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.

Submitted by Rafael Santana (rafael.silvasantana@ufpe.br) on 2017-04-19T18:29:57Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação CAMILA ALBUQUERQUE FERNANDES 2016.pdf: 2707069 bytes, checksum: 1af5a8e892dd9aa2682c79f98c6cde09 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-19T18:29:57Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação CAMILA ALBUQUERQUE FERNANDES 2016.pdf: 2707069 bytes, checksum: 1af5a8e892dd9aa2682c79f98c6cde09 (MD5) Previous issue date: 2016-07-29 / Solda a Ponto por Fricção (Friction Spot Welding – FSpW) é um processo relativamente novo de soldagem desenvolvido e patenteado pelo GKSS na Alemanha, que visa complementar e/ou substituir tecnologias de uniões de soldagem convencionais. Essa nova tecnologia de soldagem se dá pela união no estado sólido, onde duas ou mais chapas são unidas através da transferência de energia térmica e mecânica que é gerada pela rotação da ferramenta. O presente trabalho visou avaliar a aplicabilidade da união da liga de alumínio 6061-T6 pela técnica de Solda a Ponto por Fricção. Essas soldas foram produzidas em configuração de sobreposição utilizando condições de soldagens variadas, por meio de diferentes combinações de velocidade de rotação, profundidade de penetração e velocidade de penetração; os quais foram estabelecidos através de uma análise estatística, utilizando como ferramenta o Box-Behnken. A integridade da junta soldada foi avaliada através dos efeitos dos parâmetros de processo, na geometria e na microestrutura da junta, e também no desempenho mecânico. Realizou-se também a otimização do processo de soldagem e um estudo sobre o comportamento de fratura das soldas submetidas a um esforço de cisalhamento. Os resultados mostraram que a melhor combinação de parâmetros foi encontrada na condição de soldagem: 130 rpm, 4,0 mm/s e 1,4 mm, com um valor médio de resistência ao cisalhamento de 6243,29 N, com boa reprodutibilidade. O botão da solda é constituído por três elementos geométricos que se mostraram inerentes ao processo: cunha, união principal e união secundária. Estes elementos mostraram possuir forte influência sobre o desempenho mecânico. / Friction Spot Welding (FSpW) is a relatively new welding process patented by GKSS in Germany. This new welding technology is given by the joining in a solid state, in which two or more plates are joined by thermal and mechanical energy transfer that is generated by the rotation of the welding tool. The aim of this work is to study the integrity of the welds of AA6061-T6, by the FSpW process. These welds were produced in an overlapping configuration using different welding conditions, through different combinations of rotational speed, depth of penetration and penetration speed, which were set through a statistical approach using the Box-Behnken. The integrity of the welded joint was evaluated by the effects of process parameters on geometry and microstructure of the joint, and also in the mechanical performance. It was also performed the optimization of the welding process and a brief study on the fracture behavior of the welds subjected to a shear stress. The results showed that the best combination of parameters was found in the welding condition: 130 rpm 4.0 mm / s and 1.4 mm with an average value of the shear strength of 6243.29 N, with good reproducibility. The metallurgical investigation revealed three geometric elements that are inherent to the process: primary union and secondary union and hook. These elements were shown to have strong influence on the mechanical performance.

[pt] A indústria de transporte tem enfrentado rigorosas políticas econômicas e ambientais para a redução do consumo de combustível e consequentemente redução na emissão de CO2. Uma solução promissora para suprir tais exigências encontra-se na redução do peso da estrutura de carros e aviões através do uso de estruturas híbridas. Técnicas de união convencionais geralmente são inadequadas para produzir juntas híbridas de metal e polímero. Sendo assim, tecnologias de junção inovadoras estão sendo desenvolvidas para surprir tais limitações, como por exemplo: União pontual por fricção (FSpJ), rebitagem por fricção (FricRiveting) e união por energia ultra-sônica (U-Joining). Esta dissertação de mestrado foi desenvolvida para avaliar juntas híbridas produzidas com baixo (BAE) e alto aporte energético (AAE). O monitoramento da temperatura, a análise microestrutural, a resistência mecânica e os respectivos modos de falhas das juntas foram avaliados para as três técnicas de fricção. Neste contexto, técnicas de microscopia, microtomografia de raio-x e ensaios de resistência mecânica foram escolhidas para tal finalidade. Juntas de AAE produzidas por união pontual de fricção apresentaram 43 porcento maior resitência mecânica comparado com juntas de BAE e ambas falharam no centro da área de junção. Juntas de AAE produzidas por rebitagem apresentaram 46 porcento maior resitência mecânica e falha do rebite metálico fora da placa polimérica, comparado com juntas de BAE que teve o rebite metálico arrancado da placa polimérica. A resitência ao cisalhamento das juntas de AAE (fratura da placa polimérica) produzidas por energia ultra-sônica foi 85 porcento maior que as juntas de BAE (fratura dos pinos combinado com falhas coesivas e adesivas). / [en] The transportation industry has been facing stringent environmental regulations to decrease fuel consumption and CO2 emissions. A promising solution to fulfill these demands is decreasing the structural weight of vehicles and airplanes by combining lightweight alloys and fiber-reinforced polymers in hybrid structures. Conventional joining technologies are usually inadequate to produce high performance joints. To overcome these limitations, advanced joining technologies are under development such as: Friction Spot Joining (FSpJ), Friction Riveting (FricRiveting) and Ultrasonic Joining (U-Joining). This master dissertation was devised to evaluate FSp, FricRiveting and U-Joining joints produced with different heat input levels (low and high) in terms of process temperature development, microstructural features, quasi-static mechanical performance and the respective failure mechanisms. In this context, microscopy techniques (i.e. optical, confocal laser and scanning electron), X-Ray micro-computed tomography (microCT), lap shear and T-Pull testing were chosen for this purpose. FSp joints produced under HHI joining condition achieved an ultimate lap shear force (ULSF) 43 percent higher than LHI joints, whereas HEI joints produced by FricRiveting process achieved ultimate tensile force (UTF) 46 percent higher than LEI joints. The lap shear strength of ultrasonically joined joints produced under HEI joining condition was up to 85 percent higher than LEI joints. FSp joints failured in the center of the overlap area while friction-riveted joints failured through the rivet (HEI) and full rivet pull-out (LEI). Ultrasonically joined joints failured through the polymer (HEI), whereas LEI joints failured through a combination of shearing of the metallic pins and a mixed cohesive (CF) and adhesive (AF) failure.

Submitted by Daniele Amaral (daniee_ni@hotmail.com) on 2017-10-09T20:25:42Z No. of bitstreams: 1 DissSBML.pdf: 11036305 bytes, checksum: bfd6a7dc18c9f75ffae64cce4523adf4 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (bco.producao.intelectual@gmail.com) on 2018-01-25T12:34:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissSBML.pdf: 11036305 bytes, checksum: bfd6a7dc18c9f75ffae64cce4523adf4 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (bco.producao.intelectual@gmail.com) on 2018-01-25T12:34:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissSBML.pdf: 11036305 bytes, checksum: bfd6a7dc18c9f75ffae64cce4523adf4 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-25T12:39:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissSBML.pdf: 11036305 bytes, checksum: bfd6a7dc18c9f75ffae64cce4523adf4 (MD5) Previous issue date: 2017-08-28 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Aluminum alloys are widely used in transportation industry to reduce structural weight and fuel consumption. The development of advanced alloys and more effective technologies for joining materials contribute to achieve such objectives. AlMgSc alloys emerge as an interesting option to structural applications due to low density and high mechanical performance, as well as an attractive cost. Friction spot welding (FSpW) process is a novel solid state joining technology that has proven to be suitable for joining lightweight materials. This process is carried out in a few steps and in a short time with low thermal cycles and energy consumption as well as without extra materials addition. Thus, this process is an alternative to industrial techniques such as riveting and resistance spot welding. This work presents, for the first time, the application results of FSpW on AlMgSc sheets in overlapping configuration. The effect of the process parameters, such as rotational speed, plunge depth and plunge time, was investigated in order to obtain joints with higher lap shear strength. The Taguchi method and the analysis of variance were applied to study the influence of each parameter on mechanical properties of the joints. In addition, the welds were submitted to microstructural characterization and a material flow analysis provided an initial understanding about the formation of microstructural features. Therefore, the fatigue performance was analyzed for the condition of higher lap shear strength and the S-N curve was drawn. The results indicated a good static performance of the welds, although the fatigue performance was less satisfactory. Finally, failure mechanisms of static and dynamic tests seemed to be strongly related to geometric features, such as hook, bonding ligament and microstructural transition regions. / Ligas de alumínio são amplamente utilizadas em indústrias de transporte visando a redução do peso estrutural e consumo de combustíveis. O desenvolvimento de ligas avançadas e tecnologias mais efetivas de união contribuem para o alcance de tais objetivos. Ligas do sistema AlMgSc surgem como opção interessante para utilização estrutural devido à baixa densidade e alto desempenho mecânico, aliados a um custo atrativo. O processo de soldagem a ponto por fricção (FSpW) é uma tecnologia recente de união de materiais no estado sólido, que tem se mostrado adequado para a união de ligas leves. Tal processo é realizado em poucas etapas e curto tempo, com baixos ciclos térmicos e consumo energético e sem adição de materiais extras, se mostrando, portanto, uma alternativa a técnicas utilizadas industrialmente, como rebitagem e solda a ponto por resistência. Esse trabalho apresenta, pela primeira vez, resultados de aplicação do FSpW em chapas AlMgSc sobrepostas. O efeito dos parâmetros do processo, como velocidade de rotação, profundidade e tempo de penetração da ferramenta, foi investigado visando a obtenção de soldas com maior resistência em ensaios de cisalhamento, dita condição otimizada. Para tal, foi aplicado o método Taguchi e análise de variância para estudar a importância de cada parâmetro na resistência mecânica das juntas. Além disso, as soldas foram caracterizadas microestruturalmente e uma análise do fluxo de material proporcionou um entendimento inicial acerca da formação de algumas características microestruturais. Ademais, o desempenho em fadiga foi analisado para a condição otimizada de soldagem e a curva S-N foi levantada. Os resultados obtidos apontam um bom desempenho estático das soldas, embora o desempenho em fadiga tenha sido menos satisfatório. Finalmente, os mecanismos de falha, de ensaios estáticos e dinâmicos, foram observados e se mostraram fortemente relacionados a elementos geométricos, como cunha, e linha de união, além de regiões de transições microestruturais. / CNPq: 134654/2016-1