Orientador: Janito Vaqueiro Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T16:12:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ArcilaGago_ManuelFelipe_M.pdf: 7192169 bytes, checksum: 7b23a08769656a07765344e20d1f6ad4 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A variedade de materiais no setor aeronáutico para redução de peso e custo tem se proliferado a um grau intensivo, onde têm sido revisadas diferentes pesquisas para encontrar outros tipos de materiais de fácil maneabilidade para construção de peças que satisfazem as restrições impostas. Assim, existe uma procura constante de soluções para facilitar a produção, e ao mesmo tempo aumentar a segurança das aeronaves levando em consideração pontos importantes como a fadiga e ruptura do material. Um material frequentemente utilizado que atende a estes requisitos devido a suas propriedades de densidade e resistência é o alumínio, e é neste ambiente que existe um processo de manufatura utilizado para a soldagem conhecido como "Friction Stir Welding" (FSW). No presente momento, estudos para criação de modelos que representem características mecânicas utilizadas em projetos em função de parâmetros do processo tem sido pesquisados. Embora este processo seja de difícil modelagem devidos as suas complexidades, tem sido estudado e utilizado diferentes algoritmos que possibilitem o melhoramento da representação do modelo, tais como os relacionados com máquinas de aprendizagem (ML) e suas diferentes otimizações. Neste contexto, a presente pesquisa tem seu foco na obtenção de um modelo baseado no algoritmo de aprendizagem de Máquina de Vetores de Suporte (SVM), e também com outros algoritmos tais como Regressão Polinomial (RP) e Rede Neural Artificial (RNA), buscando encontrar modelos que representem o processo de soldagem por FSW através das propriedades mecânicas obtidas pelos ensaios de tração e por análise de variância (ANOVA), entendendo suas vantagens e, posteriormente, recomendar quais dos algoritmos de aprendizagem tem maior beneficio / Abstract: In the aerospace industry to reduce weight and cost, a great quantity of materials has been used, which has generated research to find types of materials, that have been better maneuverability and to guarantee the properties required to development of pieces for the industry. Thus, the studies look for optimize between production easiness and increase the aircraft safety, taking into consideration important issues such as fatigue and fracture of the materials. One of the most common approach used is aluminum by their mechanical properties (density and strength), although it has many problems to be welding with the traditional methods. Currently, the Friction Stir Welding (FSW) process is used in the industry, as well in the academy. However, the FSW is difficult to model by the complexities in the physical phenomenal occurred during the weld process, as result, has been studied and used different algorithms that allow enhance the model representation. The Machine Learning (ML) is a methodology studied to obtain the model optimized. In this context, the present research focus by to obtain a model-based in learning algorithm using Support Vector Machine (SVM). Although comparisons were made with other algorithms such as Polynomial Regression (PR) and Artificial Neural Network (ANN), searching to find models that represent the FSW process weld using the mechanical properties obtained by tensile tests and analysis of variance (ANOVA). Finally, conclusions to understand the advantages learning algorithms are presented / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

[EN] The friction stir welding (FSW) is a joining process that uses a non-consumable tool generates frictional heat (without reaching the melting point) and plastic deformation in the weld line as it rotates and moves the tool, so that a welded joint is obtained in solid state. This technique is capable to join many engineering materials but was initially focused on high strength aluminum alloys (series 2XXX, 6XXX and 7XXX) due to two main approaches: because they are difficult to weld by conventional welding processes fusion for their applications in key sectors such as automotive, aviation, aerospace, shipbuilding and other manufacturing industries due to high strength/weight ratio. FSW parameters as rotational speed, welding speed, weld pitch ratio (WPR), tool profile, among others, are responsible for obtaining sound welds (flawless), of the microstructural changes, of the mechanical and technological properties of welded joints. Therefore, it is important to study the parameters-microstructure-property relationship to maintain the quality of welded joints. In this work we have studied the influence of some FSW processing parameters (rotation speed, welding speed, weld pitch ratio and joint configuration) on the microstructural changes, mechanical and technological properties to a rolling sheet of aluminum alloy AA6082-T6 of 5mm thick. For the four configurations obtained it has been characterized the microstructure with various techniques, such as optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), electron backscatter diffraction (EBSD) and differential scanning calorimetry (DSC) to identify major phases, dispersoids, second phases, dissolution, precipitation, and re-precipitation of phases, sub-structure, crystallographic texture, etc. in each welding zone and for each configuration. Also it has been obtained mechanical properties through microhardness tests, tensile and fatigue tests, and technological properties through accelerated corrosion tests. The results of the experiments indicate that it can to obtain sound welds, i.e. defect-free with different processing parameters, and they greatly influence in the microstructure and therefore on the mechanical and technological properties. Similarly, it found that it can get better mechanical properties (tensile strength and hardness) with a low weld pitch ratio (WPR [mm/rev]<2, "cold condition") and single-pass butt joint, while the best fatigue properties are obtained for high weld pitch ratio (WPR [mm/rev]>4 "hot condition") and single-pass butt joint. In comparison, the base metal has better mechanical properties and worse corrosion properties than the four configurations studied and in any case the double-pass butt joint never were one revulsive option to single-pass butt joint. / [ES] La soldadura por fricción-agitación (FSW) es proceso de unión que utiliza una herramienta no consumible que genera calor por fricción (sin llegar al punto de fusión) y deformación plástica en la línea de soldeo a medida que rota y avanza la herramienta, con lo que se obtiene una unión soldada en estado sólido. Esta técnica es capaz de unir muchos materiales de ingeniería pero se ha centrado inicialmente en las aleaciones de aluminio de alta resistencia (series 2XXX, 6XXX y 7XXX) debido a dos enfoques principales: porque son difíciles de soldar por procesos de soldadura por fusión convencionales y por sus aplicaciones en sectores claves como automoción, aeronáutico, aeroespacial, construcción naval y otras industrias de fabricación, debido a la alta relación resistencia/peso. Los parámetros de FSW como velocidad de rotación, velocidad de avance, relación de soldeo (WPR), perfil de la herramienta, entre otros, son responsables de la obtención de soldadas sanas (sin defectos), de las transformaciones microestructurales, de las propiedades mecánicas y tecnológicas de las uniones soldadas. Por lo tanto, es importante estudiar la relación parámetros-microestructura-propiedades para mantener la calidad de las juntas soldadas. En este trabajo se ha estudiado la influencia de algunos parámetros de procesado FSW (velocidad de avance, velocidad de rotación, relación de soldeo, configuración de junta) en las modificaciones microestructurales, propiedades mecánicas y tecnológicas para una chapa laminada de aleación de aluminio AA6082-T6 de 5 mm de espesor. Para las cuatro configuraciones obtenidas se han caracterizado a profundidad la microestructura con varias técnicas, tales como, microscopia óptica (MO), microscopía electrónica de barrido (MEB), microscopía electrónica de transmisión (MET), difracción de electrones retrodispersados (EBSD) y calorimetría diferencia de barrido (DSC) para identificar fases, dispersoides, segundas fases, disolución y precipitación de fases, sub-estructura, textura cristalográfica, etc., en cada zona de soldadura y para cada configuración. También se han obtenido las propiedades mecánicas a través de ensayos de microdureza, tracción y fatiga, y propiedades tecnológicas a través de ensayos de corrosión acelerada. Los resultados de la experimentación indican que se pueden obtener cordones sanos, es decir, libres de defectos con diferentes parámetros de procesado, y que éstos influyen en gran medida en la microestructura y por ende en las propiedades mecánicas y tecnológicas. Igualmente, encontramos que se pueden obtener mejores propiedades mecánicas de tracción y dureza para una relación de soldeo (WPR) con bajo aporte térmico y soldadura por una cara, mientras que las mejores propiedades a fatiga se obtienen para la configuración con alto aporte térmico y soldadura por una cara. En comparación, el metal base tiene mejores propiedades mecánicas y bajas propiedades a corrosión con respecto a las cuatro configuraciones estudiadas y, en ningún caso las soldaduras por ambas caras fueron una opción revulsiva de las soldaduras por una cara. / [CA] La soldadura per fricció-agitació (FSW) és un procés d'unió que utilitza una eina noconsumible que genera calor per fricció (sense arribar al punt de fusió) i deformació plàstica en la línia de soldadura a mesura que gira i avança l'eina, amb el que s'obté una unió soldada en estat sòlid. Aquesta tècnica és capaç d'unir molts materials d'enginyeria però s'ha centrat inicialment en els aliatges d'alumini d'alta resistència (sèries 2xxx, 6xxx i 7XXX) a causa de dos enfocaments principals: perquè són difícils de soldar per processos de soldadura per fusió convencionals i per les seves aplicacions en sectors claus com automoció, aeronàutic, aeroespacial, construcció naval i altres indústries de fabricació, degut a l'alta relació resistència/pes. Els paràmetres de FSW com velocitat de rotació, velocitat d'avanç, relació de soldadura (WPR), perfil de l'eina, entre d'altres, són responsables de l'obtenció de soldadures sanes (sense defectes), de les transformacions microestructurals, de les propietats mecàniques i tecnològiques de les unions soldades. Per tant, és important estudiar la relació paràmetres-microestructura-propietats per mantenir la qualitat de les juntes soldades. En aquest treball s'ha estudiat la influència d'alguns paràmetres de processat FSW (velocitat d'avanç, velocitat de rotació, relació de soldadura, configuració de les juntes) en les modificacions microestructurals, propietats mecàniques i tecnològiques per a una xapa laminada d'aliatge d'alumini AA6082- T6 de 5 mm de gruix. Per a les quatre configuracions obtingudes s'han caracteritzat a profunditat la microestructura amb diverses tècniques, com ara, microscòpia òptica (MO), microscòpia electrònica de rastreig (MER), microscòpia electrònica de transmissió (MET), difracció d'electrons retrodispersats (EBSD) i calorimetria diferèncial d'escombrat (DSC) per identificar fases, dispersoides, segones fases, dissolució i precipitació de fases, sub-estructures, textura cristal-logràfica, etc., a cada zona de soldadura i per a cada configuració. També s'han obtingut les propietats mecàniques a través d'assajos de microduresa, tracció i fatiga, i propietats tecnològiques a través d'assaigs de corrosió accelerada. Els resultats de l'experimentació indiquen que es poden obtenir cordons sans, és a dir lliures de defectes, amb diferents paràmetres de processat, i que aquests influeixen en gran mesura en la microestructura i per tant en les propietats mecàniques i tecnològiques. Igualment, trobem que es poden obtindre millors propietats mecàniques de tracció i duresa per una relació de soldadura (WPR) amb baix contingut tèrmic i soldadura per una cara, mentre que les millors propietats a fatiga s'obtenen per a la configuració amb alta aportació tèrmica i soldadura per una cara. En comparació, el metall base té millors propietats mecàniques i baixes propietats a corrosió pel que fa a les quatre configuracions estudiades i, en cap cas les soldadures per ambdues cares van ser una opció revulsiva de les soldadures. / Martínez Díaz, E. (2016). INVESTIGACIÓN DE LAS MODIFICACIONES MICROESTRUCTURALES Y PROPIEDADES MECÁNICAS EN UNA ALEACIÓN DE ALUMINIO AA6082-T6 SOLDADA CON LA TÉCNICA DE FRICCIÓN-AGITACIÓN (FSW) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62161

[ES] Este trabajo de investigación ha surgido de la necesidad empresarial de mejora y desarrollo para un nuevo proceso productivo en la compañía flejes industriales (Flinsa). En el año 2011, Flinsa se introduce en la fabricación de tubo de acero inoxidable soldado mediante tecnología láser. Durante el proceso, aparecen una serie de dificultades; entre estas dificultades se encuentra la baja eficiencia del proceso junto con un porcentaje de defectivo, además de numerosas incidencias en cliente. Esto sucede debido a que el proceso productivo no está controlado. Se desconoce el comportamiento de los materiales, la nueva tecnología, y además, se está generando un fenómeno que produce desconfianza en la calidad de la soldadura, esto es, que el tubo de material de acero inoxidable ferrítico recién soldado no soporta el esfuerzo mecánico al que le someten los ensayos de deformación por aplastado y abocardado, aunque si ese mismo tubo se deja reposar durante 48h en el almacén, este será capaz de soportar esos esfuerzos. Para comprender bien los fenómenos de soldadura y de proceso, se ha realizado un análisis sobre los 5 factores que pueden actuar sobre la calidad de la soldadura, esos factores han sido, Material, Mano de obra, Máquina, Medio, Método aplicando la metodología de Ishikawa. Para cada uno de los factores se han desarrollado acciones de mejora que hagan al proceso lo más regular posible, siendo estable de modo que permita, fijando unas condiciones, comparar variables y se vea su grado de interacción en el resultado final. De este modo se ha llegado a la conclusión que, para que el proceso sea estable, se necesita introducir materia prima con unos parámetros controlados y estandarizados para que la influencia del proveedor sea mínima. Esto queda reflejado en la ficha de compra de materiales. Además, se ha creado un método de trabajo con un estándar de montaje y regulación, donde se garantice la repetibilidad en cada puesta, o se reduzca al máximo la variación del proceso, tomando unos parámetros específicos de referencia, y por último se ha visto que el medio en el que se genera el procesado por láser tiene alto impacto en el resultado de la soldadura, para lo cual se han implementado unas mejoras que reducen la entrada de humedad en la soldadura, aunque no son 100% efectiva. Se han conseguido los objetivos principales de reducir el porcentaje de defectivo a lo largo de las producciones y los problemas de calidad con los clientes, aunque ha quedado pendiente validar que la fragilización de la soldadura es debida a la disolución de hidrógeno en el baño, y a su atrapamiento en la estructura cuando este solidifica, debido a que no se ha podido contar con los equipos adecuados. / [CA] Aquest treball de recerca ha sorgit de la necessitat empresarial de millora i desenvolupament per a un nou procés productiu a la companyia fleixos industrials (Flinsa), aquests l'any 2011 s'introdueixen en el món de la fabricació de tub d'acer inoxidable soldat mitjançant tecnologia làser, apareixent una sèrie de dificultats, entre aquestes dificultats es troba la baixa eficiència del procés, un percentatge de defectiu, a més de nombroses incidències en client. Això succeeix pel fet que el procés productiu no està controlat, es desconeix el comportament dels materials, la nova tecnologia, i a més, s'està generant un fenomen que produeix desconfiança en la qualitat de la soldadura, això és, que el tub de material d'acer inoxidable ferrític acabat de soldar no suporta l'esforç mecànic al qual li sotmeten els assajos de deformació per esclafat i atrompetat al tub, encara que si aquest mateix tub es deixa reposar durant 48h en el magatzem aquest és capaç de suportar el esforços previstos. Per a comprendre bé els fenòmens de soldadura, i de procés s'ha realitzat una anàlisi sobre els 5 factors que poden actuar sobre la qualitat de la soldadura, aqueixos factors han sigut, Material, Mà d'obra, Màquina, Mitjà, Mètode aplicant la metodologia de Ishikawa. Per a cadascun dels factors s'han buscat accions de millora que facen al procés el més regular possible, sent estable de manera que permeta fixant unes condicions comparar variables i es veja el seu grau d'interacció en el resultat final. D'aquesta manera s'ha arribat a la conclusió que perquè el procés siga estable es necessita, introduir matèria primera amb uns paràmetres controlats i estandarditzats, perquè la influència del proveïdor siga mínima, això queda reflectit en la fitxa de compra de materials. S'ha creat un mètode de treball amb un estàndard de muntatge i regulació, on es garantisca la reproductibilitat en cada posada, o es reduïsca al màxim la variació del procés, prenent uns paràmetres de referència, i per últim s'ha vist que el mitjà en el qual es genera el processament per làser té alt impacte en el resultat de la soldadura, per aquest motiu s'han implementat unes millores que redueixen l'entrada d'humitat en la soldadura, encara que no són 100% efectiva. S'han aconseguit els objectius principals de reduir el percentatge de defectiu al llarg de les produccions i els problemes de qualitat amb els clients, encara que ha quedat pendent validar que la fragilització de la soldadura és deguda a la dissolució d'hidrogen en el bany, i al seu atrapament en l'estructura quan aquest solidifica, pel fet que no s'ha pogut comptar amb els equips adequats. / [EN] This study work arises out of the business need for improvement and development to achieve a new production process in the industrial strapping company Flinsa. In 2011, Flinsa begins with the laser technology manufacturing process of welded stainless-steel tube. Nevertheless, a series of difficulties appear along with the process, such as the low efficiency of the process itself, together with a significant defective percentage and several customer incidents. This happens because the productive process is not controlled. The behavior of the materials and the new technology is unknown, and, besides, a phenomenon is being generated which leads to distrust in the quality of the weld, i.e, the newly welded ferritic stainless-steel tube does not withstand the mechanical strain to which it is subjected by the crushed and flared deformation tests. But, if this same tube settles during 48h in the warehouse, it will be able to withstand such efforts. To correctly understand the process and welding phenomena, it has been carried out an analysis of the 5 factors that have influence over the welding quality. Those factors are the following: material, labour, machine, medium and method (Ishikawa methodology). For each of the above factors, improvement actions have been developed to make the process as regular as possible, being stable so that it allows to compare variables by settling previous conditions, and to see its interaction degree in the result. In this way, it has been concluded that, for the process to be stable, it is necessary to introduce raw material with controlled and standardized parameters so that the influence of the supplier can be minimum. This is reflected in the material purchase sheet. Furthermore, a working method has been created with a standard of assembly and regulation, where repeatability is ensured at each set, or where the process variation is minimized by using specific parameters. And lastly, it has been proven that the medium in which the laser process is taking place has a high impact on the welding result, for which improvements haven been implemented to reduce the input of moisture into the weld, although they are not 100% effective. The main objectives have been achieved: to reduce the percentage of defectives throughout production, and to minimize quality problems with customers. Although, there is still a pending matter to be validated: the fragilization of the weld is due to the dissolution of hydrogen during the bath and to its entrapment in the structure when it solidifies because it was not available the appropriate equipment. / Paralera Romero, J. (2023). Estudio de la soldabilidad en continuo de aceros inoxidables ferríticos estabilizados empleados en los sistemas de escapes para la automoción [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/201136