not an easy task and, besides, it is important to evaluate the quality of welded components. Therefore, by using the advantage of the fact that the stress state influences the mechanical behavior of components and structures (stress stiffening effect), it was proposed to evaluate the viability of a methodology to control the quality of welded components, by means of dynamic responses. This way, it was verified experimentally the sensitivity of vibrating natural frequencies to welding residual stress in different structures. It was confirmed that thin structures are more sensitive to the stress stiffening effect. To evaluate this effect numerically, a procedure to simulate welding was validated by using experimental data from literature. This procedure was used to obtain the residual stress field. This stress field is included in a modal analysis to verify the modifications of natural frequencies. Numerical results were compared to experimental results obtained here, showing a good agreement. It was also proposed to use the electromechanic impedance technique to evaluate the stress stiffening effect. An analysis of the results shows the possibility of use the stress stiffening effect to implement a methodology for quality control of welded components. / Atualmente, estruturas soldadas encontram-se amplamente aplicadas em projetos de engenharia. Normalmente, estas estruturas apresentam tensões internas (residuais) devidas ao ciclo térmico ao qual são submetidas durante a soldagem. Em muitos casos, estas tensões não são minimizadas por meio de tratamento térmico, havendo assim a necessidade de inclusão destas em projeto. Entretanto, a determinação do campo de tensões residuais não é tarefa fácil e, no caso de uma produção em série, é importante avaliar a qualidade do componente confeccionado. Sendo assim, aproveitando o bem conhecido fato de o comportamento mecânico de componentes e estruturas sofrer influência do estado de tensão (enrijecimento por tensão), propõe-se avaliar a viabilidade de uma metodologia de controle de qualidade de peças soldadas por meio de respostas dinâmicas. Desta forma foi verificada experimentalmente a sensibilidade das freqüências naturais de vibração ao estado de tensões residuais de soldagem em diferentes estruturas. Confirmou-se que estruturas esbeltas são mais sensíveis ao enrijecimento por tensões residuais de soldagem. Com a finalidade de avaliar este efeito numericamente, um procedimento para simulação da soldagem foi validado utilizando-se dados experimentais da literatura. Na seqüência, utilizou-se tal procedimento para, após a determinação das tensões residuais de soldagem, realizar uma análise modal e avaliar as alterações nas freqüências naturais de vibração (e conseqüentemente o efeito do enrijecimento por tensão). Os resultados numéricos foram confrontados com os resultados experimentais obtidos neste trabalho, apresentando uma boa concordância. Finalizando o trabalho, propõe-se utilizar a técnica da impedância eletromecânica para avaliar o enrijecimento por tensão. Uma avaliação dos resultados mostra ser possível utilizar o enrijecimento por tensão para implementar uma metodologia para controle de qualidade de componentes soldados. / Doutor em Engenharia Mecânica

O comportamento do aço API 5L X65 foi estudado em solução sintética NS4. Estudou-se o efeito da hidrogenação ao aplicar um potencial catódico nas amostras de tração e de impacto Charpy. Estas amostras foram imersas em solução saturada de sulfato de cobre para evitar a saída de hidrogênio, sendo posteriormente foram testadas à tração e ao impacto. Algumas amostras foram tratadas superficialmente por shot peening antes de serem hidrogenadas. Após todos esses tratamentos foi medida a tensão residual nas amostras por tensometria de raios X. Adicionalmente, foram levantadas curvas de polarização anódica e catódica do aço na solução NS4 desaerada com nitrogênio gasoso e simulado o equilíbrio químico desta solução. As superfícies de fratura das amostras foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura. / The behavior of API 5L X-65 steel immersed in synthetic solution NS4 was studied. The changes caused on the effect of the hydrogen when applying a cathodic electrical potential on tensile and impact samples were also studied. The samples were immersed into saturate solution of copper sulfate to avoid the hydrogen desorption and after that, were performed tensile and impact tests. Some samples were submitted to shot peening process before suffering the hydrogen action. After these treatments the residual stress was determined by X ray tensometry. Additionally, cathodic and anodic polarization curves were obtained in NS4 solution deaerated with nitrogen gas. Moreover, the chemical balance of NS4 solution was performed. The fracture surfaces of the samples were analyzed using scanning electron microscopy.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Introducao.pdf: 448655 bytes, checksum: 598f8294a6f16ff80e9151c41d1a27f9 (MD5) Previous issue date: 2011-12-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Residual stresses in polymeric parts are a great source of uncertainties for the design of industrial components. They are originated mainly during the injection molding process. Some of the problems related to this phenomenon are reduction to the mechanic strength, cracks propagation and warpage. Many efforts are employed to minimize these residual stresses and, to achieve that, an essential step is its measuring. There are methods and devices already available to measure residual stress in metallic materials, but in the field of polymeric material, many aspects remain unexplored. In the present work, a device to measure strain gage signals was built, which was employed to determine residual stresses according to the most established techniques nowadays. Injection simulation techniques were utilized to estimate the build-up of residual stresses in polymeric test specimens under different manufacturing setups. Statistical analysis was performed to select the most favorable parameters for parts tensioning. Test specimens were fabricated in the selected process conditions. Samples weight measurements confirmed statistically that the process parameters selected have significantly altered the parts final mass. Residual stress measurements were carried out by employing the hole drilling technique in the manufactured specimens, thus being determined tensile residual stresses from 2.7 MPa by 6.2 MPa, in the layers closest to the parts surface. The typical profile for residual stress distribution, as described in literature, was observed in the experiments performed. / Tensões residuais em peças poliméricas são grande fonte de incertezas para o projeto de componentes industriais. São causadas principalmente durante o processo de injeção. Alguns dos problemas relacionados a esse fenômeno são a diminuição da resistência mecânica, surgimento de trincas e empenamento das peças. Muitos esforços são empregados na minimização dessas tensões residuais e, para isso, uma etapa indispensável é a sua medição. Existem métodos e equipamentos já disponíveis para medição de tensões residuais em materiais metálicos, porém, no campo dos materiais poliméricos ainda há muitos aspectos a serem melhor explorados. Neste trabalho foi construído um dispositivo para medição de sinais de extensiometria, o qual foi utilizado para determinação de tensões residuais segundo as técnicas mais utilizadas atualmente para metais. Técnicas de simulação de injeção foram utilizadas para estimar o surgimento de tensões residuais em corpos-de-prova poliméricos sob diversas condições de fabricação. Análise estatística foi realizada para selecionar as condições de fabricação mais propícias ao tensionamento das peças. Corpos-de-prova foram fabricados nas condições de processo selecionadas. Medições de peso das amostras confirmaram estatisticamente que os parâmetros de processo utilizados alteraram significativamente a massa final das peças. Medições de tensões residuais foram realizadas aplicando-se a técnica do furo cego nas amostras fabricadas, determinando-se tensões residuais de tração entre 2,7 MPa e 6,2 MPa, nas camadas próximas às superfície das amostras. O perfil típico de tensões residuais previsto em literatura foi observado nos experimentos realizados.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Tensões residuais são uma das principais causas de falhas em componentes mecânicos submetidos a processos de fabricação. O objetivo do trabalho foi medir as tensões residuais presentes em um tubo quadrado soldado por resistência elétrica de alta frequência e caracterizar microestruturalmente o seu material. Para a caracterização, foram utilizadas técnicas de microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise química quantitativa. Para a medição das tensões residuais, foi utilizado o método do furo cego, baseado na norma ASTM E837-08, onde rosetas (strain-gages) são coladas à peça para medir as deformações geradas devido à usinagem de um pequeno furo no local de medição. As deformações foram associadas às tensões residuais através de equações baseadas na Lei de Hooke. A caracterização revelou uma microestrutura composta basicamente de ferrita e perlita, típica de aços com baixo teor de carbono, corroborando com a especificação fornecida pelo fabricante. As tensões residuais encontradas foram trativas e mostraram-se elevadas, com alguns valores acima do limite de escoamento do material. / Residual stresses are one of the main failure causes in mechanical components submitted to manufacture process. The aim of this work was to measure the residual stresses present in a seame welded tube welded using a high frequency electrical resistance and to microstruturally characterize its material. Optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and quantitative chemical analysis techniques were used for the characterization. The hole-drilling method was applied obeying the ASTM E837-08 norm to measure the residual stresses, where strain-gages are glued to the sample to measure the deformations caused due to the machining of a small hole in the measurement point. The deformations were linked to the residual stresses using the Hookes Law equations. The characterization basically showed a composite microstructure of ferrite and perlite, tipical in lowcarbon steels, as the specification supplied by the manufacturer. The residual stresses found were tensile and high, with some values above the material yield strength.

O comportamento do aço API 5L X65 foi estudado em solução sintética NS4. Estudou-se o efeito da hidrogenação ao aplicar um potencial catódico nas amostras de tração e de impacto Charpy. Estas amostras foram imersas em solução saturada de sulfato de cobre para evitar a saída de hidrogênio, sendo posteriormente foram testadas à tração e ao impacto. Algumas amostras foram tratadas superficialmente por shot peening antes de serem hidrogenadas. Após todos esses tratamentos foi medida a tensão residual nas amostras por tensometria de raios X. Adicionalmente, foram levantadas curvas de polarização anódica e catódica do aço na solução NS4 desaerada com nitrogênio gasoso e simulado o equilíbrio químico desta solução. As superfícies de fratura das amostras foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura. / The behavior of API 5L X-65 steel immersed in synthetic solution NS4 was studied. The changes caused on the effect of the hydrogen when applying a cathodic electrical potential on tensile and impact samples were also studied. The samples were immersed into saturate solution of copper sulfate to avoid the hydrogen desorption and after that, were performed tensile and impact tests. Some samples were submitted to shot peening process before suffering the hydrogen action. After these treatments the residual stress was determined by X ray tensometry. Additionally, cathodic and anodic polarization curves were obtained in NS4 solution deaerated with nitrogen gas. Moreover, the chemical balance of NS4 solution was performed. The fracture surfaces of the samples were analyzed using scanning electron microscopy.

Nesse trabalho foram realizados experimentos para determinar as tensões residuais introduzidas no Aço A36, que é uma liga de baixo carbono e que é muito utilizado em vários setores da produção industrial, quando esta é submetida à soldagem do tipo MIG (Metal Gas Inert). A escolha desse tipo de soldagem foi para manter constantes os parâmetros que pudessem influenciar nos resultados. Nessa análise foi verificada a distribuição das tensões residuais na zona termicamente afetada, a distribuição da tensão em relação a profundidade. Para isso usamos uma remoção eletrolítica e um corte transversal pelo processo de eletroerosão. Nesse trabalho foi usado o método do sen2, devido a sua facilidade para a análise dos dados do Programa PSD. O resultado das mediadas realizadas na região do cordão de solda, zona termicamente afetada (ZTA) e metal base próxima da ZTA, mostrou uma variação da distribuição da tensão em relação à profundidade do material e na distância do ponto de soldagem. No ponto de soldagem um aumento da tensão em relação à profundidade do material. Os fatores que influenciaram na introdução dessas tensões no processo de soldagem, foram causados pelo gradiente de temperatura, pelo resfriamento heterogêneo do material e também pelo resfriamento rápido da superfície / In this work experiments were conducted to determine the residual stresses introduced in the A36 steel, which is an alloy of low carbon, which is widely used in various sectors of industrial production, when it is subjected to welding-type MIG (Metal Inert Gas). The choice of this type of welding was to keep constant the parameters that could influence the results. In this analysis we detected the distribution of residual stresses in the heat affected zone, the stress distribution over the depth. For this we use an electrolytic removal and a cross section through the process of spark erosion. In this study we used the method of sen2, due to its ease to the analysis of data from the PSD. The result showed a variation of stress distribution for the depth of the material and the distance from the point of welding. The welding point ran a rise in tension over the depth of the material. Factors influencing the introduction of these stresses in the welding process were caused by the temperature gradient by cooling the heterogeneous material and also by the rapid cooling of the surface

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The establishment of manufacturing process with high productivity and quality is a constant requirement of the industrial sector. A possible methodology for carrying on this need of process optimization can be achieved by numerical-computational simulation. Specifically for welding processes, recently developed commercial software has called the attention in both academic and industrial sectors: the Sysweld®. This software has the capacity of simulating different welding processes, including heat source movement, material deposition, transient material properties as a function of temperature, phase transformation and also thermal and superficial treatments. As result, Syweld® is capable of predicting temperature field, residual stress, distortion and phase proportion (microconstituents). However, despite the great possibility of the software usage, it demands an experimental calibration to assure confidentiality on the results. Therefore, within this context, a case study was performed in an automotive component nationally fabricated to delimitate a methodology for carrying out the numerical-computational simulation for the welding process using the commercial software Sysweld®. Simulations were done for the welds made in a part of the rear axle of a hatch car and the results are shown for the temperature field, generated distortion in the part, residual stresses and phase proportion. The thermal results and displacements were experimentally compared to measurements done by thermocouples and three-dimensional table in the partner industry. This comparison led to a poor correlation between numerical and experimental data. In a second stage, a numerical-statistical study was carried out for assessing the parameters influence (gap, thickness, heat source level and clamping system) on the residual stress, maximum displacement and cooling rate between 800°C e 500°C (ΔT8/5). The obtained results are in agreement with technical literature. / O estabelecimento de processos de fabricação cada vez mais produtivos e de maior qualidade é um requerimento constante do meio industrial. Neste sentido, uma das metodologias possíveis para a busca pela otimização de processos é através do uso de simulações numérico-computacionais. Em específico para processos de soldagem, um software comercial de simulação numérico-computacional de desenvolvimento recente vem chamando a atenção por parte do setor industrial e meio acadêmico: o Sysweld®. Este software tem a capacidade de simular diferentes processos de soldagem, incluindo movimento da fonte de calor, deposição de material, as propriedades dos materiais dependentes da temperatura, transformações de fase e ainda tratamentos térmicos e superficiais. Como resultados, o Sysweld® é capaz de predizer campos de temperatura, tensões residuais, deformações e porcentagem de fases (microconstituintes). Entretanto, apesar da grande possibilidade de uso deste software, ele demanda uma calibração experimental para garantir a confiabilidade dos resultados. Com base neste contexto, foi realizado um estudo de caso em um componente automotivo fabricado nacionalmente, de maneira a delimitar uma metodologia de condução de simulação numérico-computacional para fabricação por soldagem no software comercial Sysweld®. Foram realizadas as simulações de todas as soldas do eixo traseiro de veículo do tipo hatch, como resultados foram obtidos o campo de temperatura, as deformações geradas no componente, as tensões residuais e a porcentagem de cada fase. Os resultados térmicos e de deslocamentos foram comparados experimentalmente através de medições realizadas com termopares e mesa tridimensional na indústria, onde não apresentaram boa correlação. Em uma segunda etapa foi realizado um estudo numérico-estatístico sobre a influência de parâmetros (folga, espessura, fonte de calor e sistema de fixação) sobre as tensões residuais, o deslocamento máximo e a variação do resfriamento entre as temperaturas de 800°C e 500°C ( ΔT8/5). Os resultados obtidos ficaram em conformidade com a literatura. / Mestre em Engenharia Mecânica

Neste trabalho foram realizadas algumas deposições de filmes de Nitreto de Titânio sobre substrato de aço inoxidável. Foi utilizado o processo conhecido como triodo magnetron sputtering. Os parâmetros de deposição foram mantidos entre as deposições, exceto pela voltagem de bias no substrato, que foi variada de uma deposição para outra. Medições in-situ das tensões residuais no filme depositado foram realizadas. As medições foram feitas através do método da curvatura do substrato, utilizando-se um sensor capacitivo posicionado dentro da câmara de deposição. Embora o dispositivo não tenha sido capaz de quantificar os valores de tensão, foi possível identificar a natureza das mesmas, indicando se elas são de caráter trativo ou compressivo. Comprovou-se a possibilidade do uso de sistemas capacitivos para medições em sputtering. Observou-se que os filmes depositados apresentaram tensões de caráter trativo durante as deposições. / In this work, a series of depositions of titanium nitride thin films was conducted in a triode unbalanced magnetron sputtering chamber. Similar parameters were selected during each deposition, except for the substrate bias voltage, which was different for every deposition. An in-situ measurement of film residual stresses was carried out as the depositions proceeded. This measurement was based on substrate curvature, which was assessed by a home-built capacitive sensor positioned inside the sputtering chamber. Although the measurement device was not able to quantify the stress values, it was possible to identify if they were tensile or compressive. It was proved the possibility of using capacitive measurement devices in sputtering processes. It was possible to observe that the films underwent tensile stresses during the deposition.