Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Manutenção Industrial na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a supervisão do Professor Doutor António Augusto Fernandes

Tese de mestrado. Engenharia mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2005

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Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / 08/05/2022

El presente trabajo muestra el estudio comparativo del proceso de soldadura GTAW, más conocido como TIG, empleado en la unión de planchas de dos milímetros de espesor, de acero estructural ASTM A36. El objetivo principal de esta tesis es el de comparar las características y propiedades de las uniones soldadas con y sin material de aporte utilizando el proceso GTAW. Para el estudio se hicieron cuatro cupones, dos sin material de aporte con una y dos pasadas, y los otros dos cupones empleando el aporte ER70S6 con una y dos pasadas. El estudio de las características y propiedades de los cupones soldados se realizó a través de ensayos de tracción, ensayos de microdureza Vickers, ensayos de doblado y por último metalografía y caracterización microestructural a las probetas obtenidas de los cupones soldados y del material base utilizado. En los ensayos de tracción los resultados de las probetas soldadas sin material de aporte con una pasada alcanzaron ligeramente mayores valores en esfuerzo máximo, en esfuerzo de fluencia y en elongación. En los ensayos de microdureza Vickers las probetas sin material de aporte alcanzaron durezas en el centro de la soldadura similares las probetas soldadas con material de aporte. En los ensayos de doblado, tanto de cara como de raíz, todas las probetas pasaron las pruebas. Sobre la base de los resultados obtenidos se concluyó que para este caso de unión de planchas de acero ASTM A36 de 2 milímetros de espesor mediante soldadura GTAW, se puede utilizar cualquiera de los dos métodos, con material de aporte o sin material de aporte. El proceso sin material de aporte con una sola pasada resulta más ventajoso, pues cumple con las propiedades mecánicas requeridas alcanzando excelentes valores y es beneficioso porque disminuye costos al no utilizar material de aporte y al aumentar la velocidad de soldeo. / Tesis

Trabalho realizado na GEPC Portugal, orient. pelo Eng. Rui Inácio Amaro / Tese de Mestrado Integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2013

Estágio realizado na Caetano Components, S.A. e orientado pelo Eng.ª Fátima Silva / Tese de mestrado integrado. Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

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

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / El plasma térmico es esencial en tecnologías como la soldadura, herramientas de corte y cortacircuitos, pero a pesar de su importancia hoy en día faltan muchas fórmulas y datos tabulados que permitan un mayor manejo de las tecnologías asociadas a este fenómeno. Teniendo lo anterior en mente el presente trabajo tiene por objetivo desarrollar una fórmula para presión en el cátodo y en base a esto obtener una ecuación de la velocidad a lo largo del eje de simetría del arco de plasma. Para lograr esta meta se extiende la formula de presión electromagnética de Maecker al caso de corriente parabólica, esta se utiliza en la ecuación de Bernoulli con el fin de obtener la velocidad máxima del plasma en la zona del cátodo y luego se anexa el modelo de Landau/Squire con el propósito predecir las velocidades del plasma en la columna utilizando un offset, generando así un modelo simplificado. Estas ecuaciones son evaluadas utilizando datos obtenidos por un modelo numérico generado por José Alfredo Delgado de la Universidad UNAM y luego se obtienen una serie de gráficos de velocidad que son comparados con los gráficos de velocidad obtenidos por el modelo numérico realizando un `post-processing' de estos datos. Esto se realiza mediante un código de Matlab que procesa los datos y evalúa las ecuaciones generando los gráficos mencionados. Se concluye que estas ecuaciones pueden ser utilizadas para predecir la velocidad a lo largo del arco de plasma sin embargo, aun se necesitan ajustes para disminuir el error asociado a los resultados de estas ecuaciones, sin embargo no esta claro si estos errores provienen del modelo numérico o de las simplificaciones realizadas en este trabajo. También se analiza la distancia z_a la cual es una buena aproximación para el limite de la zona del cátodo en argón pero para el caso del helio se necesitan modificaciones que permitan estimar esta altura de mejor manera. Se ocupa como recurso la beca proporcionada por el gobierno de Canadá a través de la Universidad de Alberta,Canada por lo cual el estudiante realiza una estadía por 4 meses en donde lleva a cabo la investigación del trabajo de tesis. / Gobierno de Canadá y el programa Emerging Leaders in Americas Program

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / El cobre es uno de los materiales más versátiles disponibles en la industria, dadas sus propiedades físicas y mecánicas, con aplicaciones en la electrónica, piping, la industria metalmecánica y la construcción. Sin embargo, su utilización se ve limitada a los procesos de manufactura disponibles, donde los sistemas de unión de materiales suponen un problema. En los procesos de soldadura tradicionales, arco eléctrico protegido por fundente o gases inertes, es necesario una gran densidad de energía para poder alcanzar el punto de fusión del material (1083°C), además estos generan defectos de soldadura que reduce considerablemente sus propiedades, como la resistencia a la tracción y la dureza. La soldadura por fricción-agitación (FSW), es un sistema de soldadura creado para la unión de materiales que presentan problemas en su soldado, en un principio fue creado para soldadura de aluminios de la serie 2XXX y 7XXX, para luego ser aplicados en cobre, aleaciones de titanio y algunos aceros. El proceso consiste en generar una unión de superficies aprovechando el aumento de temperatura y la deformación plástica generadas por la fricción de una herramienta cilíndrica rotativa en su paso por la línea de soldadura. El objetivo general de este trabajo fue determinar la posibilidad de realizar un proceso de FSW en un centro de mecanizado (CM) modelo HATFORD HCMC 2082, disponible en la Comisión Chilena de Energía nuclear (CCHEN). Para esto fueron realizadas las siguientes etapas, el desarrollo de un modelo teórico para calcular la potencia necesaria para realizar FSW y comparar con las características del CM; determinar la evolución de las propiedades mecánicas de la unión (resistencia a la tracción, dureza y ductilidad) y la microestructura respecto de la velocidad de rotación de la herramienta; y determinar los parámetros con los cuales se obtienen los mejores resultados de propiedades mecánicas. Las experiencias fueron realizadas en placas de cobre comercial de 8 mm de espesor, utilizando una herramienta carburo tungsteno, a una velocidad constante de avance de herramienta de 5 mm/min. Se utilizó como variable del estudio la velocidad de rotación de la herramienta en el rango de los 800 RPM a 1600 RPM. A partir del estudio, concluyó que el centro de mecanizado reúne las condiciones para FSW. De la experimentación se obtuvieron soldaduras de superficie regular, sin defectos visibles. Los ensayos realizados a estas, radiografía, metalografía, tracción, dureza, mostraron que la calidad de soldadura disminuye al aumentar las RPM de la prueba, obteniendo los mejores resultados en condiciones de operación 5 mm/min de velocidad de avance y 800 RPM de velocidad de rotación de herramienta. / Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN)