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.

Submitted by Izabel Franco (izabel-franco@ufscar.br) on 2016-09-20T18:30:12Z No. of bitstreams: 1 DissJVAE.pdf: 4217973 bytes, checksum: 5bff49bb1884d56f5cb1d7e47edfd24f (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-09-21T18:13:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissJVAE.pdf: 4217973 bytes, checksum: 5bff49bb1884d56f5cb1d7e47edfd24f (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-09-21T18:13:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissJVAE.pdf: 4217973 bytes, checksum: 5bff49bb1884d56f5cb1d7e47edfd24f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-21T18:23:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissJVAE.pdf: 4217973 bytes, checksum: 5bff49bb1884d56f5cb1d7e47edfd24f (MD5) Previous issue date: 2015-02-26 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / The friction spot joining (FSpJ) emerges as an alternative and innovative technique for producing polymer-metal hybrid structures. This technique was developed and patented by HZG / Germany in 2012. The process uses a combination of tools that by friction generates heat leading to the formation of a polymer layer through the interface and mechanical interlocking between the joints partners. Previous studies have demonstrated the technical feasibility of producing hybrid joints by FSpJ, however, no studies have demonstrated the influence of the process parameters on the joints properties. This study aimed to produce hybrid joints of 6181-T4 aluminum alloy and carbon fiber reinforced poly(phenylene sulfide) laminate composite (CF-PPS) by FSpJ and investigate the influence of process and aluminum surface treatment on the structure and the mechanical strength of these joints. The proper combination of these parameters resulted in hybrid joints with single lap shear force of up to 1861 N (29 MPa) and 3522 N (55 MPa) for double lap joints. This level of shear strength is similar or superior to others metal / polymeric composite joints produced by conventional joining techniques, demonstrating the potential of the FSpJ. The rotational speed (RS) was the parameter with the greatest influence on the shear strength of the joints, followed by the joining time (JT), tool plunge depth (PD) and joining force (JF). Joints that had predominantly cohesive fracture showed higher shear strength. Joints that were cooled at lower rates showed higher joint shear strength, regardless the heat input, due to lower residual stress at the interface of these joints. Through simple aluminum surface treatment (griding followed by acid pickling) it was possible to achieve an increasing up to 160% in the shear strength of the joints. / A união pontual por fricção (“Friction Spot Joining – FSpJ”) desponta como uma técnica alternativa e inovadora para produzir estruturas híbridas metal-polímero. Esta técnica foi desenvolvida e patenteada pela HZG / Alemanha em 2012. O processo utiliza uma combinação de ferramentas que através da fricção sobre o metal gera calor levando a formação de camada polimérica na interface e de travamento mecânico entre as chapas. Estudos anteriores demonstraram a viabilidade técnica para produção de juntas híbridas, porém, não há estudos demonstrando efetivamente a influência dos parâmetros de união nas propriedades das juntas. Este estudo teve como objetivo produzir juntas híbridas de alumínio 6181-T4 e compósito laminado de poli(sulfeto de fenileno) e fibra de carbono (CF-PPS) por FSpJ, e investigar a influência de parâmetros de processo e tratamento superficial do alumínio sobre a estrutura e a resistência mecânica dessas juntas. A combinação apropriada desses parâmetros resultou em juntas híbridas com força máxima em cisalhamento de até 1861 N (29 MPa) na geometria junta pontual sobreposta simples e de 3522 N (55 MPa) na geometria de junta sobreposta dupla. Esse nível de resistência mecânica é similar ou superior ao de outras juntas metal-compósito polimérico produzidas por técnicas convencionais de união, demonstrando o potencial da técnica FSpJ. A velocidade rotacional (VR) foi o parâmetro com maior influência na resistência ao cisalhamento das juntas, seguida pelo tempo de união (TU), profundidade de penetração (PP) e força de união (FU). As juntas com falha predominantemente coesiva apresentaram resistência ao cisalhamento superior. Foi verificado que juntas produzidas em menores taxas de resfriamento apresentam maior desempenho mecânico, independentemente do aporte térmico utilizado, devido a menor tensão residual na interface dessas juntas. Através de tratamentos superficiais simples no alumínio (lixamento seguido de decapagem ácida) foi possível alcançar aumento de até 160% na resistência ao cisalhamento das juntas.

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.

In this study, friction spot welding was used to join DP980 steel sheet. Four different ultra-hard tool materials were used with the objective of determining which tool material produced the highest number of acceptable-strength welds. Three of the tools were composed of various mixtures of polycrystalline cubic Boron Nitride (PCBN), Tungsten, and Rhenium. These materials are referred to herein as Q60, Q70, and Q80, the "Qxx" designation denoting the percentage of the volume of the tool material composed of PCBN. The fourth tool tested was composed entirely of PCBN. The Q70 tool produced approximately 1100 welds of acceptable strength before average weld strength decreased below the acceptable value, and the Q60 tool produced approximately 600 welds of acceptable strength. The Q80 material did not produce any welds with strengths above the acceptable value. However, Q80 produced the greatest number of welds of consistent strength. The PCBN tool, being the hardest, also did not produce any welds of acceptable strength, and failed at 257 welds. This failure is presumed to be a result of a tool/parameter mismatch which caused excessive loads on the tool. This research revealed that the weld parameters and tool materials used in this study will not generally provide for feasibility of implementation in industry. Further advances in weld parameter selection, tool geometry, and tool materials will be necessary in order to make friction spot joining of high strength steels an economically viable option.

Friction Spot Welding (FSpW) é um processo de solda ponto por fricção, que opera na fase sólida do material e permite unir duas ou mais chapas de metal sobrepostas. Além de ser bastante usado para soldar materiais leves, ele também é aplicável a qualquer material que apresente boa plasticidade. Neste trabalho são analisados dois materiais: AA Alclad 2024-T351 e AA 2024-T351, diferindo entre si no uso, ou não, da camada de proteção contra a corrosão (Alclad). As uniões são feitas sob os mesmos parâmetros do processo, previamente estudados para o material com Alclad. Dois parâmetros são utilizados: um dito ótimo, capaz de produzir soldas com bom desempenho mecânico e reprodutibilidade e um segundo, dito insuficiente, por produzir soldas de baixo desempenho mecânico e baixa reprodutibilidade. Pretende-se, com este trabalho, avaliar os efeitos que a camada Alclad pode acarretar nas juntas soldadas, em seu desempenho mecânico, no modo de fratura, na microestrutura e na geometria da junta. Os resultados apresentam uma grande influência do Alclad, tendo em vista que durante o processo o recobrimento migra das superfícies das chapas para o centro da solda. Assim, uma interface deste material, que possui baixa resistência mecânica, é criada, influenciando negativamente o desempenho da junta e alterando o modo de fratura. O principal escopo desta dissertação é realizar uma análise da fratura do ensaio de cisalhamento, com o uso do método de elementos finitos. Portanto, fazse necessário estudar e desenvolver um modelo numérico capaz de representar a nucleação, coalescimento, formação de uma ou mais trincas e a consequente propagação até a fratura do corpo. Para a realização da análise utilizou-se o modelo numérico de fratura Johnson-Cook (JC), o qual expressa a tensão equivalente como uma função da deformação plástica, da taxa de deformação e da temperatura. Realizou-se, ainda, um estudo acerca das teorias do Continuum Damage Mechanics (CDM), bem como se fez necessário obter novos parâmetros para o modelo, que descrevessem o fenômeno e o material. Nesse sentido, serão realizadas duas análises, sendo que a primeira considera o efeito da camada de Alclad e, a segunda, considera uma solda livre de defeitos. Espera-se identificar os locais em que trinca é nucleada e analisar a resposta da junta, passo a passo, durante a propagação da trinca, até a fratura completa do corpo. E, por fim, avaliar a interferência no modelo numérico da presença da camada contra a corrosão Alclad. / Friction Spot Welding (FSpW) is a friction spot weld process, it operates in the solid-state of the material and allows joining two or more sheets in overlap configuration. It is used to join light weight materials, also is suitable to any material that shows good ductility. In this work two different materials are analyzed AA Alclad 2024-T351 e AA 2024-T351, between them the use, or not, of the corrosion protection layer Alclad. The welds are made under the same process parameters previously studied to the material with Alclad. Two parameters are utilized: the first one is the optimum parameter capable to produce welds with good mechanical performance and reproducibility, and another one inadequate because it produces joins with poor mechanical response and reproducibility. It is intended with this work, to evaluate the effects that the Alclad layer can cause in the welds, in its mechanical performance, fracture mode, microstructure and geometry of the join. The results showed a considerable influence of the Alclad, considering that during the process, it migrates from the sheet surface to the center of the weld. Thus, an interface of this material, that has a very low hardness, is created, influencing negatively the performance of the weld and changing the fracture mode. The aim of this dissertation is to perform an analysis of the fracture from the lap shear test, using the finite element method. Therefore, becomes necessary study and develop a numerical model capable to represent the nucleation, coalescence, formation of one or more cracks and, the consequent propagation until the fracture of the body. To perform the analysis it was used the numerical model of fracture called Johnson-Cook (JC), which expresses the equivalent stress as a function of the plastic deformation, the strain rate and the temperature. It was also made a study about the Continuum Damage Mechanics (CDM) theories, and it was necessary to obtain new parameters for the model, that describe the phenomenon and the material. In this sense, it will be performed two analyses, and the first considers the Alclad layer and, the second, considers a weld without defects. It is expected to identify the places where the crack nucleated, and analyze the behavior of the weld, step by step, during the crack propagation, until the complete fracture of the component. And, finally, evaluate the interference in the numerical model of the presence of the protection corrosion layer Alclad.

Neste trabalho foi realizado um estudo comparativo entre juntas dissimilares produzidas pelo processo FSpW sem e com a utilização de Zn como metal intermediário tendo a finalidade de investigar a eficácia da adição deste metal no comportamento mecânico das juntas, bem como avaliar sua influência nas características microestruturais das juntas soldadas. As juntas foram produzidas com ligas de Al AA5754-H24 e Mg AZ31-O, de particular interesse do setor automotivo. Nas condições de soldagem com metal intermediário, chapas de Al revestido com Zn por galvanização foram usadas. As propriedades mecânicas das juntas foram avaliadas através de ensaios com carregamento quasi-estáticos e dinâmicos, sendo então correlacionados com as características microestruturais. Através das análises constatou-se que a aplicação de Zn como metal intermediário mostrou-se efetiva na redução do volume de compostos intermetálicos formados na interface da solda e consequentemente, obteve-se um aumento do desempenho mecânico de cerca de 48 % no ensaio de cisalhamento por tração, 230% no ensaio de tração cruzada e de 35,31 % no ensaio de fadiga quando em comparação a juntas soldadas diretamente entre as chapas de AA5754-H24 e AZ31-O. / In this research was carried out a comparative study between dissimilar joints produced by means of the process FSpW without and with applying Zn as an intermediary metal with the purpose of investigating the effectiveness of the addition of this metal in the mechanical behavior of joints, as well as to assess its influence on the microstructural characteristics of the welded joints. The joints were produced with the AA5754-H24 Al alloy and the AZ31-O Mg alloy, materials of particular interest to the automotive industry. For the welding conditions with the Zn interlayer Al sheets coated by hot deep galvanizing were used. The mechanical properties of the welded joints were evaluated in terms of quasi-static and dynamic load and then correlated with the microstructural features. Through the analyzes it has been verified that the addition of Zn as an intermediary metal proved to be effective in reducing the amount of the intermetallic compound formed at the weld interface and consequently the mechanical performance increased about 48 % in the lap shear strength test, 230 % in the cross tensile strength test and 35,31 % in the fatigue test when compared to the welded joints produced by the direct contact among the AA5754-H24 and the AZ31-O sheets.

Neste trabalho foi realizado um estudo comparativo entre juntas dissimilares produzidas pelo processo FSpW sem e com a utilização de Zn como metal intermediário tendo a finalidade de investigar a eficácia da adição deste metal no comportamento mecânico das juntas, bem como avaliar sua influência nas características microestruturais das juntas soldadas. As juntas foram produzidas com ligas de Al AA5754-H24 e Mg AZ31-O, de particular interesse do setor automotivo. Nas condições de soldagem com metal intermediário, chapas de Al revestido com Zn por galvanização foram usadas. As propriedades mecânicas das juntas foram avaliadas através de ensaios com carregamento quasi-estáticos e dinâmicos, sendo então correlacionados com as características microestruturais. Através das análises constatou-se que a aplicação de Zn como metal intermediário mostrou-se efetiva na redução do volume de compostos intermetálicos formados na interface da solda e consequentemente, obteve-se um aumento do desempenho mecânico de cerca de 48 % no ensaio de cisalhamento por tração, 230% no ensaio de tração cruzada e de 35,31 % no ensaio de fadiga quando em comparação a juntas soldadas diretamente entre as chapas de AA5754-H24 e AZ31-O. / In this research was carried out a comparative study between dissimilar joints produced by means of the process FSpW without and with applying Zn as an intermediary metal with the purpose of investigating the effectiveness of the addition of this metal in the mechanical behavior of joints, as well as to assess its influence on the microstructural characteristics of the welded joints. The joints were produced with the AA5754-H24 Al alloy and the AZ31-O Mg alloy, materials of particular interest to the automotive industry. For the welding conditions with the Zn interlayer Al sheets coated by hot deep galvanizing were used. The mechanical properties of the welded joints were evaluated in terms of quasi-static and dynamic load and then correlated with the microstructural features. Through the analyzes it has been verified that the addition of Zn as an intermediary metal proved to be effective in reducing the amount of the intermetallic compound formed at the weld interface and consequently the mechanical performance increased about 48 % in the lap shear strength test, 230 % in the cross tensile strength test and 35,31 % in the fatigue test when compared to the welded joints produced by the direct contact among the AA5754-H24 and the AZ31-O sheets.

Friction Spot Welding (FSpW) é um processo de solda ponto por fricção, que opera na fase sólida do material e permite unir duas ou mais chapas de metal sobrepostas. Além de ser bastante usado para soldar materiais leves, ele também é aplicável a qualquer material que apresente boa plasticidade. Neste trabalho são analisados dois materiais: AA Alclad 2024-T351 e AA 2024-T351, diferindo entre si no uso, ou não, da camada de proteção contra a corrosão (Alclad). As uniões são feitas sob os mesmos parâmetros do processo, previamente estudados para o material com Alclad. Dois parâmetros são utilizados: um dito ótimo, capaz de produzir soldas com bom desempenho mecânico e reprodutibilidade e um segundo, dito insuficiente, por produzir soldas de baixo desempenho mecânico e baixa reprodutibilidade. Pretende-se, com este trabalho, avaliar os efeitos que a camada Alclad pode acarretar nas juntas soldadas, em seu desempenho mecânico, no modo de fratura, na microestrutura e na geometria da junta. Os resultados apresentam uma grande influência do Alclad, tendo em vista que durante o processo o recobrimento migra das superfícies das chapas para o centro da solda. Assim, uma interface deste material, que possui baixa resistência mecânica, é criada, influenciando negativamente o desempenho da junta e alterando o modo de fratura. O principal escopo desta dissertação é realizar uma análise da fratura do ensaio de cisalhamento, com o uso do método de elementos finitos. Portanto, fazse necessário estudar e desenvolver um modelo numérico capaz de representar a nucleação, coalescimento, formação de uma ou mais trincas e a consequente propagação até a fratura do corpo. Para a realização da análise utilizou-se o modelo numérico de fratura Johnson-Cook (JC), o qual expressa a tensão equivalente como uma função da deformação plástica, da taxa de deformação e da temperatura. Realizou-se, ainda, um estudo acerca das teorias do Continuum Damage Mechanics (CDM), bem como se fez necessário obter novos parâmetros para o modelo, que descrevessem o fenômeno e o material. Nesse sentido, serão realizadas duas análises, sendo que a primeira considera o efeito da camada de Alclad e, a segunda, considera uma solda livre de defeitos. Espera-se identificar os locais em que trinca é nucleada e analisar a resposta da junta, passo a passo, durante a propagação da trinca, até a fratura completa do corpo. E, por fim, avaliar a interferência no modelo numérico da presença da camada contra a corrosão Alclad. / Friction Spot Welding (FSpW) is a friction spot weld process, it operates in the solid-state of the material and allows joining two or more sheets in overlap configuration. It is used to join light weight materials, also is suitable to any material that shows good ductility. In this work two different materials are analyzed AA Alclad 2024-T351 e AA 2024-T351, between them the use, or not, of the corrosion protection layer Alclad. The welds are made under the same process parameters previously studied to the material with Alclad. Two parameters are utilized: the first one is the optimum parameter capable to produce welds with good mechanical performance and reproducibility, and another one inadequate because it produces joins with poor mechanical response and reproducibility. It is intended with this work, to evaluate the effects that the Alclad layer can cause in the welds, in its mechanical performance, fracture mode, microstructure and geometry of the join. The results showed a considerable influence of the Alclad, considering that during the process, it migrates from the sheet surface to the center of the weld. Thus, an interface of this material, that has a very low hardness, is created, influencing negatively the performance of the weld and changing the fracture mode. The aim of this dissertation is to perform an analysis of the fracture from the lap shear test, using the finite element method. Therefore, becomes necessary study and develop a numerical model capable to represent the nucleation, coalescence, formation of one or more cracks and, the consequent propagation until the fracture of the body. To perform the analysis it was used the numerical model of fracture called Johnson-Cook (JC), which expresses the equivalent stress as a function of the plastic deformation, the strain rate and the temperature. It was also made a study about the Continuum Damage Mechanics (CDM) theories, and it was necessary to obtain new parameters for the model, that describe the phenomenon and the material. In this sense, it will be performed two analyses, and the first considers the Alclad layer and, the second, considers a weld without defects. It is expected to identify the places where the crack nucleated, and analyze the behavior of the weld, step by step, during the crack propagation, until the complete fracture of the component. And, finally, evaluate the interference in the numerical model of the presence of the protection corrosion layer Alclad.

Friction Spot Welding (FSpW) é um processo de solda ponto por fricção, que opera na fase sólida do material e permite unir duas ou mais chapas de metal sobrepostas. Além de ser bastante usado para soldar materiais leves, ele também é aplicável a qualquer material que apresente boa plasticidade. Neste trabalho são analisados dois materiais: AA Alclad 2024-T351 e AA 2024-T351, diferindo entre si no uso, ou não, da camada de proteção contra a corrosão (Alclad). As uniões são feitas sob os mesmos parâmetros do processo, previamente estudados para o material com Alclad. Dois parâmetros são utilizados: um dito ótimo, capaz de produzir soldas com bom desempenho mecânico e reprodutibilidade e um segundo, dito insuficiente, por produzir soldas de baixo desempenho mecânico e baixa reprodutibilidade. Pretende-se, com este trabalho, avaliar os efeitos que a camada Alclad pode acarretar nas juntas soldadas, em seu desempenho mecânico, no modo de fratura, na microestrutura e na geometria da junta. Os resultados apresentam uma grande influência do Alclad, tendo em vista que durante o processo o recobrimento migra das superfícies das chapas para o centro da solda. Assim, uma interface deste material, que possui baixa resistência mecânica, é criada, influenciando negativamente o desempenho da junta e alterando o modo de fratura. O principal escopo desta dissertação é realizar uma análise da fratura do ensaio de cisalhamento, com o uso do método de elementos finitos. Portanto, fazse necessário estudar e desenvolver um modelo numérico capaz de representar a nucleação, coalescimento, formação de uma ou mais trincas e a consequente propagação até a fratura do corpo. Para a realização da análise utilizou-se o modelo numérico de fratura Johnson-Cook (JC), o qual expressa a tensão equivalente como uma função da deformação plástica, da taxa de deformação e da temperatura. Realizou-se, ainda, um estudo acerca das teorias do Continuum Damage Mechanics (CDM), bem como se fez necessário obter novos parâmetros para o modelo, que descrevessem o fenômeno e o material. Nesse sentido, serão realizadas duas análises, sendo que a primeira considera o efeito da camada de Alclad e, a segunda, considera uma solda livre de defeitos. Espera-se identificar os locais em que trinca é nucleada e analisar a resposta da junta, passo a passo, durante a propagação da trinca, até a fratura completa do corpo. E, por fim, avaliar a interferência no modelo numérico da presença da camada contra a corrosão Alclad. / Friction Spot Welding (FSpW) is a friction spot weld process, it operates in the solid-state of the material and allows joining two or more sheets in overlap configuration. It is used to join light weight materials, also is suitable to any material that shows good ductility. In this work two different materials are analyzed AA Alclad 2024-T351 e AA 2024-T351, between them the use, or not, of the corrosion protection layer Alclad. The welds are made under the same process parameters previously studied to the material with Alclad. Two parameters are utilized: the first one is the optimum parameter capable to produce welds with good mechanical performance and reproducibility, and another one inadequate because it produces joins with poor mechanical response and reproducibility. It is intended with this work, to evaluate the effects that the Alclad layer can cause in the welds, in its mechanical performance, fracture mode, microstructure and geometry of the join. The results showed a considerable influence of the Alclad, considering that during the process, it migrates from the sheet surface to the center of the weld. Thus, an interface of this material, that has a very low hardness, is created, influencing negatively the performance of the weld and changing the fracture mode. The aim of this dissertation is to perform an analysis of the fracture from the lap shear test, using the finite element method. Therefore, becomes necessary study and develop a numerical model capable to represent the nucleation, coalescence, formation of one or more cracks and, the consequent propagation until the fracture of the body. To perform the analysis it was used the numerical model of fracture called Johnson-Cook (JC), which expresses the equivalent stress as a function of the plastic deformation, the strain rate and the temperature. It was also made a study about the Continuum Damage Mechanics (CDM) theories, and it was necessary to obtain new parameters for the model, that describe the phenomenon and the material. In this sense, it will be performed two analyses, and the first considers the Alclad layer and, the second, considers a weld without defects. It is expected to identify the places where the crack nucleated, and analyze the behavior of the weld, step by step, during the crack propagation, until the complete fracture of the component. And, finally, evaluate the interference in the numerical model of the presence of the protection corrosion layer Alclad.