Aços inoxidáveis duplex (AID) são materiais amplamente utilizados para uma grande variedade de aplicações desde a indústria química, de alimentos, petroquímica, naval, farmacêutica, energia nuclear e em muitos outros campos devido à combinação de suas excelentes propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Particularmente na indústria petroquímica, os aços AID’s são muito utilizados como materiais estruturais para a construção de gasodutos que transportam altos volumes de CO2 e na confecção das camadas internas dos tubos flexíveis (oleodutos offshore), utilizadas na produção de óleo. A soldagem a arco dos AID’s pode acarretar, dependendo das taxas de resfriamento envolvidas, a formação de precipitados de segunda fase que degradam suas propriedades mecânicas. Um processo alternativo para evitar o problema de precipitação de fases indesejáveis é a utilização do processo de soldagem/reparo por fricção com pino consumível (SFPC). O objetivo do presente trabalho é a caracterização metalúrgica e mecânica de juntas de solda de aço inoxidável duplex UNS S31803 obtidas através dos processos SFPC e de soldagem de costura por fricção (SCF). Na soldagem SCF, o objetivo do estudo foi a verificação da influência do passo de soldagem na formação e alteração das estruturas e nas propriedades mecânicas. Os resultados dos ensaios foram comparados com as propriedades obtidas do material base (MB) “como recebido”. A partir das juntas soldadas obtidas por fricção, foram extraídos corpos de prova para ensaios de microtração e Charpy para avaliação da resistência mecânica e da resistência ao impacto. Análises da microestrutura em microscopia ótica (MO) e perfis de microdurezas ao longo da região de solda também foram realizadas. Verificou-se que os processos de soldagem SFPC e SCF provocam um intenso refinamento de grão na zona de mistura (região da interface entre material do pino e da base), modificando a estrutura lamelar de grãos alongados da matriz ferrítica/austenítica, ocasionado por uma ação conjunta de aquecimento e deformação plástica oriunda do processo de solda por fricção. Os resultados dos ensaios de microtração indicam que as juntas soldadas aumentaram sua resistência mecânica com relação ao material base, fato que se deve ao aumento da quantidade da ferrita na zona termomecanicamente afetada (ZTMA), à formação de nitretos de cromo no centro dos grãos ferríticos e ao refino de grão. O aumento da quantidade de ferrita na ZTMA ocorre devido às altas taxas de resfriamento envolvidas no processo de soldagem e verificados por análise térmica. As elevadas taxas de resfriamento dificultam a difusão do nitrogênio que tem um importante papel no equilíbrio de fases da estrutura duplex (ferrita-austenita), na soldagem. O nitrogênio aprisionado no interior do grão ferrítico produz nitretos de cromo deixando de agir como elemento gamagênico aumentando a quantidade da fase ferrita. As juntas soldadas verificadas apresentaram tenacidade aceitável de acordo com o exigido pela norma ASTM A923. / Duplex stainless steels (DSS) are materials widely used for a variety of applications from the chemical, food, petrochemical, marine, pharmaceutical, nuclear industry and other fields due to the combination of their excellent mechanical properties and corrosion resistance. Particularly in the petrochemical industry, the DSS’s steels are extensively used as structural materials for the construction of gas pipelines that carry high volumes of CO2 and making the inner layers of flexible pipes (pipelines offshore) used in offshore oil production. The arc welding of DSS's can lead, depending on cooling rates involved, the formation of second phase precipitates which degrade their mechanical properties. An alternative method to avoid the problem of precipitation of unwanted phase is to use the welding process Friction Hydro Pillar Processing (FHPP). The aim of this work is the metallurgical and mechanical characterization of joints welds of UNS S31803 duplex stainless steel obtained through FHPP processes and Friction Taper Stitch Welding (FTSW). In FTSW welding, the objective of the study was to verify the influence of the welding step on the formation and alteration of structures and mechanical properties. The test results were compared with the properties of the obtained base material "as received". From the welds joints obtained by friction welding, specimens for microtensile testing and charpy were extracted to evaluate the mechanical strength and toughness. Microstructural analysis in optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM) and microhardness profiles along the weld region were also performed. It was found that the welding process FHPP and FTSW causes an intense grain refinement in bonding zone, modifying the lamellar structure of elongate grains of matrix ferritic/austenitic, caused by action of heating and plastic deformation arising from the welding process by friction. The results of the microtensile tests indicate that the welded joints increased their mechanical resistance with respect to the base material, due to the increase in the amount of the ferrite in the thermomechanically affected zone (ZTMA), the formation of chromium nitrides in the center of ferritic grains and grain refining. The increase in the amount of ferrite in the ZTMA occurs due to the high cooling rates involved in the welding process and verified by thermal analysis. The high cooling rates difficult the nitrogen diffusion, which plays an important role in the phase equilibrium of the duplex structure (ferrite-austenite) in welding. The nitrogen trapped inside the ferritic grain produces chromium nitrides ceasing to act as gamogenic element by increasing the amount of the ferrite phase. The welds joints verified also had acceptable ductility and toughness according required by standard ASTM A923.

Submitted by Daniela Lima (dclima@gmail.com) on 2014-04-10T20:56:55Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Entrega Biblioteca.pdf: 452787 bytes, checksum: 4b6841bee37bdbe0805529f651146294 (MD5) / Rejected by Suzinei Teles Garcia Garcia (suzinei.garcia@fgv.br), reason: Bom dia Daniela, Como seu trabalho é em inglês o ABSTRACT vem antes do resumo. Você configurou as páginas de acordo com as normas? Esquerda - 3 e 2 cm Direita - 3 e 2 cm Grata. Suzi 3799-7876 on 2014-04-11T12:27:54Z (GMT) / Submitted by Daniela Lima (dclima@gmail.com) on 2014-04-14T16:15:51Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Entrega Biblioteca.pdf: 452787 bytes, checksum: 4b6841bee37bdbe0805529f651146294 (MD5) / Rejected by Suzinei Teles Garcia Garcia (suzinei.garcia@fgv.br), reason: Bom dia Daniela, Rejeitei para você encaminhar o arquivo correto. Grata. Suzi on 2014-04-15T11:37:54Z (GMT) / Submitted by Daniela Lima (dclima@gmail.com) on 2014-04-15T12:43:08Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Entrega Biblioteca_vf.pdf: 410141 bytes, checksum: 2b12b24430bb9a66258680f9356e6d04 (MD5) / Rejected by Suzinei Teles Garcia Garcia (suzinei.garcia@fgv.br), reason: Daniela, sua dissertação é inglês então o ABSTRACT vem antes do Resumo. Att. Suzi 3799-7876 on 2014-04-15T14:00:53Z (GMT) / Submitted by Daniela Lima (dclima@gmail.com) on 2014-04-15T14:51:34Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Entrega Biblioteca_vf.pdf: 410141 bytes, checksum: a8533d96bc13104589c00e80f7e5a22f (MD5) / Approved for entry into archive by Suzinei Teles Garcia Garcia (suzinei.garcia@fgv.br) on 2014-04-15T15:09:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação Entrega Biblioteca_vf.pdf: 410141 bytes, checksum: a8533d96bc13104589c00e80f7e5a22f (MD5) / Made available in DSpace on 2014-04-15T15:54:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação Entrega Biblioteca_vf.pdf: 410141 bytes, checksum: a8533d96bc13104589c00e80f7e5a22f (MD5) Previous issue date: 2014-03-11 / Credit market in Brazil distinguishes from advanced economies in many aspects. One of them is related to collaterals for households borrowing. This work proposes a DSGE framework, based on Gerali et al.(2010), to analyse one pecularity of Brazillian credit market: payroll-deducted personal loans. To original model, we added the possibility to households contract long term debt and compare to differents types of credit constrains: one based on housing and other based on future income. We callibrate and estimate the model to Brazil, using Bayesian technique. Results show that, in a economy where credit constraints are based on income, responses to shocks appear to be stronger, at first, but dissipate faster. This occurs because income responds quickly to shock than housing prices, so does amount available to loans. In order to smooth consumption, agents compensate lower income and borrowing by increasing working hours, restoring loans and debt in a shorter time. / O mercado de crédito brasileiro se diferencia em diversos pontos dos mercados em economias avançadas, com relação à composição do crédito, prazo médio, dentre outros. Uma dessas divergências refere-se ao colateral. Neste sentido, este trabalho propõe um modelo DGSE, com base no arcabouço desenvolvido por Gerali et al. (2010) para analisar uma peculiaridade do mercado de crédito brasileiro, o crédito consignado. Ao modelo original, acrescentamos a possibilidade de indivíduos se endividaram e analisamos dois tipos de restrição ao crédito: uma com base na renda futura esperada outra com base no patrimônio imobiliário do agente. Nós calibramos e estimamos Bayesianamente o modelo para a economia brasileira. Os resultados mostram a reação ao choque na economia cujo crédito se baseia na renda parece ser mais intensa e se dissipar mais rapidamente do que na economia com base em housing. Isso decorre do fato de que a renda responde mais rapidamente a choques do que os preços de imóveis, e, dessa forma, a oferta de crédito consignado também.

A procura cada vez mais intensa por redução de peso e consequente diminuição do consumo de combustível dos veículos automotores e aeronaves, tem proporcionado um crescimento constante na utilização do alumínio e suas ligas nos diversos setores da indústria de manufatura. No entanto, a dificuldade de união em juntas de alumínio que atendam requisitos de alta resistência à fratura e à fadiga, tem intensificado as pesquisas por novas tecnologias em seu processo de soldagem. Neste contexto, o processo de soldagem denominado Friction Stir Welding (FSW), vem ganhando espaço nas pesquisas e também na indústria. Neste processo, uma ferramenta não consumível é projetada especialmente para ser introduzida nas juntas das chapas a serem soldadas, gerando calor e misturando mecanicamente o material da junta, consolidando a solda. Este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos dos parâmetros de soldagem FSW, na consolidação das propriedades mecânicas das soldas produzidas, na microestrutura, além de buscar a otimização do processo para a liga em estudo. Para tanto, a geometria da ferramenta foi projetada, fabricada e testada, de forma a definir os parâmetros ideais para obtenção de juntas soldadas sem defeitos. Uma máquina fresadora CNC foi utilizada para a execução dos testes. As soldas foram produzidas em chapas de alumínio da liga Al 5182-O com espessura de 3,25mm, com velocidade rotacional da ferramenta mantida constante em 500 rpm e velocidades de soldagem de 50, 100, 150, 200 e 250 mm/min. A ferramenta foi inclinada em um ângulo de 1º, todas as soldas foram realizadas com sentido horário de rotação, após a realização dos testes as juntas soldadas foram submetidas a uma série de ensaios destrutivos e não destrutivos caracterizando cada teste realizado. Juntas de topo com penetração completa e livre de defeitos foram produzidas com velocidades de soldagem de 100, 150, 200 e 250 mm/min, enquanto com a velocidade de soldagem de 50 mm/min resultou em defeito do tipo vazio na zona da mistura no lado do avanço, defeito este caracterizado através de inspeção por microtomografia, o que fez com que as soldas produzidas com esta velocidade de soldagem rompessem na junta soldada. Em todas as velocidades de soldagem a caracterização através de microscopia óptica na seção transversal das soldas revelou um refino microestrutural, obtido pelo fenômeno de recristalização dinâmica, que resultou em um aumento nos valores de dureza na zona da mistura. Os resultados obtidos demostram que soldas de boa qualidade podem ser produzidas com este processo. Além disso, foi estabelecida uma correlação entre a história térmica associada ao processo de FSW, a microestrutura produzida e o desempenho mecânico das juntas soldadas. / The increasingly intense demand for weight reduction and consequent reduction of the fuel consumption of motor vehicles and aircraft , has provided a steady growth in the use of aluminum and its alloys in various sectors of the manufacturing industry , but the difficulty in joining together aluminum that meet high fracture resistance and fatigue , has intensified the research for new technologies in the process of welding. In this context , the welding process called Friction Stir Welding ( FSW ) has been gaining ground in research and also in industry . In this process , non-consumable tool is specially designed to be inserted in the joints of the plates to be welded, generating heat and mechanically mixing the gasket material, consolidating the weld. This study aimed to evaluate the effects of welding parameters FSW , the consolidation of the mechanical properties of the welds produced, microstructure, and seek to optimize the process for the alloy under study. For this, the geometry of the tool is designed, manufactured and tested in order to define the optimal parameters for obtaining welded joints without defects. A milling machine CNC was used for the tests. The welds were produced in sheets of aluminum alloy Al 5182-O with a thickness of 3,25mm with rotational speed of the tool maintained constant at 500 rpm and welding speeds of 50, 100, 150, 200 and 250 mm / min, the tool was tilted at an angle of 1°, all welds were performed with clockwise direction of rotation, after the tests the welded joints were subjected to a series of destructive testing and nondestructive characterizing each test performed. Butt welding with full penetration and free defects were produced with welding speeds of 100, 150, 200 and 250 mm / min, while with the welding speed 50 mm / min resulted in failure of the void type in the zone of the mixture side of the advance, this defect characterized by inspection by microtomography, which has meant that the welds produced with this welding speed would break the joint weld. In all welding speeds characterization by optical microscopy in cross section of welds revealed a microstructure refining, obtained by dynamic recrystallization phenomenon, for which resulted in an increase in the hardness values in the mixing zone. The results demonstrate that good quality welds can be produced with this process. Moreover, a correlation between the thermal history associated with the process produced the microstructure and mechanical performance of welded joints was established.

The present work makes a study of the drag forces of umbilical cables of pipes inspection robots and aims to determine a valid model for their calculation. For this purpose, the physical models are developed in relation to the friction forces for the straight and curved sections in all their possible configurations, obtaining for each case a differential equation that models the friction phenomenon and that includes fluid and cable the characteristics. By solving the differential equation, an explicit expression is obtained for the value of the frictional force in each case. In the present work, the obtained model is evaluated in comparison with the traditional simplified model. It is also presented a study about the influence of the stiffness of the cable and how this characteristic generates the forces of the normal general forces at the ends of the curves that, finally, result in an additional component of the frictional forces. By comparison with actual drag force measurements, the model obtained is validated. The complexity of the calculations required for the determination of the pull forces in real pipes makes it necessary to use software tools to facilitate it. For this reason, two software applications are developed, one specific for rigid pipes and another one for flexible pipes. A series of strategies of how to keep low the maximum value of the cable tension are presented too. / El presente trabajo se dedica al estudio de fuerzas de arrastre de cables umbilicales de robot de inspección o desobstrucción de tuberías y tiene como objetivo la determinación de un modelo válido para el cálculo de las mismas. Para tal fin, se desarrollan los modelos físicos en relación a las fuerzas de rozamiento presentes para tramos rectos y curvas en todas sus configuraciones posibles, obteniéndose así, para cada caso, una ecuación diferencial que modela el fenómeno del rozamiento y que incluye las variables propias del fluido presente y las características pertinentes del cable. Mediante la resolución de esa ecuación diferencial, se obtiene una expresión explícita para el valor de la fuerza de rozamiento en cada caso. En el presente trabajo, el modelo obtenido es evaluado mediante comparación con el modelo simplificado tradicional de manera de ver los alcances del nuevo modelo. Se realiza también una presentación de la influencia que tiene la rigidez del cable y como esta rigidez a la flexión genera fuerzas normales adicionales en los extremos de las curvas que redundan finalmente en una componente adicional de las fuerzas de fricción. Mediante comparación con mediciones reales de fuerza de arrastre se valida el modelo obtenido Dada la complejidad de los cálculos requeridos para la determinación de las fuerzas de arrastre de tuberías reales se desarrollan dos aplicaciones de software para el cálculo de las mismas, una específica para tuberías rígidas y otra para tuberías flexibles utilizando algoritmos de cálculo basados en las ecuaciones determinadas. Son presentadas también, una serie de estrategias de forma de mantener acotado el valor máximo de la tensión de cable. Dentro de las estrategias están la elección de materiales de recubrimiento de cable que presenten un bajo coeficiente de fricción con la tubería, la adopción de cables cuyo peso específico sea tal que el peso se iguale a la fuerza de empuje y la incorporación de varios dispositivos de tracción del cable de modo de mantener bajas las contra tensiones del cable utilizando un sistema distribuido de empuje.

A corrosão acarreta riscos ambientais, perdas de vidas e elevados gastos financeiros. Logo, a prevenção e o controle tornam-se mandatórios para a operação segura e rentável de estruturas metálicas. O combate à corrosão depende essencialmente de uma maior compreensão dos fenômenos envolvidos e de investimentos em novas tecnologias. A indústria do petróleo recorre frequentemente à aplicação do aço inoxidável UNS S31803 em suas estruturas, devido a sua boa resistência mecânica e à corrosão. Apesar de ser considerada uma liga de boa soldabilidade, ainda é possível que existam heterogeneidades, defeitos e a formação de fases indesejadas após a soldagem, os quais podem deteriorar a resistência à corrosão da junta. A técnica de soldagem com pino consumível (FHPP) mostra-se como uma recente alternativa para o setor industrial offshore devido as suas qualidades inerentes. Deste modo, a finalidade desse trabalho é avaliar separadamente a resistência à corrosão das principais regiões da junta soldada por FHPP (material base do pino e do substrato e a zona termomecanicamente afetada) de aço inoxidável dúplex UNS S31803, frente a um meio de água do mar sintética na condição naturalmente aerada. De tal modo, é possível identificar eventual comprometimento da resistência à corrosão de uniões desta natureza. Para isso foi desenvolvida uma célula eletroquímica de três eletrodos com dimensões reduzidas (microcélula). Assim, as regiões principais da junta soldada foram analisadas separadamente através de polarizações potenciodinâmicas cíclicas. Foi possível obter os potenciais de corrosão (Ecor), de quebra de passividade (Eq) e de proteção (Eprot1 e Eprot2), junto com os coeficientes de Tafel (ba e bc) e as densidades de corrente de corrosão (icor) e de quebra de passividade (iq). Com base nestas observações, acredita-se que a junta soldada apresenta comportamento eletroquímico em todas suas regiões. / Corrosion impacts annually in environmental risks, loss of human life and high financial costs. Thus, the prevention and the control became mandatory for safe and profitable operation of metal structures. Therefore, the maintenance of acceptable levels of corrosion depends essentially on a greater understanding of the corrosion phenomena and investments in new technologies. The petroleum industry often relies on the UNS S31803 stainless steel in their structures, due to the good mechanical and corrosion resistance of this material. Even though it is considered to be an alloy of good weldability, it is still possible to have heterogeneities, defects and formation of deleterious phases after the welding, which may result in the weakening of the corrosion resistance of the joint. Friction hydro pillar process, arise as a good and recent alternative to the offshore industry, due to its inherent qualities. Therefore, the aim of this study is to individually evaluate the corrosion resistance of the main regions (base materials from the pin and from the subtract and the thermo-mechanically affected zone) of the duplex stainless steel UNS S31803 joint welded by FHPP, against synthetic seawater in the naturally aerated condition, in order to identify potential impairment of the corrosion resistance of these joints. For this, it was developed a three electrode electrochemical cell with reduced dimensions (microcell). This way, the main regions of the welded joint could be analyzed separately with cyclic potenciodinâmica polarizations. It was obtained the corrosion (Ecor), pitting (Eq) and protective (Eprot1 and Eprot2) potentials, along with the Tafel slopes (ba and bc) and corrosion (icor) and passivity breakdown (iq) current densities. Based on these observations, it is believed that the welded joint present good electrochemical behavior in all its regions.

Submitted by Livia Mello (liviacmello@yahoo.com.br) on 2016-09-15T13:03:07Z No. of bitstreams: 1 DissPAFB.pdf: 2674729 bytes, checksum: fbbf96392e4ce675814ed1c32c1bacfb (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-21T18:30:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissPAFB.pdf: 2674729 bytes, checksum: fbbf96392e4ce675814ed1c32c1bacfb (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-21T18:30:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissPAFB.pdf: 2674729 bytes, checksum: fbbf96392e4ce675814ed1c32c1bacfb (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-21T18:30:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissPAFB.pdf: 2674729 bytes, checksum: fbbf96392e4ce675814ed1c32c1bacfb (MD5) Previous issue date: 2015-02-01 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / One of the main considerations in selecting materials to manufacture aircraft structures is related to weight saving [1]. In this context, the promising aluminum-lithium alloys have been receiving special attention in aerospace applications due to its attractive combination of low density, high specific strength and corrosion resistance [2-5]. Due to difficulties joining these alloys by conventional welding processes associated to their high thermal conductivity and low melting temperature, solid-state joining technologies emerge as great possibilities to simultaneously solve problems of solidification defects and increasing weight. The feasibility of Friction Spot Welding (FSpW) in joining sheets of lightweight material (e.g. aluminum alloys) places this technology as a potential replacement to the spot-like joint processes, as resistance spot welding (RSW) and laser spot welding (LSW), for application in automotive and aerospace industries [6-8]. In this work, the influence of hook defect on the lap shear strength (LSS) of AA2198-T8 friction spot welds was studied. The effects of process parameters was evaluated in terms of LSS and related to the microstructural configurations. The values of hook length measurements and the LSS were used as response in optimization process developed using the statistical tool of DoE technique with Taguchi Method. Finally it was possible to compare the hook behavior with lap shear strength results. The higher influence on the weld performance was exerted by plunge depth whereas rotational speed was found to be a less significant parameter. Through the minimization of the hook defect, a beneficial response on the weld performance was observed, which was associated to the absence of a potential site for crack nucleation. In spite of inherent discontinuities, promising results were found for aluminum joints for aerospace applications. / Uma das principais considerações na seleção de materiais para a fabricação de estruturas de aeronaves está relacionada à redução de peso [1]. Neste contexto, ligas de alumínio-lítio têm se destacado em aplicações aeroespaciais devido à sua atraente combinação de propriedades como baixa densidade, alta resistência específica e resistência à corrosão [2-5]. Devido às dificuldades para união destas ligas por processos convencionais de soldagem associadas às altas condutividades térmicas e baixas temperaturas de fusão, tecnologias de soldagem no estado sólido emergem com grande potencial para simultaneamente reduzir os defeitos de solidificação e aumento de peso. A viabilidade da Soldagem por Fricção por Ponto (do inglês – Friction Spot Welding – FSpW) para unir chapas de materiais leves posiciona esta tecnologia como potencial substituta para os processos de união por ponto, como soldagem por resistência (RSW) e soldagem a laser (LSW), para aplicação nas indústrias automotiva e aeroespacial [6-8]. O presente trabalho visou estudar a influência do defeito de cunha na resistência ao cisalhamento (RC) das juntas da liga de alumínio 2198-T8 fabricadas por FSpW. O efeito dos parâmetros de processo foi avaliado em relação à RC e relacionado com as configurações microestruturais. Os valores de comprimento de cunha e RC foram utilizados como resposta no processo de otimização desenvolvido utilizando-se a ferramenta estatística de planejamento de experimentos com o Método de Taguchi. Por fim, foi possível comparar o comportamento da cunha com os resultados de RC. A maior influência sobre o desempenho de solda foi exercida pela profundidade de penetração enquanto a velocidade de rotação foi um parâmetro menos significativo. Com a minimização da cunha obteve-se uma resposta benéfica no desempenho de solda, o que foi associado à ausência de uma região potencial para a nucleação de trincas. Apesar de descontinuidades inerentes, resultados promissores foram encontrados para juntas de alumínio para aplicações aeroespaciais.

Submitted by Regina Correa (rehecorrea@gmail.com) on 2016-10-03T18:50:36Z No. of bitstreams: 1 DissNZB.pdf: 8463882 bytes, checksum: 493c4ee9ac0735d4fab21c75b50bef13 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-10T14:21:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissNZB.pdf: 8463882 bytes, checksum: 493c4ee9ac0735d4fab21c75b50bef13 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-10T14:21:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissNZB.pdf: 8463882 bytes, checksum: 493c4ee9ac0735d4fab21c75b50bef13 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-10T14:21:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissNZB.pdf: 8463882 bytes, checksum: 493c4ee9ac0735d4fab21c75b50bef13 (MD5) Previous issue date: 2015-12-18 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Friction Riveting is an innovative spot joining technology for metal-polymer hybrid structures. This MSc thesis provided for the first time in the literature, a fundamental understanding on the Friction Riveting process for metal-thermoset composites joints. Joints of Ti-6Al-4V rivet and pultruded glass fiber reinforced thermoset polyester part were produced under three joining conditions with different heat input. Thorough analytical techniques were used to understand the physics of the process and the effect of the energy input on the final microstructure of the joined parts, the physico-chemical changes in the composite and the local and global mechanical properties of the joints. The process temperature reached values up to 761 ± 2°C indicating intrinsic degradation of the composite, formation of a softened/molten glass interlayer between the rivet and the composite and complex metallurgical transformations in the metallic rivet. Through monitoring of the process temperature and torque, an unstable friction regime was observed for FricRiveting of pultruded thermoset composites leading to distinguished extents of composite degradation. The microstructure of the Ti-6Al-4V alloy changed across the length of the rivet, from the equiaxed morphology to acicular structures in the rivet tip, where plastic deformation occurred. Three microstructural zones were proposed for each joint part including two thermo-mechanically affected zones and a heat affected zone. Microhardness mapping was performed in the metallic rivet evidencing an increase from the center to the tip of the rivet, with a hardness increment of over 20% compared to the base material (HVTi6Al4V= 300- 320 HV). The glass interphase consolidated in the metallic surface reached values of up to 974 HV followed by a drastic decrease to 24 HV in the polyester matrix located out of the joint area. The ultimate bearing strength ranged between 60 MPa and 166 MPa. Lesser composite degraded areas led to stronger joints. Two failure modes were observed combining initial composite bearing followed by final failure through shear of the rivet with partial rivet pullout or by full rivet pull-out. Complex failure micro-mechanisms were observed including the combination of cohesive and adhesive failures through the glass layer and the damaged composite interface. Friction-riveted joints achieved an ultimate lap shear strength of up to 80% to that of a similar bolted joint. A case study for a presumptive truss bridge application of friction-riveted joints showed a necessary of 92 rivets per truss node, 43% less than previous studies and with potential for further optimization. / Rebitagem por Fricção é uma tecnologia de união pontual inovadora para estruturas híbridas metal-polímero. Esta tese de mestrado apresenta pela primeira vez na literatura um entendimento aprofundado do processo de Rebitagem por Fricção para juntas de metal e compósito termofixo. Juntas de rebite de Ti-6Al-4V e componente pultrudado de poliéster termofixo reforçado com fibra de vidro foram produzidas seguindo três condições de processo com diferentes aportes térmicos. Diversas técnicas analíticas foram utilizadas para entender a física do processo e o efeito do aporte térmico na microestrutura final dos componentes unidos, mudanças físico-químicas no compósito, formação de camada vítrea intermediária entre o compósito e o rebite metálico e transformações metalúrgicas. Através do monitoramento da temperatura processual e do torque, um regime friccional não estável foi observado para a Rebitagem por Fricção de compósito pultrudado termofixo resultando em distintas extensões da degradação do compósito. A microestrutura da liga de Ti-6Al-4V transforma-se ao longo da secção transversal do rebite, de uma morfologia equiaxial no centro do rebite para uma estrutura acicular em sua extremidade, onde ocorre deformação plástica. Três zonas microestruturais foram propostas para cada componente da junta incluindo duas zonas termo mecanicamente afetadas e uma termicamente afetada. Mapa de microdureza foi realizado no rebite metálico evidenciando um aumento do centro para a extremidade do mesmo, próximo a 20% comparado com o material de base (HVTi6Al4V= 300-320 HV). A interfase vítrea consolidada na superfície do rebite metálico apresentou dureza em torno de 974 HV seguido de um drástico decaimento para 24 HV na matriz de poliéster localizada fora da região de união. A tensão máxima de apoio variou entre 60 e 166 MPa. Juntas com menor área degradada apresentaram os melhores desempenhos mecânicos em ensaio quase estático de cisalhamento. Dois modos de falha foram observados combinando um modo de falha inicial por deformação plástica severa no compósito seguida de falha final por cisalhamento no rebite metálico com parcial remoção do mesmo ou por remoção completa do rebite. Complexos micro mecanismos de falha foram observados incluindo a combinação de falha adesiva e coesiva através da interface entre interfase vítrea e compósito degradado. Juntas rebitadas por fricção atingiram resistência ao cisalhamento de 80% da obtida para juntas parafusadas. O estudo de caso para uma ponte hipotética treliçada revelou um número necessário de rebites de até 92 rebites por nó da ponte, 43% a menos que o encontrado em trabalhos anteriores, com potencial para futuras optimizações.

Aços inoxidáveis duplex (AID) são materiais amplamente utilizados para uma grande variedade de aplicações desde a indústria química, de alimentos, petroquímica, naval, farmacêutica, energia nuclear e em muitos outros campos devido à combinação de suas excelentes propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Particularmente na indústria petroquímica, os aços AID’s são muito utilizados como materiais estruturais para a construção de gasodutos que transportam altos volumes de CO2 e na confecção das camadas internas dos tubos flexíveis (oleodutos offshore), utilizadas na produção de óleo. A soldagem a arco dos AID’s pode acarretar, dependendo das taxas de resfriamento envolvidas, a formação de precipitados de segunda fase que degradam suas propriedades mecânicas. Um processo alternativo para evitar o problema de precipitação de fases indesejáveis é a utilização do processo de soldagem/reparo por fricção com pino consumível (SFPC). O objetivo do presente trabalho é a caracterização metalúrgica e mecânica de juntas de solda de aço inoxidável duplex UNS S31803 obtidas através dos processos SFPC e de soldagem de costura por fricção (SCF). Na soldagem SCF, o objetivo do estudo foi a verificação da influência do passo de soldagem na formação e alteração das estruturas e nas propriedades mecânicas. Os resultados dos ensaios foram comparados com as propriedades obtidas do material base (MB) “como recebido”. A partir das juntas soldadas obtidas por fricção, foram extraídos corpos de prova para ensaios de microtração e Charpy para avaliação da resistência mecânica e da resistência ao impacto. Análises da microestrutura em microscopia ótica (MO) e perfis de microdurezas ao longo da região de solda também foram realizadas. Verificou-se que os processos de soldagem SFPC e SCF provocam um intenso refinamento de grão na zona de mistura (região da interface entre material do pino e da base), modificando a estrutura lamelar de grãos alongados da matriz ferrítica/austenítica, ocasionado por uma ação conjunta de aquecimento e deformação plástica oriunda do processo de solda por fricção. Os resultados dos ensaios de microtração indicam que as juntas soldadas aumentaram sua resistência mecânica com relação ao material base, fato que se deve ao aumento da quantidade da ferrita na zona termomecanicamente afetada (ZTMA), à formação de nitretos de cromo no centro dos grãos ferríticos e ao refino de grão. O aumento da quantidade de ferrita na ZTMA ocorre devido às altas taxas de resfriamento envolvidas no processo de soldagem e verificados por análise térmica. As elevadas taxas de resfriamento dificultam a difusão do nitrogênio que tem um importante papel no equilíbrio de fases da estrutura duplex (ferrita-austenita), na soldagem. O nitrogênio aprisionado no interior do grão ferrítico produz nitretos de cromo deixando de agir como elemento gamagênico aumentando a quantidade da fase ferrita. As juntas soldadas verificadas apresentaram tenacidade aceitável de acordo com o exigido pela norma ASTM A923. / Duplex stainless steels (DSS) are materials widely used for a variety of applications from the chemical, food, petrochemical, marine, pharmaceutical, nuclear industry and other fields due to the combination of their excellent mechanical properties and corrosion resistance. Particularly in the petrochemical industry, the DSS’s steels are extensively used as structural materials for the construction of gas pipelines that carry high volumes of CO2 and making the inner layers of flexible pipes (pipelines offshore) used in offshore oil production. The arc welding of DSS's can lead, depending on cooling rates involved, the formation of second phase precipitates which degrade their mechanical properties. An alternative method to avoid the problem of precipitation of unwanted phase is to use the welding process Friction Hydro Pillar Processing (FHPP). The aim of this work is the metallurgical and mechanical characterization of joints welds of UNS S31803 duplex stainless steel obtained through FHPP processes and Friction Taper Stitch Welding (FTSW). In FTSW welding, the objective of the study was to verify the influence of the welding step on the formation and alteration of structures and mechanical properties. The test results were compared with the properties of the obtained base material "as received". From the welds joints obtained by friction welding, specimens for microtensile testing and charpy were extracted to evaluate the mechanical strength and toughness. Microstructural analysis in optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM) and microhardness profiles along the weld region were also performed. It was found that the welding process FHPP and FTSW causes an intense grain refinement in bonding zone, modifying the lamellar structure of elongate grains of matrix ferritic/austenitic, caused by action of heating and plastic deformation arising from the welding process by friction. The results of the microtensile tests indicate that the welded joints increased their mechanical resistance with respect to the base material, due to the increase in the amount of the ferrite in the thermomechanically affected zone (ZTMA), the formation of chromium nitrides in the center of ferritic grains and grain refining. The increase in the amount of ferrite in the ZTMA occurs due to the high cooling rates involved in the welding process and verified by thermal analysis. The high cooling rates difficult the nitrogen diffusion, which plays an important role in the phase equilibrium of the duplex structure (ferrite-austenite) in welding. The nitrogen trapped inside the ferritic grain produces chromium nitrides ceasing to act as gamogenic element by increasing the amount of the ferrite phase. The welds joints verified also had acceptable ductility and toughness according required by standard ASTM A923.

The present work makes a study of the drag forces of umbilical cables of pipes inspection robots and aims to determine a valid model for their calculation. For this purpose, the physical models are developed in relation to the friction forces for the straight and curved sections in all their possible configurations, obtaining for each case a differential equation that models the friction phenomenon and that includes fluid and cable the characteristics. By solving the differential equation, an explicit expression is obtained for the value of the frictional force in each case. In the present work, the obtained model is evaluated in comparison with the traditional simplified model. It is also presented a study about the influence of the stiffness of the cable and how this characteristic generates the forces of the normal general forces at the ends of the curves that, finally, result in an additional component of the frictional forces. By comparison with actual drag force measurements, the model obtained is validated. The complexity of the calculations required for the determination of the pull forces in real pipes makes it necessary to use software tools to facilitate it. For this reason, two software applications are developed, one specific for rigid pipes and another one for flexible pipes. A series of strategies of how to keep low the maximum value of the cable tension are presented too. / El presente trabajo se dedica al estudio de fuerzas de arrastre de cables umbilicales de robot de inspección o desobstrucción de tuberías y tiene como objetivo la determinación de un modelo válido para el cálculo de las mismas. Para tal fin, se desarrollan los modelos físicos en relación a las fuerzas de rozamiento presentes para tramos rectos y curvas en todas sus configuraciones posibles, obteniéndose así, para cada caso, una ecuación diferencial que modela el fenómeno del rozamiento y que incluye las variables propias del fluido presente y las características pertinentes del cable. Mediante la resolución de esa ecuación diferencial, se obtiene una expresión explícita para el valor de la fuerza de rozamiento en cada caso. En el presente trabajo, el modelo obtenido es evaluado mediante comparación con el modelo simplificado tradicional de manera de ver los alcances del nuevo modelo. Se realiza también una presentación de la influencia que tiene la rigidez del cable y como esta rigidez a la flexión genera fuerzas normales adicionales en los extremos de las curvas que redundan finalmente en una componente adicional de las fuerzas de fricción. Mediante comparación con mediciones reales de fuerza de arrastre se valida el modelo obtenido Dada la complejidad de los cálculos requeridos para la determinación de las fuerzas de arrastre de tuberías reales se desarrollan dos aplicaciones de software para el cálculo de las mismas, una específica para tuberías rígidas y otra para tuberías flexibles utilizando algoritmos de cálculo basados en las ecuaciones determinadas. Son presentadas también, una serie de estrategias de forma de mantener acotado el valor máximo de la tensión de cable. Dentro de las estrategias están la elección de materiales de recubrimiento de cable que presenten un bajo coeficiente de fricción con la tubería, la adopción de cables cuyo peso específico sea tal que el peso se iguale a la fuerza de empuje y la incorporación de varios dispositivos de tracción del cable de modo de mantener bajas las contra tensiones del cable utilizando un sistema distribuido de empuje.

A procura cada vez mais intensa por redução de peso e consequente diminuição do consumo de combustível dos veículos automotores e aeronaves, tem proporcionado um crescimento constante na utilização do alumínio e suas ligas nos diversos setores da indústria de manufatura. No entanto, a dificuldade de união em juntas de alumínio que atendam requisitos de alta resistência à fratura e à fadiga, tem intensificado as pesquisas por novas tecnologias em seu processo de soldagem. Neste contexto, o processo de soldagem denominado Friction Stir Welding (FSW), vem ganhando espaço nas pesquisas e também na indústria. Neste processo, uma ferramenta não consumível é projetada especialmente para ser introduzida nas juntas das chapas a serem soldadas, gerando calor e misturando mecanicamente o material da junta, consolidando a solda. Este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos dos parâmetros de soldagem FSW, na consolidação das propriedades mecânicas das soldas produzidas, na microestrutura, além de buscar a otimização do processo para a liga em estudo. Para tanto, a geometria da ferramenta foi projetada, fabricada e testada, de forma a definir os parâmetros ideais para obtenção de juntas soldadas sem defeitos. Uma máquina fresadora CNC foi utilizada para a execução dos testes. As soldas foram produzidas em chapas de alumínio da liga Al 5182-O com espessura de 3,25mm, com velocidade rotacional da ferramenta mantida constante em 500 rpm e velocidades de soldagem de 50, 100, 150, 200 e 250 mm/min. A ferramenta foi inclinada em um ângulo de 1º, todas as soldas foram realizadas com sentido horário de rotação, após a realização dos testes as juntas soldadas foram submetidas a uma série de ensaios destrutivos e não destrutivos caracterizando cada teste realizado. Juntas de topo com penetração completa e livre de defeitos foram produzidas com velocidades de soldagem de 100, 150, 200 e 250 mm/min, enquanto com a velocidade de soldagem de 50 mm/min resultou em defeito do tipo vazio na zona da mistura no lado do avanço, defeito este caracterizado através de inspeção por microtomografia, o que fez com que as soldas produzidas com esta velocidade de soldagem rompessem na junta soldada. Em todas as velocidades de soldagem a caracterização através de microscopia óptica na seção transversal das soldas revelou um refino microestrutural, obtido pelo fenômeno de recristalização dinâmica, que resultou em um aumento nos valores de dureza na zona da mistura. Os resultados obtidos demostram que soldas de boa qualidade podem ser produzidas com este processo. Além disso, foi estabelecida uma correlação entre a história térmica associada ao processo de FSW, a microestrutura produzida e o desempenho mecânico das juntas soldadas. / The increasingly intense demand for weight reduction and consequent reduction of the fuel consumption of motor vehicles and aircraft , has provided a steady growth in the use of aluminum and its alloys in various sectors of the manufacturing industry , but the difficulty in joining together aluminum that meet high fracture resistance and fatigue , has intensified the research for new technologies in the process of welding. In this context , the welding process called Friction Stir Welding ( FSW ) has been gaining ground in research and also in industry . In this process , non-consumable tool is specially designed to be inserted in the joints of the plates to be welded, generating heat and mechanically mixing the gasket material, consolidating the weld. This study aimed to evaluate the effects of welding parameters FSW , the consolidation of the mechanical properties of the welds produced, microstructure, and seek to optimize the process for the alloy under study. For this, the geometry of the tool is designed, manufactured and tested in order to define the optimal parameters for obtaining welded joints without defects. A milling machine CNC was used for the tests. The welds were produced in sheets of aluminum alloy Al 5182-O with a thickness of 3,25mm with rotational speed of the tool maintained constant at 500 rpm and welding speeds of 50, 100, 150, 200 and 250 mm / min, the tool was tilted at an angle of 1°, all welds were performed with clockwise direction of rotation, after the tests the welded joints were subjected to a series of destructive testing and nondestructive characterizing each test performed. Butt welding with full penetration and free defects were produced with welding speeds of 100, 150, 200 and 250 mm / min, while with the welding speed 50 mm / min resulted in failure of the void type in the zone of the mixture side of the advance, this defect characterized by inspection by microtomography, which has meant that the welds produced with this welding speed would break the joint weld. In all welding speeds characterization by optical microscopy in cross section of welds revealed a microstructure refining, obtained by dynamic recrystallization phenomenon, for which resulted in an increase in the hardness values in the mixing zone. The results demonstrate that good quality welds can be produced with this process. Moreover, a correlation between the thermal history associated with the process produced the microstructure and mechanical performance of welded joints was established.