Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-19T08:58:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-26T00:00:37Z : No. of bitstreams: 1 181971.pdf: 7687850 bytes, checksum: a43d2f91812cb4cad9e891b77122efe5 (MD5) / Nesta tese são desenvolvidas três soluções analíticas para a condução de calor que ocorre no metal base durante a soldagem com pulsação térmica. A primeira descreve o aquecimento de uma placa de espessura infinita por uma fonte de calor puntual que se move sobre a sua superfície. A segunda descreve a condução de calor durante a soldagem circunferencial de tubos de pequeno diâmetro e parede fina. A terceira descreve a dissipação do calor proveniente de uma fonte de calor distribuída (gaussiana), através de uma chapa de espessura finita que perde calor através de suas superfícies. A terceira solução, que constitui um modelo bastante completo para a condução de calor durante a realização de soldas do tipo cordão sobre chapa, recebeu, nesta tese, mais atenção do que as outras. Seus resultados são comparados com dados obtidos em experimentos realizados ao longo do desenvolvimento desta tese. Soluções numéricas são utilizadas para investigar as causas de diferenças observadas entre resultados teóricos e experimentais. Finalmente uma discussão do crescimento de grão durante a soldagem com pulsação térmica é utilizada para mostrar a utilidade deste tipo de solução analítica em estudos de metalurgia da soldagem.

Made available in DSpace on 2016-01-13T13:26:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-05-15. Added 1 bitstream(s) on 2016-01-13T13:32:11Z : No. of bitstreams: 1 000853552.pdf: 2536743 bytes, checksum: 042c95e032f6ae0f89e4b73fc75c6c2e (MD5) / A soldabilidade das ligas de alumínio é altamente influenciada pela natureza de correntes de soldagem, podendo esta interferir significativamente na qualidade a ser alcançada. O uso da corrente alternada em onda retangular no processo de soldagem TIG, permite inúmeras possibilidades tais como, flexibilidadeem alterar a frequencia da onda, amplitude da corrente positiva bem com o negativa, além dos tenpos de atuação da polaridade positiva e negativa do eletrodo para o mesmo ciclo de onda. A configuração selecionada tem efeito determinante no perfil e na propriedade final do cordão de solda. O uso da corrente alternada na soldagem das ligas de alumínio é amplamente utilizado e tem como finalidade, promover a limpeza da camada superficial do óxido Al2O3, enquanto promove a penetração da junta. Na literatura é comum encontrar afirmações que limpeza da camada de Al2O3 na soldagem está ligada ao tempo positivo do ciclo de onda, e a penetração está ligada ao tempo negativo do ciclo de onda. Para a pequisa proposta realizou-se a soldagem TIG-CA da liga de alumínio AA 6063-T6, por simples deposição sobre chapa com onda retangular, impondo-se variações tanto na corrente de soldagem como no tempo de atuação da polaridade positiva do eletrodo no ciclo na onda. As correntes de soldagem utilizadas foram 100 A, 120 A e 140 A. A condição inicial em termos de balanceamento foi de 50% do tempo de atuação da polaridade positiva em um período de onda de 20 ms, seguido do desbalanceamento para 32,5% e 15% de tempo de atuação da polaridade positiva do eletrodo, mantendo a frequência constante em 50 Hz para todas as configurações. Foi observado que o desbalanceamento de onda interfere diretamente no resultado final dos cordões de solda. Os resultados para as configurações selecionadas mostram que a diminuição do tempo de atuação da polaridade positiva do eletrodo no ciclo de onda promove redução de penetração e da... / The weldability of the aluminum alloys is highly influenced by the weld current nature; it could interfere significantly on the desirable quality. The use of alternated current on the TiG welding processes, promote innumerous possibilities like, flexibilities on the change the wave frequency, positive current amplitude as the negative current amplitude, furthermore the actuations time of positive and negative polarity of electrode in the same wave cycle. The selected configuration has the important effect on the final properties on the weld bead. The use of alternated current on the aluminum alloys welding are largely used and has the finally, to promote the superficial oxide layer cleaning Al2O3, in the same time that it promote the weld penetration. On the literature is very common to find the affirmatives where the oxide layer cleaning of Al2O3 on the welding is linked on the positive time on the wave cycle, and the penetration is linked at the negative time for the same wave cycle. For this proposal research was realized the TIG-CA welding on the AA 6063-T6 aluminum alloys, by a bead-on-plate with the square wave, induced by weld current variations as the acting time of positive polarity of the electrode on the wave cycle. The weld current applied were 100 A, 120 A and 140 A. The initial conditions utilized was a balanced on 50% of acting time of positive polarity in the wave period in a 20 ms, followed by a unbalance of 32,5% and 15% of the actuation time of positive polarity in the electrode, keeping the unaltered frequency on 50 Hz for all configurations. Was observed that the unbalanced wave interfere direct on the final result of weld bead. The results for the selected configurations shows that decreasing the actuations time of electrode positive polarity on the wave cycle promote the reducations of death and wide on the weld bead. The obtained micrographia for a different actuations time of positive polarity shows that the...

Made available in DSpace on 2015-06-17T19:34:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-12-17. Added 1 bitstream(s) on 2015-06-18T12:47:29Z : No. of bitstreams: 1 000823683.pdf: 3204048 bytes, checksum: f0ee3d6a05103cc075f55a3e59de3b96 (MD5) / Em algumas ligas de alumínio, em especial as da série 6xxx (Al-Si-Mg), a maior suscetibilidade no desenvolvimento de trincas de solidificação é uma preocupação constante na soldagem TIG CA autógena. No âmbito operacional a minimização dessa ocorrência, ou mesmo sua eliminação, têm sido feita pela utilização de métodos que fundamentalmente procuram modificar a estrutura bruta de fusão refinando o metal na zona fundida e na zona termicamente afetada através da agitação da poça de fusão. No processo TIG CA, recursos utilizados para a agitação da poça de fusão, e consequente refinamento da microestrutura, são a frequencia de inversão de polaridade do eletrodo e a frequencia de periodo de pulso térmico. Certamente o conhecimento de tais recursos e sua adequada publicação na minimização das trincas de solidificação despertam interesse no campo da engenharia de fabricação e constitui-se em importante informação técnica e ser disponibilizada. Nesse trabalho foi utilizado a soldagem TIG CA autógena com pulsação térmica na liga de alumínio AA6063T6 avaliou-se as frequencias da inversão de polaridade do eletrodo em 50, 100 e 200 Hz, combinadas com freqüencias de período de pulso térmico de 0,5; 1,0; 2,0; e 4,0 Hz. O teste de Houldcroft foi amplamente utilizado como importante ferramenta nessa avalição, em conjunto com análise macro e microestrutural da zona fundida e termicamente afetada. Embora não tenha sido eliminada completamente a formação de trincas de solidificação, foi possível verificar a diminuição das mesmas em função do aumento da freqüência de inversão de polaridade do eletrodo e do aumento da freqüência do período de pulso térmico, acompanhado de um refinamento dos grãos na zona fundida e na zona termicamente afetada / For some aluminum alloys, especially 6xxx (Al-Mg-Si) series, the able to develop solidification cracking in AC-GTAW welding is a constant preoccupation. In operation scope the minimal incident of this, or even its elimination, has been done by methods that are able to modify the microestrural in melted pool zone and thermic affected zone by agitation of the melted pool. IN AC-GTAW welding process, recourses applied for agitation of the melted pool, and following microestrutural depuration, are the electro polarity inversion frequency and thermic pulse cycle frequency. Be sure that this knowledge and its correct application for decrease solidification cracking is important to the process engineering and it constitutes an important technical information for available. On this work, the AC-GTAW thermic pulse welding on plate was used on AA6063T6 aluminium alloy analysis results for 50,100 and 200Hz electro polority inversion frequency, in agreement with 0,5;1,0;1,7 and 5,0Hz thermic pulse cycle frequency. The Houldcroft weldability test was enlargement used how important tool for this analysis, in agreement with macro and microestrutural analysis of melted pool zone and thermic affected zone. Althogh the solidification cracking formation has not been eliminated, it was possible to verify their decreasing due by increase of the electro polarity inversion frequency and increase thermic pulse cycle frequency, followed by grain depuration in melted pool zone and thermic affected zone

Made available in DSpace on 2015-01-26T13:21:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-07-01Bitstream added on 2015-01-26T13:30:45Z : No. of bitstreams: 1 000802220.pdf: 2711389 bytes, checksum: 9cc7e075dc7fb8e1b6ecc5230a9ee7fa (MD5) / Conduziu-se um estudo da soldagem laser na condição “bead on plate” no aço inoxidável duplex UNS S 32205 na forma de chapas com 3,0 x 20 x 45 mm (A x L x P). Realizou-se 12 soldas em atmosfera de gás argônio com fluxo de gás de 15 l/min, diâmetro de feixe de 0,2 mm, ângulo de 90º, taxa de repetição de 9 Hz, velocidade de soldagem de 150 mm/min, profundidades de foco iguais a 1,0; 1,5 e 2,0 mm abaixo da superfície da peça e energia do pulso (Ep) fixada em 6,0 J. A variação de potência foi obtida variando as larguras temporais (Lt) em valores de 4, 6, 8 e 10 ms. Os resultados foram analisados com base na relação entre potência, geometria do cordão de solda, balanço de fases ferrita/austenita, dureza Vickers e análise química. Para revelação dos metais de solda utilizou-se reagentes Behara modificado e eletrolítico com solução oxálica 10%. As medidas de geometria (largura e profundidade) dos cordões de solda foram realizadas através de imagens obtidas através de câmera digital em um microscópio óptico comum. O processamento das imagens foi realizado através do programa “Image J”, um software de edição de imagens de domínio público pautado na plataforma Java. Os maiores valores de largura e profundidade foram encontrados nos maiores valores de potência e o aumento do valor da posição focal acarretou em um aumento da variabilidade da média desses parâmetros geométricos. O valor do balanço ferrita/austenita para o metal base e metal de solda foi de 52/48 % e 70/30 % respectivamente. O valor médio da dureza para o metal base foi igual a 286 HV. Nos metais de solda e nas ZTAs a posição focal -1,5 mm apresentou os menores valores de dureza, independente da potência utilizada. A composição química dos elementos de liga não apresentou grandes variações entre os dados de fábrica e os obtidos para o metal base e o metal de solda / We carried out a study of laser welding provided bead on plate in duplex stainless steel UNS S 32205 in the form of plates with 3,0 x 20 x 45 mm (H x W x D). 12 welds was performed in argon gas flow of 15 l/min, beam diameter 0,2 mm, angle of 90°, repetition rate of 9 Hz, welding speed of 150 mm / min, gas depths focus equal to 1,0; 1,5 and 2,0 mm below the surface of the workpiece and the pulse energy (Ep) set at 6,0 J. The power variation was obtained by varying the time width (Lt) at values of 4, 6, 8 and 10 ms. The results were analyzed based on the relationship between power, weld bead geometry, balance ferrite/austenite phases, Vickers hardness and chemical analysis. For structure revelation of the weld metals used both Behara modified and electrolyte with 10% oxalic solution reagents. Measures of geometry (width and depth) of the weld beads were made using images taken by digital camera on an ordinary optical microscope. Image processing was performed using the Image J program, a graphics editing software in the public domain lined on Java platform. The highest values of width and depth were found in higher values of power and increasing the value of the focal position resulted in an increase in the variability of the mean of these geometrical parameters. The balance sheet value of the ferrite/austenite for the base metal and weld metal was 52/48 % and 70/30% respectively. The average hardness for the base metal was equal to 286 HV. In weld metals and the ZTAs focal position -1.5 mm had the lowest hardness values, regardless of power used. The chemical composition of alloying elements did not show large variations between factory data and those obtained for the base metal and the weld metal

A soldagem de ligas de alumínio sem degradação excessiva das propriedades originais do metal base apresenta-se como um obstáculo a ser superado pelas indústrias em seus processos de fabricação, uma vez que o alumínio tem sido usado cada vez de forma mais intensiva. Esforços têm sido feitos para melhorar as propriedades da união destas ligas, que quando soldadas por processos convencionais como MIG ou TIG, perdem muito de suas propriedades originais devido às elevadas temperaturas envolvidas. Processos de união que não envolvem fusão, como rebitagem ou mesmo colagem despontam como alternativas em se tratando da união de alumínio, especialmente no setor aeronáutico. Neste sentido, o processo de soldagem denominado Friction Stir Welding (FSW), vem ganhando espaço nas pesquisas e também na indústria. Neste processo, uma ferramenta de alta resistência mecânica e com um perfil especial é utilizada para, por meio de atrito com as peças a serem soldadas, gerar calor e misturar mecanicamente o material da junta, consolidando a solda. Este trabalho visa implantar o processo FSW utilizando uma fresadora universal de elevada rigidez na soldagem de chapas de alumínio AA 5052-H34 com 6,35 mm de espessura. Para tanto, três geometrias de ferramentas de soldagem foram projetadas, fabricadas e testadas, de forma a definir-se parâmetros de soldagem compatíveis com as condições fornecidas pela máquina fresadora, por meio de testes preliminares. Uma vez definidos estes parâmetros, juntas foram obtidas com as três geometrias de ferramenta disponíveis e posteriormente seus desempenhos foram comparados. Ensaios mecânicos de dobramento e tração, medição do perfil de microdurezas e análise macrográfica da seção transversal das soldas foram os métodos empregados na caracterização das propriedades resultantes. Em adição, soldas pelo processo MIG também foram obtidas e sujeitas às mesmas avaliações. Observou-se desempenho similar entre as três geometrias de ferramenta testadas, sendo que apenas uma destas produziu soldas com ductilidade significativamente inferior às demais. Em relação à tensão de escoamento, eficiências próximas de 80% foram alcançadas por duas das geometrias, sem perda expressiva da ductilidade original. O perfil de microdurezas das amostras soldadas pelo processo FSW não demonstrou grande variação ao longo da seção transversal, ao passo que as amostras soldadas através do processo MIG apresentaram zonas bem definidas devido à natureza do processo empregado. / Welding of aluminum alloys with no considerable degradation of the properties of the base metal is a problem to be overcome by industry manufacturing processes, once aluminum is being used more intensively nowadays. Efforts have been made to improve aluminum joint properties that, when welded by conventional techniques such as MIG or TIG, experience a loss in mechanical properties due to the high temperatures involved. No-melt joining processes such as adhesive bonding or riveting are often considered when it comes to aluminum joining, especially in aerospace applications. Alternatively a welding process named Friction Stir Welding (FSW) is receiving growing attention for its potential applications where heat must be minimized or when dissimilar metals must be joined. In this process a high strength rotating tool with a special profile is introduced at the interface of the materials to be joined and translated along the joint at controlled speeds. Heat generated softens the material and allows the tool to stir while traveling along the joint. This work aimed at producing welds on AA 5052-H34 plates, 6,35mm (0,25 inches) in thickness, using a milling machine. In order to do that, three tool geometries were designed, manufactured and tested so as to define which welding parameters generated the best results. Once these parameters were chosen, each tool produced three welds and their performance was evaluated. Transversal bending, tensile tests, micro-hardness measurements along the weld cross-section and macrographical analysis were carried out in order to assess weld properties. In addition, MIG welds were produced and subjected to the same test conditions. Considering yield stress as an efficiency parameter, all the tested tools presented similar results – around 80% of the base metal yield stress. On the other hand, when considering elongation or performance on transversal bending tests it was noticed that the conic pin tool was not able to produce sound welds under the chosen process parameters. These welds were characterized by the presence of a longitudinal groove, as observed in macrographic analysis. Micro-hardness measurements along FS weld cross-sections demonstrated a small variation between the different weld zones while on MIG cross-sections a higher variation in hardness values could be seen across the weld. Further MIG welds presented a larger heat affected zone than that of FS welds.

A soldagem das ligas de alumínio AA2024-T3 e AA7075-T6 sempre foi um obstáculo para indústria devido à alta suscetibilidade a trincas durante o processo de soldagem ao arco elétrico. Estas ligas são largamente utilizadas na indústria aeronáutica devido a sua alta resistência mecânica e baixo peso específico do alumínio, sendo que o método de união mais utilizado é a rebitagem. Com o advento da soldagem por FSW, surge uma nova oportunidade de união destas ligas sendo que os estudos apresentados até o momento demonstram excelentes propriedades mecânicas da junta. “Friction Stir Welding” – FSW é uma técnica de soldagem desenvolvida em 1991 pelo “The Welding Institute” (TWI) na Inglaterra. Esta solda tem a vantagem de ocorrer no estado sólido, que preserva as propriedades mecânicas das ligas, ao contrário dos métodos de soldagem convencionais que envolvem fusão e produzem, em grande parte, microestruturas com baixas propriedades mecânicas. No processo FSW uma ferramenta de alta resistência mecânica com um determinado perfil é rotacionada de forma a gerar atrito nas peças a serem soldadas. Este atrito gera calor suficiente para aumentar a ductilidade e misturar o material na junta, consolidando o mesmo, sem a ocorrência de fusão. O objetivo deste trabalho é determinar um conjunto de parâmetros através do processo FSW, para soldagem de chapas das ligas Alclad AA2024-T3 e AA7075-T6 com 1,8 mm de espessura, utilizando uma fresadora universal de alta rigidez. Para isso foram desenvolvidas duas geometrias de ferramentas para os quais um conjunto de parâmetros resultasse em soldas livres de defeitos. Uma vez obtidas estas soldas, as mesmas foram testadas através da medição de microdureza, ensaios de dobramento e tração para verificação das propriedades mecânicas resultantes comparadas ao do metal base. Observou-se que algumas juntas, dependendo dos parâmetros e da ferramenta utilizados, não demonstraram ductilidade adequada durante os ensaios de dobramento, embora não apresentassem defeitos na análise macrográfica. Da mesma forma, a resistência mecânica apresentada pelas mesmas atingiu no máximo 70% do metal base, demonstrando ser a técnica, uma boa alternativa a rebitagem. Por fim, para liga AA2024-T3, pode-se obter um conjunto de parâmetros que resultasse em uma solda com as propriedades finais desejadas, ou seja, livre de defeitos, ductilidade adequada e boa resistência à tração. / The welding of AA2024-T3 and AA7075-T6 clad aluminum alloys was always an obstacle to the industry due to cracking susceptibility during arc welding process. These alloys are largely used in the aeronautical industry because of their high mechanical strength and low density, being riveting the most widely used method to join them. The advent of friction stir welding (FSW) presents itself as a new opportunity to join these alloys and the present research demonstrates excellent mechanical properties of the joint. Friction stir welding is a welding technique that was developed in 1991 at The Welding Institute (TWI) in England. This welding method has the advantage to be a solid state process that preserves the mechanical properties of alloys, to the contrary of conventional fusion welding techniques that produce microstructures with low mechanical properties. In the FSW process a high strength tool with a given profile is rotated in order to generate friction in the parts to be welded. This friction generates enough heat to soften and stir the material, joining them without fusion. The objective of this work is to determine a set of parameters using the FSW process to weld a 1,8 mm thick AA2024-T3 and AA7075-T6 aluminum clad sheet using a stiff milling machine. For this purpose, development of two tool geometries with a set of parameters to obtain defect-free welded joints was utilized. These welded joints were investigated using microhardness, bending and tension testing to verify the mechanical properties in comparison with the base metal. It was noted that, dependent upon the parameters and tools used for welding, the joints did not show adeq uate ductility during the bending testing, even if the macrographic analysis demonstrate no defects. In the same way, the joint mechanical strength is 70% of base metal, showing that this technique is a good alternative for riveting method. Finally, for the AA2024-T3 aluminum alloy, it was obtained the desired properties for the joints, with no defects, good ductility and tension strength.

Este trabalho analisou o desempenho em fadiga de dois grupos de soldas aluminotérmicas. As soldas representam uma inovação ao processo por possuírem um ângulo de 30 e 45º em relação à seção transversal do trilho. A avaliação das soldas foi realizada seguindo recomendações de normas nacional e internacional de soldagem de trilhos e projeto para componentes submetidos a carregamentos cíclicos. As normas utilizadas foram: NBR 11449 standard - Trilho "Vignole" - Solda - Determinação da resistência à fadiga EN 14730- 1:2003 Railway Applications - Track Welding of Rails - Part 2.1. Approval of Aluminothermic Welding Processes e BSI 7608:1993 - BSI 7608:1993 - "Code of Practice for Fatigue Design and Assessment of Steel Structures". A análise das soldas compreendeu ensaio de fadiga em quatro pontos, análise metalográfica, ensaio de dureza e análise de falhas. As soldas com ângulo de 45 graus apresentaram melhor desempenho do que as juntas com ângulo de 30 graus. Para os dois ângulos, os resultados dos ensaios de fadiga são iguais ou superiores em comparação com soldas transversais ensaiadas em condições similares. A nova geometria da solda atende as exigências da norma nacional, ainda que, defeitos superficiais do tipo falta de fusão e bordamento da solda (flashing/finning) tenham diminuído o desempenho das juntas aluminotérmica em ângulo. As soldas possuem microestrutura e geometria recomendadas. O processo produz soldas com ZAC estreitas, o que confirma a vantagem do processo no controle de defeitos do tipo canoamento nas condições de serviço das ferrovias de carga pesada. O processo de solda aluminotérmica em ângulo possui grande potencial para se tornar um novo método de soldagem aplicável em ferrovias de carga pesada. Algumas modificações nos procedimentos de soldagem e material de consumo, contudo, devem ser realizadas para aumentar a vida em fadiga das soldas. / This work analyzed the fatigue performance of two aluminothermic welds groups. The welds represent an innovation in process because they utilize a 30 and 45 degree angle joint. The welding evaluation was performed according to recommendations from NBR 11449 standard - Trilho "Vignole" - Solda - Determinação da resistência à fadiga (Fatigue resistance evaluation) and international standards EN 14730-1:2003 Railway Applications - Track Welding of Rails - Part 2.1. Approval of Aluminothermic Welding Processes and BSI7608:1993 - BSI 7608:1993 - "Code of Practice for Fatigue Design and Assessment of Steel Structures". The welding analysis included: four points bending fatigue tests, metallographical analysis, hardness test and failure analysis. The 45 degree angle joint shown better performance than 30 degree For both geometries the fatigue tests results are similar or superior in comparison to conventional welding found in literature. The new joint design fit the brazilian fatigue requirements, although superficial welding defects of the flashing/finning and lack of fusion type have diminished the welds performance. The microstructure and weld profile are as recommended. This new approach to welding process produces a narrow HAZ, which is advantageous to controlling defects such as weld batter effect in the weld profile during service in heavy haul railroads. Aluminothermic angle welding has great potential to be a new welding technique applicable to group maintenance of heavy haul railroads. However, some improvements in the welding procedure, mold materials and design should be made to increase the fatigue life of the angle welding technique.

Soldagem a ponto por fricção é um processo que ocorre no estado sólido com alta eficiência energética, baixo custo de produção além de ser um processo ambientalmente limpo. Estes processos por fricção são uma alternativa a processos convencionais tais como solda ponto por resistência, rebitamento e "clinching". A Solda Ponto por Ficção e Mistura Mecânica, ou SPFMM, é uma excelente alternativa aos processos tradicionais de união, desde que é eficiente na união de ligas de alta resistência da indústria automotiva e aeroespacial como alumínio e magnésio, que são materiais que apresentam dificuldades na soldagem com a utilização de métodos convencionais através da fusão dos materiais envolvidos. A ausência de uma fase de fusão nesses processos elimina defeitos como porosidades, bolhas, rebaixos, inclusões e microestruturas indesejáveis, que freqüentemente aparecem na solda e zonas afetadas pelo calor em processos de soldagem por fusão. Estes materiais são interessantes, especialmente na indústria automotiva, devido a sua excelente relação de resistência/peso, onde a técnica já é utilizada apresentando redução drástica de custos de operação e aumento a resistência das juntas formadas. O processo de SPFMM consiste em uma ferramenta, que é uma combinação de um pino e um ombro que em rotação, penetra nas chapas formando uma junta sobreposta. Esta ferramenta rotativa ao penetrar utiliza elevadas cargas axiais. O contato do pino com regiões adjacentes e do ombro com a superfície superior da junta geram calor de fricção. Este calor de fricção promove a plastificação do material da junta, que ao mesmo tempo é misturado pelo pino consolidando, assim, a formação da junta. Após a remoção da ferramenta e fim do processo, um furo remanescente permanece no centro da solda. O objetivo do presente trabalho é avaliar a influência da utilização de diferentes perfis de ferramenta e diferentes velocidades de rotação sobre a soldagem e o comportamento mecânico de ligas de alumínio e magnésio soldadas pelo processo de SPFMM. Também buscou-se observar a influência da ferramenta sobre a variação do fluxo de material. As soldas foram realizadas com duas diferentes velocidades de rotação para o magnésio e três diferentes velocidades de rotação para as ligas de alumínio. E um total de doze combinações de quatro diferentes perfis de pino e três diferentes perfis de ombro foram utilizadas para a produção destas soldas. A taxa de penetração, profundidade de penetração e tempo de mistura foram mantidos constantes. A caracterização metalúrgica foi feita através de microscopia ótica, lupa e eletrônica de varredura. A caracterização mecânica das juntas foi feita através de ensaios de cisalhamento, perfis de microdureza e monitoramento de torque e força durante o processo de soldagem. Ainda foram realizadas análises do fluxo de material durante o processo. Foi possível observar uma tendência de aumentar a resistência mecânica da junta com a utilização de velocidades de rotação mais elevadas em ambos os materiais. A utilização de ferramentas com diferentes perfis apresentou diferenças representativas, porém com muita dependência da combinação de velocidade de rotação, pino e ombro utilizados. / Friction based spot welding are processes that occurs in solid state with high energy efficiency, low costs and environmentally friend. These processes provide an alternative to conventional spot joining methods as resistance spot welding, riveting and clinching. Friction Stir Spot Welding is a good alternative to traditional spot joining processes since it is able to join high strength aerospace and automotive alloys like aluminum and magnesium, which are difficult to join by conventional fusion. The absence of melting during welding avoids defects like porosity, inclusions, and undesired microstructures, that are frequently observed in fusion weldings. These materials are interesting especially regarding the automotive industry, because of its mechanical strength/weight relationship, where the technique is already in use with drastic reducing of operating costs and increasing in joint mechanical strength. The SPFMM process consists in a rotating tool comprised of a pin and a shoulder that penetrates into two overlap positioned sheets. The tool displaces and plasticize the adjacent material and provide the joint consolidation leaving a keyhole after tool removal and the process is finished. The aim of this work was to evaluate the influence of different tool profiles on the metallurgical and mechanical behavior of friction stir spot welded joints of aluminum and magnesium alloys. The joints were performed with two different rotation speeds for the magnesium AZ31 samples and with three different rotation speeds for the aluminum AA6181-T4 samples and twelve combinations of three different shoulders and four different pins. The plunge rate, plunge depth and dwell time were kept constant. The metallurgical characterization was performed using optical and scanning electron microscopy. The mechanical performance of the joints was evaluated in terms of microhardness profiles and shear test. It was possible to observe a tendency to increase the mechanical strength with the usage of higher rotational speeds for both materials. The usage of different tool profiles also presented different mechanical performance, but it’s strongly influenced by the combination of rotational speed, pin and shoulder.

O presente trabalho tem como objetivo uma avaliação qualitativa das transformações metalúrgicas sofridas pelos aços ferríticos de baixa liga T/P23 e T/P24, quando soldados com diferentes energias de soldagem, temperaturas de preaquecimento e espessuras de metal base. Foi utilizado um modelo baseado em equações de transporte de calor, que aplica a técnica numérica de volumes finitos com implementação computacional em linguagem de programação FORTRAN. Foi enfocada neste estudo a simulação numérica dos efeitos da variação da energia de soldagem, da espessura e da temperatura de preaquecimento do metal base sobre a curva de resfriamento durante a transformação sob resfriamento contínuo dos aços citados. Foi simulada uma condição em que um cordão de solda foi depositado sobre placas dos aços estudados através do processo GMAW (Gas Metal Arc Welding). O modelo de fonte de energia baseado na distribuição duplo-elipsóide de fluxo de calor de Goldak et al. foi utilizado, a fim de se obter uma boa aproximação da penetração e da taxa de resfriamento da solda. Os resultados obtidos confirmaram qualitativamente aqueles apresentados pela literatura. / The aim of this work is to evaluate qualitatively the metallurgical transformations during the welding of the low alloy ferritic steels T/P23 e T/P24 when welded with different welding energy, preheat temperatures and base metal thickness. It was used a model based at heat transfer equation that apply the finite volume numerical method and implemented in a computational code in FORTRAN programming language. It was aimed at this work the numerical simulation of the effects of the energy change, base metal thickness and preheating temperature on the cooling curve during continuous cooling transformation of these steels. It was simulated a situation where a single weld fillet was deposited on plates of the investigated steels by the GMAW process. A heat source model based on Goldak`s double-ellipsoid power density distribution was utilized in order to get a good approximation of the weld penetration and cooling rate. The results obtained had a good qualitative agreement with the literature.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-07-28T14:38:03Z No. of bitstreams: 1 2016_HerlysHernandoCanizarezTorres.pdf: 62083823 bytes, checksum: ea0812a9e62c9c0300d4df9961cfd3e0 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-08-18T18:47:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_HerlysHernandoCanizarezTorres.pdf: 62083823 bytes, checksum: ea0812a9e62c9c0300d4df9961cfd3e0 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-18T18:47:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_HerlysHernandoCanizarezTorres.pdf: 62083823 bytes, checksum: ea0812a9e62c9c0300d4df9961cfd3e0 (MD5) / Neste trabalho se apresenta uma metodologia para união de tubos pelo processo de soldagem com a deposição do passe de raiz. Na realização da soldagem de topo, externa e sem abertura de raiz, a altura da face de raiz é um fator fundamental para obter penetração total. Em alguns casos, mata-juntas (podem ser de cobre o de materiais cerâmicos) são usadas para evitar vazamentos de solda. Porém, o cobre pode ocasionar inclusões e corrosão, além de trazer muitas dificuldades no momento de instalação e gerar grandes custos em campo. Assim sendo, realizou-se uma análise do efeito da penetração utilizando-se o método de fase de nariz decrescente na soldagem de passe de raiz sem uso de cobre-junta nem abertura de raiz, para as seguintes posições críticas de soldagem: plana, vertical e sobrecabeça. A análise foi feita utilizando o processo de soldagem MIG/MAG por curto-circuito derivativo, GMAW-CMT (Gas Metal Arc Welding - Cold Metal Transfer), com arame AWS ER 70S-6 (1,2mm) e o gás de proteção Ar+25%CO2. O Planejamento Composto Central foi utilizado como ferramenta para a melhor organização dos testes e para análise dos resultados fez-se uma otimização utilizando a teoria de Desirability para múltiplas respostas, usando chapas planas de aço 1020 com chanfro estreito em U. Logo, valida-se esta metodologia de penetração completa em soldagem orbital de meia volta descendente em um tubo ASTM 106 por meio do processo de soldagem curto-circuito convencional com a ajuda da potência de soldagem mesurada. Os testes foram realizados com arames consumíveis de diâmetros 0,9 e 1,2 mm. Ensaios de macrografia mostraram os passes de raiz com bom aspecto visual e sem defeitos internos, sugerindo assim a possibilidade de execução da soldagem com penetração total. _______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / In this manuscript is presented a methodology to realize the pipe union by the welding process with the deposition of the root pass. In the butt welding execution external without open root, the height of the root face is a key factor for getting full penetration. Sometimes, copper-joints are used to prevent leaks. Though, copper can cause inclusions and corrosion, producing many troubles during the installation and generating large costs in the work area. Therefore, it was performed a penetration effect analysis using the slanted nose phase, method in root pass welding without the use of copper-joint or root opening, for the following critical welding positions: flat, vertical and overhead. The analysis was performed using the welding process MIG/MAG by derivative short circuit, GMAW-CMT (Gas Metal Arc Welding – Cold Metal Transfer), with AWS ER 70S-6 wires (1.2 mm) a with Ar+25%CO2, as shielding gas. The Central Composite Design (CCD) was used as a tool for a better organization of the tests, whereas to analyze the results it was made an optimization based on the Desirability theory for multiple responses, employing flat sheets of 1020 steel with a narrow-gap in U-shape. Then, this full penetration methodology in orbital welding turned down was validated in a ASTM 106 pipe through the conventional short-circuit welding process, with the joint established in the previous stages. The tests were performed with wires of 0.9 and 1.2 mm in order to evaluate the welding power. Macrography tests showed root pass with an acceptable visual appearance and without internal defects, thereby suggesting the possibility of welding execution with full penetration.