Owing their wide range of exceptional properties, for example thermal conductivity values of more than 3000W/(mK) and strength in the range of 100 GPa, Carbon Nanotubes (CNTs) have recently gained much attention as reinforcement for composite materials. Considering the practical application in metal matrix composites (MMCs), tranferring those favourable properties from nano to macro scale represents a main challenge. Methods of the powder metallurgy route show promising results so far, but also lead to long process times and damage of the tublar structure of the CNTs due to prolonged ball milling times. At this point, the application of Friction Stir Processing (FSP) for fabricating CNT-reinforced MMCs offers the possibility to reduce process times and realize the required reinforcement at the relevant location of the component. The process uses a specially designed tool with a pin to plasticize the base material by frictional heating and thus incorporate the reinforcing material by stirring it into the workpiece. Investigations, that have been carried out on this subject, generally consider the unifom dispersion of the CNTs within the matrix as the key challenge of this process. So far, the solution herefore is the application of multipass-FSP in order to distribute the CNTs uniformly by processing the weld up to five times with alternating welding direction. This method usually leads to damage or even destruction of the tubular structure of the CNTs. Regarding all investigations on this subject, it can be noticed, that only conventional tool profiles like cylindrical or threaded were used for the experiments, though other profiles like square or more complex ones are considered to exhibit an increased mixing effect. Therefore the objective of the thesis is to analyse the performance of four different tool geometries under varying parameters and their influence on the CNT dispersion and general MMC composite properties. Channels were cut into an Al 5086 plate, filled with CNT-powder and processed by the different tools. The results were evaluated by metallographic analysis, hardness and electrical resistance measurement and SEM analysis. Among the different geometries, the triangular profile produced defect-free welds over the whole parameter set and distributed the CNTs uniformly along a wide area close to the weld surface. / Tesis

Owing their wide range of exceptional properties, for example thermal conductivity values of more than 3000W/(mK) and strength in the range of 100 GPa, Carbon Nanotubes (CNTs) have recently gained much attention as reinforcement for composite materials. Considering the practical application in metal matrix composites (MMCs), tranferring those favourable properties from nano to macro scale represents a main challenge. Methods of the powder metallurgy route show promising results so far, but also lead to long process times and damage of the tublar structure of the CNTs due to prolonged ball milling times. At this point, the application of Friction Stir Processing (FSP) for fabricating CNT-reinforced MMCs offers the possibility to reduce process times and realize the required reinforcement at the relevant location of the component. The process uses a specially designed tool with a pin to plasticize the base material by frictional heating and thus incorporate the reinforcing material by stirring it into the workpiece. Investigations, that have been carried out on this subject, generally consider the unifom dispersion of the CNTs within the matrix as the key challenge of this process. So far, the solution herefore is the application of multipass-FSP in order to distribute the CNTs uniformly by processing the weld up to five times with alternating welding direction. This method usually leads to damage or even destruction of the tubular structure of the CNTs. Regarding all investigations on this subject, it can be noticed, that only conventional tool profiles like cylindrical or threaded were used for the experiments, though other profiles like square or more complex ones are considered to exhibit an increased mixing effect. Therefore the objective of the thesis is to analyse the performance of four different tool geometries under varying parameters and their influence on the CNT dispersion and general MMC composite properties. Channels were cut into an Al 5086 plate, filled with CNT-powder and processed by the different tools. The results were evaluated by metallographic analysis, hardness and electrical resistance measurement and SEM analysis. Among the different geometries, the triangular profile produced defect-free welds over the whole parameter set and distributed the CNTs uniformly along a wide area close to the weld surface. / Tesis

La presente tesis tuvo como objetivo desarrollar e implementar un algoritmo que permita realizar el diseño de carcasas soldadas de cajas reductoras de engranajes cilíndricos. Se realizó una revisión del estado del arte de carcasas soldadas de cajas reductoras, lo cual permitió tipificar los modelos de este tipo de carcasas a considerar en este estudio. Se constató que el diseño de la carcasa se realiza en función de la geometría de los componentes que aloja y de las cargas que soporta, sin embargo, no se encontró un método confiable para el cálculo del espesor de pared de la carcasa. Para determinar este espesor se desarrolló un procedimiento basado en expresiones analíticas y en resultados de simulación numérica. El procedimiento permite calcular el espesor de la plancha lateral y determinar el tipo de nervio rigidizador a emplearse, considerando un factor de seguridad igual a 2. Se pudo apreciar que la zona crítica de la carcasa corresponde al nervio rigidizador que se encuentra ubicado en el alojamiento del árbol de salida. Este procedimiento fue incorporado dentro de un algoritmo que se implementó para dimensionar carcasas soldadas de cajas reductoras de dos y tres etapas. Los datos de entrada del algoritmo son las dimensiones principales de los componentes internos y las cargas sobre los apoyos de los rodamientos, ofreciendo como resultados de salida todas las dimensiones de la carcasa y su modelo 3D. El algoritmo se implementó en el software Autodesk Inventor, el cual cuenta con la plataforma de programación Visual Basic for Applications (VBA), lo que permitió realizar algunas pruebas mediante ejemplos de aplicación. Las pruebas realizadas permiten concluir que el algoritmo propuesto es viable para el diseño de carcasas soldadas de cajas reductoras de dos y tres etapas. / Tesis

Con la finalidad de verificar la soldabilidad de las barras corrugadas de acero para concreto reforzado BELGO 60, de fabricación brasilera, de acuerdo con los requerimientos de las normas ASTM A 615 y ASTM A 706, se plantea el presente trabajo. Estas barras son de acero de media aleación para concreto reforzado orientadas a aplicaciones donde las propiedades mecánicas y la composición química están limitadas por los requerimientos de la norma. Este estudio tuvo como objetivo establecer procedimientos de soldadura para barras corrugadas de acero para concreto reforzado BELGO 60, para lo cual se siguió las recomendaciones del código ANSI/AWS D1.4 - 2005. El tipo de junta estudiado es la Junta Directa a Tope – Soldadura de Canal en V Simple, posición de soldadura 1G, los diámetros de las barras objeto de este estudio son: a) 3/8”, b) 5/8”, c) 3/4” y d) 1”. Los ensayos realizados a las uniones soldadas fueron: - Según requerimientos del código: inspección visual, tracción y macroataque. - Complementarios: barrido de durezas y micrografía. Luego del estudio se concluye que las barras corrugadas de acero para concreto reforzado BELGO 60, cumplen con los requerimientos de las normas ASTM A 615 y ASTM A 706, así mismo pueden ser unidas por soldadura siguiendo los procedimientos de soldadura propuestos, teniendo en cuenta las siguientes recomendaciones: a) Emplear una técnica de soldeo oscilante, que permita realizar la unión en el menor número de pasadas, para garantizar un adecuado aporte de calor. b) Inmediatamente después de terminar la soldadura de la unión cubrir la junta para reducir la velocidad de enfriamiento y prevenir la formación de estructuras duras como la martensita. / Tesis

Debido a la poca práctica en el soldeo y obtención de uniones disimilares (materiales de diferente composición química y propiedades mecánicas), los conocimientos sobre estos tipos de uniones son muy reducidos en comparación con las uniones similares. El problema principal de este tipo de uniones es que las características de cada unión son muy particulares según los metales bases que se quieran unir y el material de aporte que se use. En el presente trabajo se estudió la soldabilidad de una unión disimilar formada por una aleación de Cu-5Zn y acero estructural ASTM A36, ambos de 3,0 mm de espesor. El proceso de soldeo empleado fue SMAW. Luego de ensayos previos, se obtuvieron uniones soldadas con propiedades mecánicas satisfactorias empleando como aportes (electrodos) ECuSn-A (Cu-6Sn) y ECuSn-C (Cu-9Sn-3Ni). Las uniones soldadas obtenidas con ambos aportes, fueron ensayadas a tracción, rompiendo en el metal Cu-5Zn. Estas uniones presentan una resistencia máxima a tracción promedio que varía entre el 80% y 84% de la resistencia del metal base Cu-5Zn. Las uniones obtenidas con el aporte ECuSn-C alcanzan una resistencia a la tracción de 243 MPa; mientras que, las uniones obtenidas con el aporte ECuSn-A logran alcanzar 234 MPa. Los valores de elongación (ductilidad) obtenidos a través del ensayo de tracción muestran que con ambos aportes se alcanzan valores muy similares (22 %). De los ensayos de microdureza Vickers realizados, se aprecia que no existe mayor diferencia en los valores de dureza encontrados en ambas ZACs y metales de aporte. De acuerdo a los resultados encontrados en la presente tesis, se recomienda el empleo del aporte ECuSn-C (Cu-9Sn-3Ni) para las uniones soldadas mediante el proceso SMAW entre el acero estructural ASTM A36 y la aleación Cu-5Zn, ambos de 3,0 mm de espesor. Este aporte presenta un costo que es un 8% menor que el aporte ECuSn-A (Cu-5Sn); además, que las uniones presentan un mejor acabado superficial. / Tesis

El presente trabajo muestra el diseño y desarrollo del funcionamiento de un sistema mecatrónico para soldadura automatizada de piezas en acero inoxidable y hierro fundido para maquinaria de industria alimentaria y afines. El sistema mecatrónico constituye una celda de soldadura que consta de un brazo robot de 6 grados de libertad además de un posicionador con 3 grados de libertad, contando así con gran flexibilidad para soldar en distintas posiciones y mayor variedad de piezas, tales como placa-placa, cilindro-placa y cilindro-cilindro. Además la celda está compuesta por un sistema automatizado de control para soldadura MIG/MAG que usa la tecnología TransPuls Synergic, cuya fuente de corriente es digitalizada y controlada con microprocesadores. Esta tecnología permite obtener una alta precisión, la capacidad de reproducir la geometría de los cordones (tanto por material aportado como en forma) y buena calidad en la soldadura. Sumando los 3 componentes principales se garantiza su versatilidad en la utilización de la celda de trabajo para la fabricación de distintas piezas, optimizando así los procesos productivos de la industria en la que se use. / Tesis

A través de los años ha existido la necesidad del hombre de poder unir elementos o componentes entre sí, de todos los procesos existentes el más utilizado y efectivo en el mundo es el de soldadura; sin embargo, este proceso debe pasar por un control de calidad y así asegurar su funcionabilidad y duración en el tiempo. Existen diversos métodos para certificar que la soldadura realizada es correcta, para ello se hace uso de los ensayos no destructivos; ya que nos permiten inspeccionar la soldadura y asegurar que fue realizada de forma adecuada sin afectar a la misma ni física ni químicamente. Si bien existen ensayos volumétricos tradicionales como el ultrasonido convencional y la radiografía industrial, la búsqueda en la optimización de los tiempos de inspección ha generado un método de ultrasonido avanzado (ultrasonido de arreglo de fases – Phased Array); el cual se describirá en el siguiente trabajo. Es por ello que en el presente trabajo se busca poder validar a través de la información de los códigos al ultrasonido de arreglo de fases como el método más eficaz para la inspección volumétrica de uniones soldadas de junta a tope en forma de “V” con penetración completa para un rango de espesores entre 8 a 25 mm. Para ello se utilizarán 8 probetas calificadas, las cuales serán ensayadas mediante el método de ultrasonido Phased Array y radiografía industrial convencional para su comparación. En esta tesis se ha podido comprobar que la técnica de ultrasonido Phased Array es una alternativa viable para la inspección de juntas a tope con diseño en simple “V” para el rango de espesores ensayado. Asimismo se desarrolló un procedimiento final de inspección mediante ultrasonido Phased Array y su aplicación en uniones soldadas con juntas a tope en forma de simple “V”, para un rango de espesores entre 8 a 25 mm. Pudiéndose realizar nuevamente estos ensayos, así como también utilizarlo para su aplicación en la fabricación de piezas y componentes / Tesis

The flux cored arc welding process has some characteristic features and is therefore established in the industry to fabricate hardfacing. One advantage of the process is the possibility to vary the alloy content of the weld metal by manipulating the chemical composition of the filler material. Moreover, it is possible to produce self shielding electrodes, which show advantages for outdoor applications. One the other hand this process creates high dilution rates. One possibility to avoid this effect is to apply a magnetic field in order to deflect the welding arc. In this thesis, the influence of a transversal magnetic field on the weld seam formation during FCAW was investigated. An increase of the weld width and a simultaneous decrease of the penetration depth was achieved at a certain deflection. The influence of the magnetic oscillation was found to be stronger for short circuit mode than for pulsed mode. Furthermore, high frequencies in combination with a high magnetic flux density caused a reduced process stability and consequently a worsening of the weld bead appearance. Apart from that, the drop detachment was inhibited, when a strong magnetic field was applied during pulsed and spray mode. / Das Metallschutzgasschweißen mit Fülldrahtelektrode ist ein in der Industrie verbreitetes Verfahren zur Herstellung von Hartpanzerungen. Charakteristisch ist die gezielte Beeinflussung des Schweißprozesses und der chemischen Zusammensetzung des Schweißguts durch die Auswahl der Füllstoffe. Des Weiteren können dem Fülldraht Stoffe hinzugegeben werden, wodurch das Schweißen ohne Schutzgas durchgeführt werden kann. Nachteilig ist jedoch der hohe Aufmischungsgrad bei diesem Verfahren. Eine Möglichkeit, diesem Effekt entgegenzuwirken, besteht darin, den Lichtbogen durch das Anlegen eines Magnetfelds in eine oszillierende Bewegung zu versetzen. Der Einfluss eines oszillierenden transversalen Magnetfeldes auf die Nahtausbildung beim MSG-Schweißen mit Fülldraht wurde untersucht. Es zeigt sich dabei, dass der Einbrand verbreitert und die Einbrandtiefe durch die gezielte Auslenkung verringert werden konnte. Der Einfluss des magnetischen Pendelns ist beim Kurzschlusslichtbogen kleiner als beim Impulslichtbogen. Bei hohen Frequenzen und hoher Flussdichte wurde außerdem eine Verringerung der Prozessstabilität und eine daraus resultierende Verschlechterung der Schweißnahtausbildung festgestellt. Außerdem führte ein starker Einfluss des Magnetfelds zu einer erschwerten Tropfenablösung beim Impluls- und Sprühlichtbogen. / Tesis

The flux cored arc welding process has some characteristic features and is therefore established in the industry to fabricate hardfacing. One advantage of the process is the possibility to vary the alloy content of the weld metal by manipulating the chemical composition of the filler material. Moreover, it is possible to produce self shielding electrodes, which show advantages for outdoor applications. One the other hand this process creates high dilution rates. One possibility to avoid this effect is to apply a magnetic field in order to deflect the welding arc. In this thesis, the influence of a transversal magnetic field on the weld seam formation during FCAW was investigated. An increase of the weld width and a simultaneous decrease of the penetration depth was achieved at a certain deflection. The influence of the magnetic oscillation was found to be stronger for short circuit mode than for pulsed mode. Furthermore, high frequencies in combination with a high magnetic flux density caused a reduced process stability and consequently a worsening of the weld bead appearance. Apart from that, the drop detachment was inhibited, when a strong magnetic field was applied during pulsed and spray mode. / Das Metallschutzgasschweißen mit Fülldrahtelektrode ist ein in der Industrie verbreitetes Verfahren zur Herstellung von Hartpanzerungen. Charakteristisch ist die gezielte Beeinflussung des Schweißprozesses und der chemischen Zusammensetzung des Schweißguts durch die Auswahl der Füllstoffe. Des Weiteren können dem Fülldraht Stoffe hinzugegeben werden, wodurch das Schweißen ohne Schutzgas durchgeführt werden kann. Nachteilig ist jedoch der hohe Aufmischungsgrad bei diesem Verfahren. Eine Möglichkeit, diesem Effekt entgegenzuwirken, besteht darin, den Lichtbogen durch das Anlegen eines Magnetfelds in eine oszillierende Bewegung zu versetzen. Der Einfluss eines oszillierenden transversalen Magnetfeldes auf die Nahtausbildung beim MSG-Schweißen mit Fülldraht wurde untersucht. Es zeigt sich dabei, dass der Einbrand verbreitert und die Einbrandtiefe durch die gezielte Auslenkung verringert werden konnte. Der Einfluss des magnetischen Pendelns ist beim Kurzschlusslichtbogen kleiner als beim Impulslichtbogen. Bei hohen Frequenzen und hoher Flussdichte wurde außerdem eine Verringerung der Prozessstabilität und eine daraus resultierende Verschlechterung der Schweißnahtausbildung festgestellt. Außerdem führte ein starker Einfluss des Magnetfelds zu einer erschwerten Tropfenablösung beim Impluls- und Sprühlichtbogen. / Tesis

En la actualidad, el oficio de cerrajería en el Perú tiene cada vez mayor incentivo a nivel nacional. Sin embargo, su práctica todavía se desarrolla a niveles artesanales. Por ello, es importante determinar cómo son las condiciones de trabajo bajo las cuales operan los cerrajeros. Los procesos que se emplean en cerrajería son la soldadura y el calentamiento de piezas metálicas. Este último proceso se lleva a cabo generalmente en fraguas de carbón. Luego del calentamiento, la pieza está en condiciones para ser forjado de manera manual. Los procesos de soldadura y forja generan desechos, tales como gases de combustión, humos, material particulado, etc. que son dañinos tanto para el trabajador como al medioambiente. En el Laboratorio de Manufactura de la Sección de Ingeniería Mecánica de la PUCP se llevan a cabo los cursos de Taller Mecánico 1 y Taller de Procesos de Manufactura, en los cuales se dictan las sesiones de soldadura y forja. Es por ello, que fue necesaria una evaluación de las condiciones de trabajo del personal técnico y de los alumnos durante estas sesiones. Para el siguiente trabajo de tesis, se realizaron lecturas de concentración de gases en los ambientes de soldadura y forja del Laboratorio, mediante un analizador de gases TESTO 350-XL brindado por el Departamento de Energía de la PUCP. Se detectaron valores de concentración de monóxido de carbono (CO) mayores a 520 ppm en el ambiente de forja y de 195 ppm de la familia de monóxidos de nitrógeno (NOx) en el ambiente de soldadura. Ante los resultados obtenidos, se concluyó que el ambiente de forja y soldadura del Laboratorio cuenta con una necesidad de extracción y tratamiento de los gases emitidos en ambos procesos. Se realizó el diseño de dos sistemas de extracción independientes para cada ambiente de trabajo. Para la fragua, se diseñó un sistema con un caudal de aspiración total de 0,32 m3/s y presión de 58,92 mmH2O, dos depuradores húmedos tipo torre empacada de 0,83 m de diámetro y 1,9 metros de altura, con una capacidad de absorción de 79,6% y 139,8 Pa cada una. Para el ambiente de soldadura, el sistema cuenta con un caudal de aspiración total de 1,46 m3/s y presión de 75,96 mmH2O y un depurador húmedo tipo Venturi de 156,25 Pa. El presupuesto correspondiente al diseño, fabricación e instalación de los dos sistemas fue de $ 44 821. / Tesis