Neste trabalho foram realizados experimentos de soldagem de chapas de Tântalo e Monel 400 com 100 m de espessura. Foram realizadas soldas em um laser de Nd:YAG operando em modo pulsado e em um Laser de Fibra operando em modo contínuo. Em seguida a microestrutura das amostras foram analisadas através de microscopia ótica e foram realizados ensaio de microdureza Vickers. As amostras que apresentaram melhores resultados foram submetidas a ensaios de tração e a ensaios de corrosão. Após análise dos resultados observou-se que a soldagem a laser apresenta muitos benefícios em relação a outros processos convencionais para chapas finas. A soldagem no modo pulsado apresentou maior relação de aspecto se comparado a soldagem em modo contínuo. A soldagem em modo contínuo apresentou uma velocidade de soldagem muito superior ao modo pulsado. Os resultados indicaram que a soldagem no modo pulsado apresenta maior aplicabilidade para chapas finas, devido à necessidade um controle preciso sobre a intensidade aplicada. / This work carried out welding experiments of Tantalum and Monel 400 plates with 100 mm thickness. Welds were made with an Nd: YAG laser operating in a pulsed mode and in a fiber laser operating in continuous mode. Then the microstructure of the samples were analyzed by optical microscopy and were performed Vickers microhardness test. Samples that showed better results were subjected to tensile tests and the corrosion tests. After analysis of the results showed that the laser welding offers many benefits over other conventional processes for thin sheets. The welding in pulsed mode presented in superior aspect ratio compared to welding in continuous mode. The welding in continuous mode showed a much higher welding speed to pulsed mode. The results indicated that the welding in pulsed mode shows more applicability for sheet metal, due the need of a precise control of applied intensity.

Este trabalho compara resultados experimentais e de vários modelos numéricos utilizados para reproduzir uma junta sobreposta, unida por quinze rebites distribuídos em três carreiras. Foram confeccionados modelos numéricos 2D simples, porém significativos, variando e combinando o tipo do elemento para representar os rebites e chapas, até o modelo numérico 3D composto de elementos sólidos, que considera contato e atrito entre as chapas e os rebites. Na modelagem numérica são abordados os principais fundamentos teóricos que influenciam o comportamento deste tipo de junta, assim como, na modelagem matemática, são apresentadas as características e propriedades dos elementos utilizados para representar as chapas, os rebites e o tipo de análise empregada. É descrita a metodologia empregada no ensaio experimental e na simulação computacional. Em seguida, é apresentado e comparado o resultado analítico fazendo uso do modelo da linha neutra, com o resultado numérico para os modelos mais significativos deste trabalho. Por fim é feita uma discussão dos resultados numéricos obtidos, apresentada conclusões e propostas para desenvolvimentos futuros.

Dentre as melhorias nos processos produtivos para a manufatura de aeronaves nas empresas, a soldagem a laser tem sido destacada como uma das tecnologias mais promissoras. A mudança de rebitagem para soldagem do revestimento da fuselagem e dos reforçadores tem contribuído para a redução de peso e dos custos das aeronaves, bem como diminuído o seu tempo de fabricação. Este trabalho pretende contribuir ao entendimento da metalurgia de soldagem autógena (sem uso de metal de adição e em um único passe) de uma liga de alumínio de alta resistência (AA6013) com um laser a fibra (2 kW). A geometria escolhida ée solda topo, sem chanfro, para facilitar a análise dos resultados. Foram estudados os efeitos dos parâmetros de processo, velocidade e potência do laser, além de dois valores diferentes de espessura das chapas, realizados com um desenho de experimentos sobre a microestrutura e qualidade da solda. O estudo mostrou que ée possível obter soldas com boa qualidade macroscópica, em relação à regularidade do cordão e furos, e com isenção de trincas ou porosidades em velocidades em torno de 100 mm/s e com potência do laser de cerca de 1 kW. Também foi verificado que a zona afetada pelo calor ée bastante concentrada, com região de liquação em torno de 50 mm.

Esta tese fornece uma descrição bastante ampla do comportamento plástico das chapas metálicas anisotrópicas durante o processo de estiramento com punção hemisférico. Alguns dos parâmetros mais importantes que influenciam a conformabilidade dos materiais das chapas metálicas, junto com algumas operações de conformação de chapas metálicas são discutidos. Além disso, neste trabalho, principalmente, é proposto um novo modelo analítico que incluí o atrito para avaliar as deformações limites no estiramento de chapas metálicas anisotrópicas com punção hemisférico. Esta nova formulação leva em consideração o comportamento anisotrópico das chapas metálicas através do emprego do critério de escoamento não quadrático de Hill (1979) e pode explicar o comportamento mecânico de uma variedade de chapas metálicas. É indicado que o coeficiente de atrito presente depende mais fortemente da reprodução das condições de ensaio do que propriamente das propriedades plásticas dos materiais testados. Em geral, as deformações limites previstas pela teoria proposta estão em boa concordância com os resultados experimentais. A teoria explica satisfatoriamente à falha da chapa metálica, tanto para a região de estiramento como para a região de estampagem da curva limite de conformação, particularmente para materiais que apresentam a dependência da deformação limite 1 da razão de deformação , ou da deformação 2; em que d 1/d ou d 1/d 2 não é sempre maior do que zero. d 1/d ou d 1/d 2 pode ser igual ou menor que zero para uma faixa de materiais. Entretanto, para materiais de chapas que apresentam a dependência da deformação limite 1 da razão de deformação , ou da deformação 2, em que d 1/d ou d 1/d 2 é sempre maior que zero para a região de estiramento, a teoria proposta embora tenha apresentado boa concordância com a tendência de alguns dados experimentais para um grupo de materiais, não apresenta um comportamento geral eficiente. Adicionalmente, o modelo supõe que as relações no elemento de membrana próximo ao pólo, no estiramento com punção hemisférico, são dependentes de propriedades da chapa metálica, como da história do processo; e também sugere que o inicio da estricção local é controlada pelo cisalhamento. Finalmente, o papel da anisotropia é reinterpretado através da teoria desenvolvida, onde é demonstrado que a anisotropia do material da chapa aumenta a capacidade de deformação dos materiais das chapas metálicas anisotrópicas no estiramento com punção hemisférico. A avaliação dos diferentes comportamentos mecânicos das várias chapas analisadas, assim como a análise da adequação da teoria desenvolvida foi realizada com base em resultados anteriormente publicados na literatura.

Um critério de escoamento bem como uma lei de escoamento são propostos, utilizando-se o tensor resistência ao escoamento plástico, onde são preservados a normalidade do vetor, incremento de deformação e o princípio de equivalência do trabalho plástico na definição das relações tensão-deformação. A introdução e a definição desse novo tensor contribuem para o conhecimento do comportamento mecânico das chapas metálicas anisotrópicas e possibilitam melhor caracterização das curvas limites de conformação. Chapas de aço, cobre eletrolítico e latão parcialmente encruado são empregadas, a fim de se determinar os parâmetros anisotrópicos a';s do tensor resistência ao escoamento plástico, e definir experimentalmente as deformações máximas das chapas metálicas anisotrópicas. Utilizando-se a tração simples e o embutimento com punção esférico como processos de deformação das chapas. As deformações são medidas através de círculos impressos fotograficamente na chapa. Para os três materiais testados as curvas limites de conformação teóricas são definidas pelas condições de instabilidade clássica (Dorn, Swift e Hill) e estendidas pelo uso do tensor resistência ao escoamento plástico. Essas curvas teóricas são comparadas com pontos experimentais obtidos através de medidas sobre os círculos deformados no início da estricção difusa e localizada, observada no plano da chapa. Uma nova apresentação para a condição do amolecimento geométrico dos materiais (instabilidade) das chapas metálicas é dada em função do coeficiente de anisotropia plástica normal R. Mostra-se através da mesma, que para a trajetória de deformação biaxial balanceada, a subtanjente que define a estricção difusa e localizada coincidem, independente da anisotropia. Também sugere-se a existência de uma zona 1/2 < X < 1, onde essas subtanjentes aparecem muito próximas da outra, dependendo do estado de tensão existente sobre a chapa e do valor de R.

A soldagem por feixe de laser tem sido considerada como uma das alternativas mais promissoras entre os novos processos de manufatura na indústria aeroespacial. A substituição da rebitagem por soldagem a laser da fuselagem e reforçadores tem contribuído para a redução de peso e custo, assim como para a redução do tempo de produção. Esse trabalho pretende contribuir para o conhecimento da metalurgia da liga de alumínio AA2198 durante a soldagem, autógena e com metal de adição, utilizando um laser a fibra (2 kW). O tipo de junção utilizada nos experimentos foi a junção em "T". As caracterizações metalúrgica e de qualidade foram realizadas para estabelecer os parâmetros do processo, como potência e velocidade do feixe de laser. O presente estudo apresenta a redução da susceptibilidade ao trincamento a quente para a adição de um arame da liga AA4047, para uma dada condição de soldagem, em comparação com a soldagem autógena. Um grande número de porosidades foi observado em todas as amostras.

Este trabalho estuda a influência da rugosidade superficial nas deformações limites. Um modelo matemático capaz de predizer a estricção localizada é apresentado, sendo considerado aqui como um limite superior de deformação no processo de estiramento de chapas metálicas finas e anisotrópicas. O modelo teórico assume que a rugosidade superficial pode ser representada por uma distribuição senoidal. Operações de estiramento foram realizadas através de embutimento com punção esférico e por um novo ensaio de tração biaxial proposto. Antes de realizar os ensaios, grelhas de círculos foram impressos nos CDP';s através de técnica fotográfica, possibilitando a realização das medidas de deformações até a estricção local. Os ensaios foram realizados com as ligas de alumínio 2024-O e 7475-O. Os resultados experimentais do presente trabalho, junto com dados teóricos e experimentais de outros autores são analisados e comparados, onde os resultados obtidos estão em boa concordância. Fica claro, a partir deste trabalho que as deformações limites são sensíveis à rugosidade superficial da chapa metálica submetida a operações de estiramento. Outros parâmetros relevantes ao processo são também discutidos.

No presente trabalho foi estudada a influencia da utilizacaode matrizes de elastomeros na instabilidade plastica de chapas finasconformadas em um processo de expansao de calota semi esferica, com o objetivo de verificar a possibilidade de formular equacoes teoricas que possam predizer as deformacoes limites que o material pode suportar. Um modelo matematico, baseado nas teorias classicas de instabilidade de Hill e Swift, foi proposto de modo a determinar as deformacoes limites impostas aos materiais deformados, considerando a anisotropia da materia prima e os atritos existentes entre o elastomero/blank e entre o blank/matriz. Embora o modelo possa estabelecer as deformacoes impostas ao produto em qualquer instante do processo de conformacao, o maior interesse esta na determinacao das deformacoes na instabilidade plastica. Os ensaios experimentais, foram realizados de modo a gerar os dados necessariospara verificacao da acuidade dos resultados teoricos oriundos do modelo matematico. Para tanto, uma matriz de embutimento foi especialmente desenvolvida para os ensaios de conformacao dos Corpos de Prova (CDPs) em prensa hidraulica, utilizando elastomero. Os materiais selecionados, para os ensaios experimentais, foram caracterizados quanto as suas propriedades mecanicas e caracteristicas plasticas segundo procedimentos padroes. Devido a grande importancia do atrito nestes tipos de processos de conformacao, analisou-se e determinou-se o coeficiente de atrito medio atuante na interface elatomero/blank. Os resultados teoricos e experimentais, obtidos para os varios materiais ensaiados, foram comparados e analisados, tendo-se observado razoavel grau de concordancia entre eles. Os principais parametros que regem o modelo matematico (coeficiente de encruamento, coeficiente de atritoe anisotropia) sao discutidos para melhor entendimento de quais suasinfluencias para o sucesso das operacoes de conformacao de chapas finas. Finalmente, propoem-se abacos, oriundos das equacoes do modelo matematico, que possibilitam determinar a reducao de espessura das pecas conformadas ja na fase de projeto, podendo dispensar os ensaios experimentais de desenvolvimento.

O presente trabalho tem como objetivo determinar equações básicas que possa predizer o início da estricção difusa. Esta é apresentada como limite inferior da deformação, no estado biaxial de tensões, considerando o atrito e a anisotropia normal do material. Utilizam-se a tração simples e o embutimento com punção esférico como processos de deformação, onde as deformações são medidas através de circulos impressos fotograficamente na chapa. Dados experimentais obtidos por outros pesquisadores são analisados e comparados com a presente teoria. Utilizando estes dados obtém-se curvas limites para o inicio da estricção difusa. Analisa-se experimentalmente a liga de alumínio 7475-0, comparando com os dados teóricos, onde os resultados verificados estão em boa concordância. Outros parâmetros relevantes no processo são também discutidos.

Esta tese fornece uma descrição do comportamento plástico das chapas metálicas anisotrópicas. Alguns dos parâmetros que influenciam a conformabilidade dos materiais das chapas metálicas, assim como duas das principais operações de conformação de chapas metálicas são discutidas, ou seja, estiramento e estampagem. Também são descritas e analisadas algumas teorias comumente usadas para predizer as deformações limites na conformação de chapas metálicas. Essas formulações levam em consideração o comportamento anisotrópico das chapas metálicas pelo emprego do critério de escoamento não quadrático de Hill (1979) e pode explicar o comportamento mecânico de uma variedade de chapas metálicas. O papel do expoente M do critério de escoamento de Hill 1979 é reinterpretado utilizando-se a teoria de Bressan e Williams, onde se argumenta que o expoente M seria independente do valor de R e poderia ter valores maiores que 2. Adicionalmente, propõe-se o desenvolvimento de um código numérico capaz de permitir o estudo dos fatores que influem na simulação numérica de processos de conformação, desde o estágio inicial até os níveis de deformação que caracterizariam a instabilidade plástica do material, estricção. Uma vez dominada a técnica numérica, assim como os erros acumulados durante a etapa de solução, é possível propor melhorias para os critérios de parada utilizados atualmente. Também é foco desta tese contribuir para o melhor entendimento das técnicas numéricas empregadas para tratamento da não linearidade do material, característica dos processos de conformação de chapas metálicas. Dessa forma, é desenvolvido um programa de elementos finitos tridimensional, no MatLab, utilizando a formulação Elástico-Plástica para materiais anisotrópicos pela incorporação da quadrática de Hill de 1948. O tratamento da não linearidade do material durante a conformação é analisado utilizando o algoritmo numérico de Newton Raphson e a técnica de incremento de tensão, que leva em consideração a lei do escoamento associado e assegura a normalidade do vetor de deformação, com relação à superfície de escoamento. Esses dois modelos matemáticos são numericamente analisados e comparados com dados experimentais disponíveis na literatura para alguns materiais de chapas metálicas utilizados nos processos de conformação de chapas, pela previsão e expansão da superfície de escoamento.