A soldagem a ponto por resistência é o processo de união de partes mais comum utilizado na indústria automobilística. Vários métodos de representação de pontos de solda estão disponíveis, e este trabalho se propõe comparar dois métodos de modelagem de pontos de solda através de um estudo de correlação, em termos da força máxima suportada pela junta soldada, entre os resultados de testes virtuais e de laboratório. Estes métodos de representação dos pontos de solda são os elementos de viga e os elementos sólidos. Os testes utilizados neste estudo de correlação carregam o corpo de provas sob ação de forças de cisalhamento e normal aplicadas diretamente no ponto de solda. E para completar este estudo de correlação, o entendimento dos modos e critérios de falha de juntas soldadas também é necessário. Os modelos de elementos finitos dos corpos de prova gerados para serem testados sob condições de cisalhamento e de força normal são detalhados pela apresentação dos tipos de materiais, elementos, formulações de contato e carregamento utilizados. Estes modelos foram analisados pelo LS-DYNA, que é um código de elementos finitos de propósito geral para análise de respostas dinâmicas provenientes de grandes deformações de estruturas. Da mesma forma, os testes físicos e os corpos de prova utilizados são detalhados, e os resultados provenientes dos testes são comparados aos obtidos nas simulações. Dos resultados obtidos, a melhor correlação se deu com a utilização do elemento sólido para representar o ponto de solda, com diferenças entre os resultados físicos e virtuais em torno de 4%. Uma representação simples do ponto de solda é indicada no caso de modelos completos e para aplicações na indústria, alguns fatores, tais como a modelagem da ZTA, podem ser suprimidos. Uma breve descrição do processo de soldagem a ponto, alguns tópicos da análise de elementos finitos não-linear e algumas características do LS-DYNA, além das conclusões e recomendações para trabalhos posteriores, completam este estudo. / Resistance spot welding is the most common jointing process of parts used in automotive industry. Several methods to represent spot welds are available, and the purpose of this work is to compare two different methods of spot weld modeling through a correlation study, taking into consideration the maximum force withstood by the welded joint, between virtual and lab test results. These spot weld representation methods are beam and solid elements. The tests used in this correlation study load the specimens under pure shear and pure normal forces. And in order to complete this correlation study, the understanding of the failure modes and criteria is also necessary. The specimens finite element models generated to be tested under purê shear and normal conditions are detailed by the presentation of materials, elements contact formulations and loading types used. These models were analyzed by the LS-DYNA, which is general purpose finite element code for analyzing the large deformation dynamic response of structures. As well, the physical tests and used specimens are detailed, and the results from the tests are compared to the results obtained in the simulations. Taking the obtained results, the best correlation was found using solid elements to represent the spot weld, due to differences between the physical and the virtual results about 4%. A simple representation of the spot weld is indicated in case of a complete model, and for the industry application, some factors such as the HAZ, may be suppressed. A brief description of the spot welding process, some topics of the non-liner finite element analysis and some features of the LS-DYNA, and also the conclusions and recommendations for future works, complete this study.

As recentes descobertas de petróleo e gás na camada do Pré-sal representam um enorme potencial exploratório no Brasil, entretanto, os desafios tecnológicos para a exploração desses recursos minerais são imensos e, consequentemente, têm motivado o desenvolvimento de estudos voltados a métodos e materiais eficientes para suas produções. Os tubos condutores de petróleo e gás são denominados de elevadores catenários ou do inglês \"risers\", e são elementos que necessariamente são soldados e possuem fundamental importância nessa cadeia produtiva, pois transportam petróleo e gás natural do fundo do mar à plataforma, estando sujeitos a carregamentos dinâmicos (fadiga) durante sua operação. Adicionalmente, um dos problemas centrais à produção de óleo e gás das reservas do Pré-Sal está diretamente associado a meios altamente corrosivos, tais como H2S e CO2. Uma forma mais barata de proteção dos tubos é a aplicação de uma camada de um material metálico resistente à corrosão na parte interna desses tubos (clad). Assim, a união entre esses tubos para formação dos \"risers\" deve ser realizada pelo emprego de soldas circunferenciais de ligas igualmente resistentes à corrosão. Nesse contexto, como os elementos soldados são considerados possuir defeitos do tipo trinca, para a garantia de sua integridade estrutural quando submetidos a carregamentos cíclicos, é necessário o conhecimento das taxas de propagação de trinca por fadiga da solda circunferencial. Assim, neste trabalho, foram realizados ensaios de propagação de trinca por fadiga na região da solda circunferencial de Inconel® 625 realizada em tubo de aço API 5L X65 cladeado, utilizando corpos de prova do tipo SEN(B) (Single Edge Notch Bending) com relações entre espessura e largura (B/W) iguais a 0,5, 1 e 2. O propósito central deste trabalho foi de obter a curva da taxa de propagação de trinca por fadiga (da/dN) versus a variação do fator de intensidade de tensão (ΔK) para o metal de solda por meio de ensaios normatizados, utilizando diferentes técnicas de acompanhamento e medição da trinca. A monitoração de crescimento da trinca foi feita por três técnicas: variação da flexibilidade elástica (VFE), queda de potencial elétrico (QPE) e análise de imagem (Ai). Os resultados mostraram que as diferentes relações B/W utilizadas no estudo não alteraram significantemente as taxas de propagação de trinca por fadiga, respeitado que a propagação aconteceu em condições de escoamento em pequena escala na frente da trinca. Os resultados de propagação de trinca por fadiga permitiram a obtenção das regiões I e II da curva da/dN versus ΔK para o metal de solda. O valor de ΔKlim obtido para o mesmo foi em torno de 11,8 MPa.m1/2 e os valores encontrados das constantes experimentais C e m da equação de Paris-Erdogan foram respectivamente iguais a 1,55 x10-10 [(mm/ciclo)/(MPa.m1/2)m] e 4,15. A propagação de trinca no metal de solda deu-se por deformação plástica, com a formação de estrias de fadiga. / Recent oil and gas discoveries in the Pre-Salt layer represent a huge exploration potential in Brazil, however, the technological challenges for the exploitation of these mineral resources are immense and therefore have motivated the development of studies looking for efficient methods and materials for their productions. The oil and gas pipellines, called risers, are elements that are necessarily welded and have fundamental importance in the production chain, since they transport oil and natural gas from the sea bed to the platforms and are subject to dynamic loads (fatigue) during operation. Additionally, one of the central problems in the production of oil and gas in the Pre-Salt reserves is directly associated with a highly corrosive media, such as H2S and CO2. A cheaper way to protect the pipelines from these medias is applying a protective layer of a corrosion resistant metal on the inner diameter of these pipes, creating a cladded pipe. Thus, a joining process of these pipes to form the risers must be carried out by the use of girth welds with a corrosion resistance material similar to the clad metal. As the welded structures are seen as potential location of \"crack like\" defects, to ensure the structural integrity of such component when subjected to repetitive loading conditions, it is necessary to know the fatigue crack growth rates for the girth weld. Therefore, in this work it was carried out fatigue crack propagation tests in the weld region of an API 5L X65 cladded pipe with Inconel® 625, girth welded using Inconel® 625 electrodes. From the welded region, Single Edge Notch Bending specimens, SEN(B), were removed with different thickness and width ratios (B/W= 0.5, 1, and 2). From the fatigue tests, the crack propagation rates (da/dN) as function of the variation of the stress intensity factor (ΔK), were determined for the weld metal, using different crack size measurement techniques: the elastic compliance (EC), electric potential drop (EPD) and image analysis (IA). The results showed that the different B/W ratios used in study did not modified significantly the fatigue crack growth rates, considering that crack propagation took place under small scale yielding conditions. The results of fatigue crack growth tests allowed to obtain the regions I and II of da/dN x ΔK curves for the weld metal. The ΔKth value obtained for the weld metal was around 11,8 MPa.m1/2 and the found values of the experimental constants C and m of Paris-Erdogan\'s equation were respectively equal to 1,55 x10-10 [(mm/cycle)/( MPa.m1/2)m] and 4.15. The micromechanism of fatigue crack growth took place by plastic deformation, with the formation of fatigue striations.

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.

Orientadores: Amauri Garcia, Wislei Riuper Ramos Osorio / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-12T22:54:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Garcia_LeonardoRicheli_M.pdf: 15499869 bytes, checksum: 1afa8bd79812971da1e6fac7f4fed383 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Sabe-se que existem tendências de leis e diretrizes que restringem o uso e aplicação de certas substâncias perigosas utilizadas em processos de fabricação de componentes em geral. Como exemplo, podem-se citar produtos contendo cádmio, mercúrio, cromo hexavalente, bifenilos polibromatos, éteres difenil-polibromato e chumbo. Devido a essas restrições, fabricantes de produtos eletrônicos têm que adequar seus produtos às novas diretrizes e desenvolver novas ligas de solda sem chumbo. Estudos preliminares indicam que ligas Sn-Zn, particularmente a eutética, consistem em alternativas promissoras para a substituição das ligas de solda contendo chumbo. Entretanto, é necessário avaliar influências das taxas de resfriamento do processo sobre a microestrutura formada e as propriedades mecânicas dessas ligas. O presente trabalho tem exatamente esse objetivo, e para cuja consecução foram planejadas as seguintes atividades: i) solidificação unidirecional de ligas Sn-Zn (Sn-4%Zn, Sn-9%Zn e Sn-12%Zn) e da liga eutética Sn-Pb (para comparação), ii) mergulho de lâminas de cobre em banho das ligas Sn-Zn e Sn- Pb por intermédio de imersão à quente e iii) por deposição em substrato de cobre. Para a fase inicial utilizou-se de um dispositivo de solidificação unidirecional vertical ascendente, para obtenção dos lingotes e registro dos respectivos perfis térmicos experimentais. Foram determinadas as variáveis térmicas de solidificação: coeficiente de transferência de calor metal/molde, velocidades de deslocamento da isoterma liquidus e taxa de resfriamento para as ligas do sistema Sn-Zn e para a liga Sn-Pb (Sn-40%Pb). Estas variáveis foram confrontadas com as previsões teóricas de um modelo numérico de solidificação e, em seguida, correlacionadas com os espaçamentos dendríticos secundários (?2) e equações experimentais de crescimento dendrítico foram determinadas. Foram realizados ensaios de mergulho utilizando-se lâminas (substrato) de cobre, a diferentes temperaturas de mergulho, em que foi possível avaliar a espessura da camada depositada sobre o substrato, a porcentagem da área recoberta pelas ligas e verificar as respectivas microestruturas. Foram também realizados ensaios de molhabilidade para avaliação do ângulo de contato entre cada liga e os respectivos substratos / Abstract: A number of laws and guidelines have been restricted the application of hazardous substances in manufacturing processes of components. This is the case of products containing cadmium, mercury, hexavalent chromium, polibromates biphenyls, polibromate-diphenyl ethers and lead. In order to adequate products to such restriction requirements, electronic components manufacturers have to meet such requirements by developing new lead-free solder alloys. Preliminary studies have indicated that Sn-Zn alloys, in particular the eutectic composition, are promising alternatives to the replacement of solder alloys containing lead. However, studies focusing on the influence of the cooling rate on the resulting microstructures and on the mechanical properties of these alloys need to be carried out. This work has precisely such objective, and the following activities have been planned to attain such purpose: i) unidirectional solidification of Sn-Zn alloys (Sn-4wt%Zn, Sn-9wt%Zn, Sn-12wt%Zn) and of the Sn-Pb eutectic (for comparison purposes), ii) copper blades dipped in molten Sn-Zn and Sn-Pb alloys (hot dipping) and iii) deposition on copper substrate. For the initial experimental step an upward vertical solidification system has been used to obtain the alloys ingots and their correspondent thermal profiles. Solidification thermal variables such as: metal/mold heat transfer coefficient, tip growth rates and cooling rates have been determined for Sn-Zn and the Sn-40wt%Pb alloys. Such experimental variables have been compared with predictions from a solidification numerical model and correlated to secondary dendrite arm spacings (?2) and experimental equations of dendritic growth have been proposed. The thickness of the coating layers, the spreading areas and the resulting microstructures of the alloys on the copper substrates (blades) were evaluated after the hot dipping procedures at different temperatures. Wetting tests have also been carried out in order to evaluate the contact angle between drop and substrate for each alloy / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

AgÃncia Nacional do PetrÃleo / Este trabalho teve como objetivo determinar os parÃmetros de soldagem que proporcionem condiÃÃes adequadas para revestimentos com ligas de nÃquel atravÃs do processo MIG/MAG com transferÃncia metÃlica por curto-circuito indicadas para aplicaÃÃes no setor de petrÃleo e gÃs natural. A primeira etapa consistiu na realizaÃÃo de ensaios exploratÃrios para determinar os fatores de controle e seus nÃveis a serem utilizados na etapa posterior denominada de âensaios definitivosâ. Nos ensaios definitivos, para determinar o nÃmero de ensaios a serem realizados, optou-se pelo uso do mÃtodo Taguchi (planejamento robusto de experimentos), de forma a cumprir, com um reduzido nÃmero de ensaios, dois objetivos: o primeiro foi obter a influÃncia dos fatores de controle (parÃmetros de soldagem) sobre as variÃveis respostas (caracterÃsticas geomÃtricas dos cordÃes de solda); e segundo foi determinar as condiÃÃes ideais para aplicaÃÃo das ligas de nÃquel nas soldagens de revestimentos. Foram escolhidos seis fatores de controle com trÃs nÃveis cada: tensÃo de referÃncia (Ur = 20, 22, 24 V), velocidade soldagem (Vs = 0,2, 0,3 e 0,4 m/min), tipo de tecimento (sem tecimento, duplo oito e tecimento triangular), tÃcnica da tocha (normal, empurrando e puxando), gÃs de proteÃÃo (100%Ar, 70%Ar+30%He e 99,97%Ar+0,03%NO) e o material de adiÃÃo (AWS ERNiCrMo-3, AWS ERNiCrMo-14 e AWS ERNiCrMo-4). Tais fatores foram divididos pelo mÃtodo Taguchi em duas matrizes L9, resultando num total de 18 ensaios. JÃ as variÃveis respostas escolhidas foram: a diluiÃÃo (D), a razÃo entre o reforÃo e a largura (R/L) e produto da diluiÃÃo pela razÃo R/L (DxR/L). As soldagens foram realizadas na posiÃÃo plana por simples deposiÃÃo sobre chapas de aÃo ASTM 516 Gr60 com dimensÃes de 200 x 50 x 12,7 mm. Foram mantidas constantes a vazÃo do gÃs de proteÃÃo em 20 L/min, a velocidade de alimentaÃÃo em 6,0 m/min e a DBCP em 20 mm. Assim com base nos ensaios definitivos e nos custos de soldagem, foi realizada a soldagem de um revestimento. Os resultados mostraram que os menores nÃveis da tensÃo de referÃncia e da velocidade de soldagem proporcionaram as menores diluiÃÃes. O uso do tecimento proporcionou cordÃes com baixos valores da razÃo R/L. O material de adiÃÃo e o gÃs de proteÃÃo foram capazes de alterar significativamente a geometria do cordÃo de solda. A tÃcnica da tocha na posiÃÃo empurrando obteve os menores valores para a diluiÃÃo e para a razÃo R/L. E por fim os parÃmetros de soldagem selecionados pelo mÃtodo Taguchi e as caracterÃsticas econÃmicas demonstram ser capazes de obter um revestimento com um bom acabamento superficial e isento de defeitos / This work aims to determine the welding process parameters that provide appropriate conditions for weld overlay with nickel alloy through the GMAW process in a short circuiting transfer mode indicated for applications in petroleum and natural gas Industry. Exploratory tests were conducted initially to determine the control factors and their levels to be used in the subsequent stage called the definitive tests. In the definitive tests to determine the number of tests to be accomplished, was chosen by the Taguchi method (Robust design of experiments) and thus with a limited number of tests achieve two objectives: the first was to obtain the influence of the control factors (welding parameters) on quality characteristics (weld bead geometry) and the second was to determine optimal conditions for weld overlay with nickel alloy. Six control factors were employed with three levels each: reference voltage (Ur = 20, 22, 24 V), welding speed (Vs = 0,2, 0,3 and 0,4 m/min), arc oscillation (linear, double 8 and triangular weaving) , welding gun orientation (perpendicular, forehand and backhand), shielding gas (100%Ar, 70%Ar+30%He and 99,97% Ar+0,03% NO) and filler metal (AWS ERNiCrMo-3, AWS ERNiCrMo-14 and AWS ERNiCrMo-4). These factors were divided into two L9 orthogonal array resulting in a total of 18 experiments. The employed quality characteristics were: Percent of dilution (D), the ration between reinforcement and bead width (R/L) and product of the dilution for the ratio R/L (DxR/L). The weldings were accomplished using a bead on plate (BOP) technique, flat position, in steel ASTM 516 Gr60 with dimensions of 200 x 50 x 12,7 mm. The other parameters which were kept constant were gas flow rate at 20 L/min, wire feed rate at 6,0 m/min and stick out was at 20 mm. Based in the definitive tests and in the weld costs weld overlay was accomplished. The results showed that the smallest levels of the reference voltage and of the welding speed provided the smallest dilutions. The use of arc oscillation promote weld bead with low values of the ratio R/L. The filler metal and the shielding gas were capable to alter the weld bead geometry significantly. The welding gun orientation forehand obtained the smallest values for the dilution and for the ratio R/L. Finally the welding parameters selected by the Taguchi method and the weld costs demonstrated to be capable for obtaining an overlay with a good superficial aspect and without welding defects.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Este trabalho teve como objetivo o estudo exploratÃrio do processo MIG/MAG-DA-PI utilizando corrente alternada. Os ensaios foram executados em simples deposiÃÃo na posiÃÃo plana em chapas de aÃo baixo carbono com espessura de 3 mm utilizando arame eletrodo de 1,2 mm de diÃmetro. Foram realizados estudos sobre o nÃvel de corrente, tipo de onda aplicado em corrente alternada (CA-CP e CA-CC), a porcentagem de corrente alternada com o eletrodo na polaridade negativa (% CAEN), o sentido de deslocamento do eletrodo em relaÃÃo ao tipo de onda. Foi realizado tambÃm um estudo comparativo entre as soldagens realizadas em corrente alternada com corrente pulsada e sobre a disposiÃÃo dos eletrodos em relaÃÃo à direÃÃo de soldagem (âtandemâ e lado a lado). Foram avaliados os efeitos destes estudos nas caracterÃsticas geomÃtricas (penetraÃÃo, reforÃo e largura), na diluiÃÃo, na taxa de fusÃo do arame eletrodo, no aspecto superficial do cordÃo de solda e na microestrutura resultante na regiÃo de grÃos grossos da zona afetada pelo calor. Foi constatado que o aumento no nÃvel de corrente promove o aumento nas caracterÃsticas geomÃtricas, da diluiÃÃo e da taxa de fusÃo. A aplicaÃÃo de corrente alternada na soldagem MIG/MAG-DA-PI promoveu o aumento da taxa de fusÃo do arame, do reforÃo com a diminuiÃÃo da diluiÃÃo e da largura do cordÃo de solda. O aumento da % CAEN resultou no aumento do reforÃo, da taxa de fusÃo do arame, reduÃÃo da largura, da diluiÃÃo da solda e no refino da microestrutura. A aplicaÃÃo de corrente alternada no eletrodo anterior promoveu a reduÃÃo da diluiÃÃo com o aumento do reforÃo. Em comparaÃÃo com o uso da corrente pulsada, aplicaÃÃo de corrente alternada no processo MIG/MAG-DA-PI, para um mesmo nÃvel de corrente eficaz, resultou no aumento do reforÃo, da taxa de fusÃo do arame com a diminuiÃÃo da largura e da diluiÃÃo da solda. / The use of alternating current (or variable polarity) on the tandem GMAW process was investigated experimentally. Bead-on-plate test, in flat position, were carried out using a 1.2 mm diameter on mild steel sheet (3mm-thick). The level of welding current, waveform type applied in alternating current tandem GMAW: alternating-continuous current (AC-CC) and alternating-pulsed current (AC-PC), the percentage of alternating current in the negative polarity (% DCEN), the displacement direction of electrode applied related to waveform type. It was also carried out a comparative study between variable polarity and pulsed current in tandem GMAW and, a comparative study about the arrangement of electrodes in respect to the welding direction (tandem and side-by-side). The effects on welding geometric characteristics (penetration, reinforcement and width), weld dilution, electrode fusion rate and microstructure on coarsened grain heat affected zone (CG-HAZ) were evaluated. The experiments revealed that as current level increase, the geometrics characteristics, dilution and electrode fusion rate increased accordingly. The application of variable polarity in tandem GMAW process resulted in an increase on electrode fusion rate, reinforcement and, reduction of dilution and width of weld bead. Increasing % DCEN resulted in increase reinforcement and electrode fusion rate, reduction of dilution and width and, a refinement of microstructure. By applying variable polarity waveform on the trailing electrode, dilution is reduced and reinforcement is increased. Comparing welds made with pulsed current, the use of variable polarity in tandem GMAW process resulted in increase of reinforcement, electrode fusion rate and, reduction of width and dilution.

Esta tese tem por objetivo a aplicação do processamento por atrito linear na liga de titânio Ti-6Al-4V. Derivado da solda por atrito linear, é um processo recente desenvolvido na década de 90 para união de alumínio. Sua aplicação em outros tipos de materiais como aços e ligas de alto desempenho, em especial o titânio, tem interessado a industria. A metodologia utilizada nesta tese para avaliar o processamento por atrito linear, consistiu na execução de ensaios mecânicos de tração em condições mistas em chapas da liga de titânio Ti-6Al-4V. A máquina utilizada para o processamento das chapas foi um centro de usinagem CNC convencional, adaptado com dispositivos especiais. Além dos ensaios de tração em condições mistas, foram executadas medições de microdurezas nas regiões atingidas pelo processo, avaliação das microestruturas resultantes e medições de tensão residual para uma caracterização mais ampla do processo. As microestruturas na região processada são caracterizadas por uma estrutura totalmente transformada. As temperaturas de pico na região processada excederam a temperatura -transus durante o processamento e a transformação da fase + ocorreu durante a fase de resfriamento. A transformação da fase para resultou na formação de agulhas de fase nos contornos e pelo interior dos grãos da fase . Pequenas regiões com estrutura equiaxial de grãos ( globular) foram observados na zona de processamento. A abordagem dos resultados quantitativos foi feita de forma estatística, visando identificar os parâmetros de maior interação com os resultados observados. Foi identificado nesta tese que a rotação da ferramenta apresentou a maior influência nos resultados de tensão residual, microdureza e tensão de escoamento. Uma importante contribuição à modelagem da tensão de escoamento para materiais anisotrópicos é proposta, baseado em um critério de escoamento ortotrópico. Equações complementares baseadas nos testes mistos de tração e cisalhamento são propostas para modificar o modelo ortotrópico. O intuito deste modelo é indicar em que condições o material tem seu regime de escoamento atingido, podendo servir de base para simulações práticas de peças em condições similares. / This thesis aims at the application of friction stir processing (FSP) in Ti-6Al-4V titanium alloy. Derived from friction stir welding (FSW), it is a recent process developed in the 90s for aluminum joining. Its application to other types of materials such as steel and high performance alloys, in particular titanium, has interested industry. The methodology applied in this thesis to evaluate FSP, consisted in the execution of tensile test at mixed conditions to Ti-6Al-4V sheets 4. The machine used for processing the sheet was a conventional CNC milling machine, assembled with special fixture devices. In addition to tensile tests, measurements have been performed to the regions affected by the process such as evaluation of microhardness, microstructure and residual stress condition. The microstructures at the processed region are characterized by a transformed structure. The peak temperatures, in the processed region, exceeded the -transus temperature during the processing and transformation of the phase + occurred during the cooling phase. This transformation resulted in the formation of boundary and intergranular phase (Widmanstätten) at the grains. Small regions of equiaxed grain structure (globular ) were observed in the processed zone. The approach to the quantitative results was made in statistical form aiming to identify the parameters interaction with the observed results. It was identified in this thesis that the tool spinning rotation showed the highest influence on the results of residual stress, hardness and yield strength. An important contribution to the modeling of anisotropic materials yield stress is proposed based on an orthotropic yield criterion. Additional equations based on the mixed tests for tensile and shear are proposed to modify the orthotropic model. The purpose of this model is to indicate the conditions under which the material has reached its yield regime, and may be a basis for practical simulations in similar conditions.

Este trabalho teve como principal objetivo a determinação dos parâmetros de soldagem a ponto pelo processo de fricção-mistura (FSSW) em uma liga de alumínio AA2024-T3, pela comparação de resultados obtidos em ensaios de cisalhamento e arrancamento em tração e ensaios de fadiga em juntas sobrepostas. Juntas rebitadas da mesma liga também foram ensaiadas, nas mesmas condições, para comparação de propriedades mecânicas. Os principais parâmetros do processo FSSW são: velocidades de avanço e de rotação da ferramenta, profundidade de penetração e tempo de patamar. Foram explorados principalmente os parâmetros: profundidade de penetração e rotação da ferramenta. Os resultados dos ensaios de cisalhamento em tração possibilitaram a determinação da resistência ao cisalhamento das juntas soldadas a ponto, que apresentaram valores inferiores, mas próximos aos obtidos nas juntas rebitadas. Análises microestruturais e de microdureza foram realizadas para elucidar alguns resultados dos ensaios executados. Os ensaios de fadiga foram executados sob controle de carga, com razão de carga R=0,1, em corpos de prova confeccionados com os parâmetros que geraram os melhores resultados em ensaios de cisalhamento em tração. Para as juntas soldadas, uma técnica de monitoramento de defeitos (MCV monitoramento comparativo de vácuo), baseada na diferença de pressão de vácuo, foi utilizada apresentando bons resultados. Apesar de resultados similares em ensaios de cisalhamento em tração, as juntas soldadas apresentaram vida bastante inferior nos ensaios de vida à fadiga, quando comparadas com as juntas rebitadas. / The main aim of this work was the determination of the parameters governing the Friction Stir Spot Welding (FSSW) of a AA2024-T3 aluminum alloy, by the obtained results comparison in pull-out and shear tensile tests and fatigue tests in lap-joints. Riveted joints of the same alloy were also tested in the same conditions for mechanical properties comparison. The main FSSW process parameters were: plunge rate, dwell time, tool penetration and tool rotational speed. The tool penetration and the tool rotational speed parameters were focused. The shear tensile tests results allowed the lap-joint shear resistance determination, that was lower, but close, of those obtained with riveted lap-joints. Microstructure and micro-hardness analysis was carried out to elucidate some tests perfomed results. The fatigue tests was performed in load control, with load ratio R of 0,1, in a lap joint produced with the same parameters of the specimen which presented the best tensile results. For the welded joints, a monitoring defect technique (CVM comparative vacuum monitoring), difference vacuum pressure based, was used showing good results. Although similar results in shear tensile tests, the welded joints showed so lower life in the fatigue tests, when compared with riveted joints.

Orientador: João Batista Fogagnolo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T06:53:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alcatrao_MaurodosSantos_M.pdf: 3580618 bytes, checksum: b8c15735174b64bdbb58cb26181043c5 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A grande expansão da malha de duto terrestre que vem ocorrendo nos últimos anos no Brasil, principalmente com a construção de linhas únicas para o escoamento de gás natural, representa um novo desafio às equipes de manutenção. A interrupção do fornecimento de gás, devido à parada para manutenção pode representar o colapso de muitas cidades. Situações programadas de paradas operacionais são muito comuns porem envolve recursos humanos e financeiros vultosos, nem sempre disponíveis. Os riscos envolvidos no preparo e condicionamento para a retirada de operação de um gasoduto ou oleoduto, alem dos mesmos cuidados ao retorno normal às atividades requer planejamento minucioso. Nas aplicações envolvendo processos de soldagem sobre o duto em operação, isto é , com fluxo interno na forma gás ou liquido, é necessário garantir a ausência de vazamento de produto, ou seja, onde se tenha o produto totalmente confinado no interior da linha, viabilizando a execução de soldagem e, portanto, não ocorrendo à possibilidade de ignição do produto nela contido. Em uma soldagem executada diretamente sobre uma tubulação com fluxo interno é necessário considerar-se dois tipos de riscos de origem antagônica: Perfuração e trincas a frio. O objetivo deste trabalho é discutir a aplicação do processo de soldagem MAG mecanizado com transferência metálica por curto-circuito com controle de corrente, alternativo ao comumente utilizado, eletrodo revestido, com intuito de obtenção de maior segurança nas aplicações para baixas espessuras na parede do duto, além de almejar maior produtividade e qualidade das soldagens / Abstract: The great expansion of the onshore pipeline grid that has been occurring in recent years in Brazil, especially with the construction of single lines for the flow of natural gas, represents a new challenge to the maintenance teams. The interruption of gas supply due to maintenance downtime can represent the collapse of many cities. Scheduled stops operating situations are very common however involve financial and human resources heavily, not always available. The risks involved in the preparation and conditioning for the withdrawal of operation of a pipeline or pipeline, besides the same care to return to normal activities require careful planning. In applications involving welding process on the pipe in operation, ie, internal flow with the gas or liquid form, it is necessary to ensure no leakage of product, ie, where the product has completely confined within the line, allowing performing welding and therefore not occurring the possibility of ignition of the product contained therein. In welding performed directly on a pipe with internal flow is necessary to consider two types of risks antagonistic source: Drilling and cracking cold. The objective of this study and discuss the application of mechanized MAG welding process with metal transfer short-circuit with current control, alternative to the commonly used electrode coated with the aim of achieving greater safety in applications for low thicknesses in the duct wall , and aim for higher productivity and quality of the welds / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Jose Ramirez Londono / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-21T15:16:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_TiagoFelipedeAbreu_D.pdf: 110699747 bytes, checksum: 6759b8c1d313c0a5ec2220e3fd107447 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Juntas consolidadas a topo com penetração completa, livres de defeitos, foram obtidas usando a técnica de soldagem por atrito com pino não consumível em chapas de 6 mm de espessura para os aços inoxidáveis duplex UNS S32101 e S32205 e os superduplex UNS S32750 e S32760. Testes de dobramento de raiz indicaram a penetração completa e a ausência de trincas bem como inspeção por líquido penetrante. A penetração completa foi atingida quando o aporte energético aumentou de 0,89 kJ/mm para 1,43 kJ/mm. Os testes de tração na junta soldada evidenciaram a falha no MB e o aumento da resistência mecânica da junta associada à uma boa ductilidade, exceto para o UNS S32760. Mapas de dureza mostraram o aumento da dureza em toda junta soldada em relação ao metal de base. Avaliação microestrutural mostrou um pronunciado refinamento do tamanho de grão médio de ambas as fases (ferrita e austenita) na junta soldada para os materiais estudados. A avaliação por microscopia de transmissão indicou a evolução de arranjos celulares formando contornos de grão na ferrita corroborando o mecanismo de recuperação e rescristalização dinâmica contínua. Análise por meio da técnica de EBSD mostrou elevada fração de contornos de grão do tipo 'sigma' na 'gama' indicando a recristalização dinâmica descontínua desta fase. Os AID S32205, S32750, S32760 mostraram sutis alterações na resistência à corrosão para meios com diferentes concentrações de cloretos (3,5% NaCl e 1 M NaCl). Porém, para concentrações mais altas o AISD S32760 exibiu importante decréscimo de resistência a corrosão. Este comportamento foi associado à maior fração de ferrita e a precipitação do nitreto de cromo na junta soldada. O AID S32101 mostrou diminuição da resistência à corrosão na condição como soldado / Abstract: Fully consolidated and full penetration butt joints were produced using friction stir welding (FSW) on 6 mm thick plates of UNS S32101 lean duplex stainless steel (LDSS), S32205 duplex stainless steel (DSS) and S32750 and S32760 superduplex stainless steels (SDSS) with heat input of 1.43 kJ/mm. Liquid penetrant inspection showed the full penetration obtained in the welded joints which was corroborated with the bending tests. Transverse tensile tests of the welded joints failed at the base metal revealing an overmatching weld metal. Moreover, longitudinal tensile tests of the welded joints presented an increase of the yield and tensile strength for all joints together with the elongation, but for UNS S32760, which showed a ductility reduction. Microhardness revealed a hardness increase for all the joints, while the SDSSs presented a more homogeneous hardeness areas of joint. Microstructural evaluation indicated a pronounced grain refinement in the welded joints for all the studied materials achieving down to 1 ?m grain size. Transmission electron microscopy and EBSD indicated dislocation cells evolving towards grain boundaries that corroborates the occurrence of dynamic recovery followed by continuous dynamic recrystallization for ferrite. Austenite exhibited high fraction of high angle grain bondaries associated with 'sigma' boundaries indicating the discontinuous dynamic recrystallization. DSS UNS S32205, SDSS UNS S32750, and S32760 showed good corrosion behavior for 3.5% NaCl and 1 M NaCl environments. However, with the increase of chlorides concentrations, the SDSS UNS S32760 exhibited strong decrease of corrosion performance. This behavior was associated with a combination of high ferrite fraction and chromium nitride precipitation. DSS S32101 exhibited a decrease of corrosion performance when welded / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica