Tese (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-06-24T15:46:47Z No. of bitstreams: 1 2016_JesusEmilioPintoLopera.pdf: 8122014 bytes, checksum: 6c1b283b2f3589e735731930ecfec908 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-06-28T20:13:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_JesusEmilioPintoLopera.pdf: 8122014 bytes, checksum: 6c1b283b2f3589e735731930ecfec908 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-28T20:13:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_JesusEmilioPintoLopera.pdf: 8122014 bytes, checksum: 6c1b283b2f3589e735731930ecfec908 (MD5) / O processo de soldagem GMAW é um dos mais utilizado na produção industrial, devido, entre outras características, a seu alto grau de automação e a vantagem de se poder utilizar em diversas configurações com a maioria dos metais e ligas comerciais existentes. No caso da geometria dos cordões de solda no processo GMAW, diferentes pesquisas têm sido encaminhadas ao controle dos parâmetros operacionais que garantam as características geométricas requeridas, entre as mais importantes, a largura, o reforço e a penetração. Atualmente, diferentes modelos baseados em modelamento empírico ou em inteligência artificial são utilizados para controlar um parâmetro geométrico à vez. Este trabalho propõe uma estratégia que, independente de modelos predefinidos do processo, permite controlar simultaneamente a largura e o reforço dos cordões de solda no processo de soldagem GMAW no modo de transferência metálica por curto-circuito (GMAW-S). O controlador proposto é baseado em agentes inteligentes focados diretamente nas medições de largura e reforço dos cordões de solda. O monitoramento dos parâmetros geométricos é realizado em tempo real utilizando uma única câmera e diferentes metodologias de processamento digital de imagens. A avaliação da estabilidade do processo é realizada em tempo real e emprega-se para sair das regiões de instabilidade nas quais possa incorrer o processo durante a etapa de controle. A metodologia de monitoramento é avaliada como satisfatória utilizando o teste “t” para diferentes combinações de parâmetros de entrada. O tempo de processamento de cada imagem não supera os 3 ms, considerando-se adequado visando etapas de controle com uma taxa de amostragem de 100 Hz. Os resultados experimentais mostram que a implementação da estratégia de controle proposta é viável e consegue atingir simultaneamente diferentes valores de referência de largura e reforço dos cordões de solda. _______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The GMAW process is widely used in industry due to, among others, its easer automation and high productivity. In the case of weld bead geometry in GMAW processes, different researches have been conducted to control operating parameters and to ensure required geometrical characteristics, among the most important: the width, the height and the penetration. Currently, different models, based on empirical modeling or artificial intelligence methodologies, are used to control individual geometric parameters. This work proposes a strategy that, regardless of predefined models, can simultaneously control the width and the height of the weld beads in GMAW-S process. The proposed control system is based on intelligent agents focus on measurements of the weld bead width and height. The geometric parameters monitoring is performed in real time using a single camera and different methods of digital image processing. The evaluation of process stability is performed in real time and employed to avoid the regions of instability in which may incur this process during the control stage. The monitoring methodology is assessed as satisfactory using the “t” test for different combinations of input parameters. The time of the image processing does not exceed 3 ms for each image and is considered appropriate to control steps, which use a 100 Hz sampling rate. The experimental results show that the implementation of the proposed control strategy is feasible in systems control without predefined model, achieving different width and height reference bead values.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2014. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2015-11-06T16:12:20Z No. of bitstreams: 1 2014_TadeuCastroDaSilva.pdf: 2147614 bytes, checksum: 731ebe11dc6987e4668595f2687dc38a (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2015-11-11T11:29:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_TadeuCastroDaSilva.pdf: 2147614 bytes, checksum: 731ebe11dc6987e4668595f2687dc38a (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-11T11:29:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_TadeuCastroDaSilva.pdf: 2147614 bytes, checksum: 731ebe11dc6987e4668595f2687dc38a (MD5) / Medir temperatura é de fundamental importância na caracterização termomecânica e em muitas aplicações de ligas com memória de forma (Shape Memory Alloys - SMA). A aplicação da termografia infravermelha é muitas vezes a técnica mais adequada ou a única possível para mediar a temperatura de elementos com memória de forma, e essa medição depende do conhecimento da emissividade do material em questão. Tendo em vista que a emissividade depende das características superficiais do material, conhecer a emissividade de ligas com memória de forma se torna ainda mais importante, uma vez que ela pode variar com a mudança de fase do material, que é acompanhada por alterações na rugosidade da liga, o que por sua vez pode influenciar a emissividade e, consequentemente, o valor da temperatura medida, caso a devida correção da emissividade não seja feita. Vislumbrando estabelecer relações entre as transformações de fase martensíticas em ligas com memória de forma e emissividade, o objetivo do presente trabalho é conceber o projeto, construir e testar um aparato experimental que possibilite a medição da emissividade em ligas com memória de forma. O desenvolvimento do aparato experimental foi orientado pelas normas ASTM E1933-99 (Standard Test Methods for Measuring and Compensating for Emissivity Using Infrared Imaging Radiometers) e JIS A 1423 (Simplified test method for emissivity by Infrared Radio Meter) que estabelecem diretrizes para a medição de emissividade. O aparato desenvolvido utiliza sensores de temperatura infravermelhos ativos e passivos, na banda larga espectral de 8~14 μm e opera na faixa de temperatura de 25 ºC até 120 ºC. O ensaio foi executado sob vácuo de até 150 x 10-3 Pa. A funcionalidade e a eficiência do aparato foram avaliadas por meio da caracterização da emissividade de um material convencional (Aço 1020) e uma liga com memória de forma (Ni55Ti45). Os resultados obtidos em ambos são consistentes com dados disponíveis na literatura. A emissividade do aço manteve aproximadamente constante na faixa de temperatura considerada (25 a 100 ºC), e a liga Ni55Ti45 em peso apresentou uma variação de 9,5% na emissividade entre o estado completamente martenstítico e o completamente austenítico. Essa variação é explicada teórica e experimentalmente pela variação da rugosidade média da liga, que na fase martensítica é de 0,761 μm e na austenítica de 0,821 μm. Comparando os resultados obtidos com o aparato experimental e com um sensor de emissividade constata-se uma diferença de aproximadamente 4,2%. Assim, conclui-se que o aparato experimental desenvolvido atende aos propósitos para os quais foi concebido e possibilitará um aprofundamento da investigação da relação entre transformação martensítica e emissividade em ligas com memória de forma. ______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Measurement temperature is of fundamental importance in thermomechanical characterization and in many applications of Shape Memory Alloy (SMA). The use of infrared thermography is often the most suitable technique or the only possible way to measure, the temperature of the shape memory element and this measurement depends on knowledge of the emissivity of the material in question. Given that the emissivity depends on the surface characteristics of the material, to know the emissivity of the shape memory alloy becomes even more important since it may vary with the phase change material, which is accompanied by changes in surface roughness of the alloy, which in turn can influence the emissivity and hence the value of the measured temperature if the correction of the emissivity is not made. Gleaming establish relations between the martensitic phase transformations in shape memory alloys and their emissivity, the aim of the present work is to design, build and test an experimental apparatus that enables the measurement of emissivity in shape memory alloys. The development of the experimental apparatus is guided by the standards ASTM E1933-99 (Standard Test Methods for Measuring and Compensating for Emissivity Using Infrared Imaging Radiometers) and JIS A 1423 (Simplified test method for emissivity by Infrared Radio Meter) which establish guidelines for measuring emissivity. The developed apparatus applies passive and active infrared temperature sensors in the spectral bandwidth of 8~14 μm and operates in the temperature range from 25 °C to 120 °C. The measurements may be performed under vacuum of 150 x 10-3 Pa. The functionality and efficiency of the apparatus were evaluated by characterizing the emissivity of a conventional material (Steel 1020) and a shape memory alloy (Ni55Ti45 wt.%). The results of both are consistent with data available in the literature. The steel emissivity remains approximately constant over the considered temperature range (25 to 100 °C), and the Ni45Ti55 in wt.% alloy emissivity changed in 9.5% between the fully martensitic state and the fully austenitic one. This variation is explained theoretically and experimentally by the roughness variation of the alloy, which in the martensitic phase is 0.7610 μm and in the austenitic one 0.8217μm. Comparing the results obtained with the experimental apparatus and an emissivity sensor one notes a difference of approximately 4.2%. Thus, it is concluded that the developed experimental apparatus meets the purposes for which it was designed and so allow further investigation of the relationship between emissivity and martensitic transformation in shape memory alloys.

Orientador: Gilberto de Magalhães Bento Gonçalves / Banca: Cesar Renato Foschini / Banca: Angelo Caporalli Filho / Resumo: Diversos fatores podem afetar a fabricação e a montagem de estruturas metálicas, tais como os inerentes ao processo fabril, equipamentos, parâmetros de soldagem, consumíveis e o tipo de gás de proteção. Nesse ramo, as indústrias utilizam largamente a chapa dobrada, nos aços ASTM A36 e CSN Civil-300 para obter juntas soldadas de alta qualidade. Para isso, três variáveis precisam permanecer com baixa variabilidade e dentro de limites confiáveis: as propriedades mecânicas, a distorção e a corrosão na junta soldada. Este trabalho focaliza o processo de soldagem MAG, com o uso do braço robótico Motoman UP6, quanto ao comportamento do aço estrutural em relação a distorção, corrosão e as propriedades mecânicas na junta soldada. Diante disto, o perfil de aço ASTM A36 em chapa dobrada tipo U 100x50x3,0 mm e U 100x50x2,7 mm, formado no aço ARBL CSN Civil-300 foram aplicados ao processo de soldagem MIG/MAG. Neste processo, utilizou-se quatro tipos de juntas experimentais (com e sem ponteamentos), dois tipos de arames-eletrodos, AWS ER70S-3 e AWS ER70S-6, proteção gasosa de 75%Ar-25%CO2, e parâmetros de soldagem que permitiram manter constante a densidade de corrente. Para tanto, foram utilizados o método de escaneamento tridimensional para avaliação da distorção na junta soldada, o método de aceleração da corrosão por névoa salina para avaliação da corrosão, as propriedades mecânicas foram avaliadas baseando-se na medição de microdureza, além disso, foram feitas análise química e observ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Several factors may affect the manufacture and building of metal structures, such as those inherent in the manufacturing process, equipment, welding parameters, consumables and the type of shilding gas. In this business, industries widely use the sheet bended in steel ASTM A36 and CSN Civil-300 for welded joints of high quality. For this, three variables need to remain with low variability and within reliable limits: the mechanical properties, distortion and corrosion the welded joint. This work focuses on the MAG welding process, using the robotic arm Motoman UP6, as the structural steel behavior in relation to distortion, corrosion and mechanical properties in the welded joint. Given this, the steel profile ASTM A36 bended plate type U 100x50x3,0 mm and U 100x50x2,7 mm, formed in HSLA steel CSN Civil-300 were applied of the MIG/MAC welding process. In this process, we used for four types of experimental joints (with and without picking), two types of electrode wire AWS ER70S-3 and AWS ER70S-6, shielding gas 75%Ar-25% CO2, and with welding parameters which allowed maintaining constant the current density. Therefore, we used three-dimensional scanning method for evaluation of distortion in the welded joint, the method of accelerated corrosion by salt spray to evaluate the corrosion and mechanical properties were evaluated based on the microhardness measurement, in addition, analysis chemical and observation of the micrographics images of ASTM A36 and CSN Civil-300 steels welded together with the AWS ER7OS-3 and AWS ER7OS-6 electrodes wires. Regarding the obtained results, it was verified that the distortion introduced displacement of less than 0,45 mm on the sample surface. The Civil-300 CSN steel showed higher resitance to corrosion, with the lower mass loss of 0,0018 mm/year. The microhardness measurement at these joints showed 13% average reduction using AWS ER7OS-3 electrode wire with... (Complete abstract electronic access below) / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-10-26Bitstream added on 2014-06-13T20:37:08Z : No. of bitstreams: 1 angelico_c_me_bauru.pdf: 3319014 bytes, checksum: 6e80b1957b5cf72eb5800b57aafd8569 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho foram investigados os efeitos da velocidade de soldagem no comportamento mecânico em juntas da liga AA 6063-T6, soldadas pelo processo TIG-CA com onda retangular desbalanceada. Foram analisadas as características macroestruturais (diluição do metal de base e coeficiente de forma). O planejamento experimental contemplou a utilização de metal de adição (AWS ER 4043), chanfro em v (60º), e variações nos parâmetros de ajuste de onda retangular nominalmente: amplitude de corrente negativa e tempo de polaridade negativa do eletrodo. A análise microestrutural utilizou microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura em observações no metais de solda obtidos e correspondentes ZTA. A avaliação mecânica foi realizada por meio de ensaios de tração nas juntas soldadas e medidas de microdureza Vickers. Adicionalmente, foram medidas as temperaturas máximas alcançadas nas juntas durante a soldagem. Os resultados mostram alterações nos valores das diluições do metal de base e na configuração geométrica dos cordões, em função da variação na velocidade de soldagem. As microestruturas desenvolvidas nos meios de solda e ZTA não se diferenciaram significativamente e, por consequencia, o comportamento mecânico detectado foi similar em todas as condições de soldagem aplicadas / In this study were investigated the welding speed effects in the mechanical behavior in welded joints of AA 6063-T6 alloy, welded by TIG-CA process with retangular wave. Were analyzed characteristics macrostructural (base material dillution, width and depth) of the weld bead. The experimental planning used and addition metal (AA 4043 alloy), bevel type v (60º) and variations in the setting parameter of retangular wave called negative current amplitude and duration of negative electrode polarity. The microstructural analysis used optical microscopy and scanning electron microcopy observation in the weld metals and HAZ obtained. The mechanical evaluation was performed by a tensile test on welded joints and Vickers microhardness measurements. In addition, it was measure the maximum temperature reached in during welding. The results show market changes in the values of the dillutions tested and the geometric configuration of the weld beads, mainly due to the variation in the welding speed. The microstuctures developed in the weld meal and HAZ did not differ significantly and, consequently, the mechanical behavior detected was similar in all welding conditions applied

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-01-20Bitstream added on 2014-06-13T20:17:59Z : No. of bitstreams: 1 correa_frt_me_bauru.pdf: 1326371 bytes, checksum: a4dd5287d93dc0ae01a81f1278a10ffd (MD5) / No presente trabalho buscou-se determinar o comportamento das características geométricas do cordão da solda e o desempenho da soldagem, através do processo de soldagem com arame tubular autoprotegido e corrente pulsada. As características geométricas estudadas foram largura do cordão, penetração da solda e altura do reforço. Para definir o desempenho da soldagem analisou-se o rendimento de deposição e a taxa de deposição. Como metal de base utilizou-se o aço ABNT 1010 de espessura 6,35mm. O arame utilizado foi o AWS E71T-11 com diâmetro 1,1mm. A soldas foram realizadas por simples deposição, utilizando-se uma fonte de solda microprocessada, mantendo-se a velocidade de soldagem e a distancia tocha/peça constante. Durante o processo de soldagem os parâmetros de pulso analisados foram a corrente de pico (Ap), corrente de base (Ab), freqüência de pulso (F) e tempo de pico (Tp). Para coleta dos dados foi utilizada uma placa de aquisição de dados com interface a um microcomputador. De posse dos dados, foi aplicada a técnica de ANOVA, com o objetivo de identificar, quantificar e localizar a significância das dispersões. Verificou-se que a tensão média tem grande influência nas características geométricas do cordão de solda e de desempenho da soldagem. Para cada incremento de F provocou uma redução da largura do cordão de solda e aumento da penetração, altura do reforço, taxa de deposição e rendimento de deposição. O incremento Tp acarretou a formação de cordões mais largos, como também a redução na altura do reforço, penetração, taxa de deposição e rendimento de deposição. A variação de Ap não teve influência sobre largura do cordão, a altura do reforço, taxa de deposição e rendimento de deposição. / In the present work one searched to determine the behavior of the geometric characteristics of the bead weld and the performance of the welding, through the process self-shielded flux cored arc welding and pulsed current. The studied geometric characteristics had been width of bead, penetration of the weld, height of the reinforcement. To define the performance of the welding one analyzed the deposition efficiency and the deposition rate. As metal base was used steel ABNT 1010 with thickness 6, 35 mm. The used wire was the AWS E71T-11 with diameter 1,1 mm. The welds had been carried through by simple deposition, using themselves a microprocessed weld power source, remaining constant it welding speed and the stick-out. During the welding process the analyzed parameters of pulse had been the peak current (Ap), base current (Ab), pulse frequency (F) and peak duration (Tp). For collection of the data a plate of acquisition of data with interface to a microcomputer was used. Of ownership of the data, the ANOVA technique was applied, with the objective to identify, to quantify and to locate the significance of the dispersions. It was verified that the mean voltage has great influence in the geometric characteristics of the bead weld and the performance of the welding. For each increment of F it provoked a reduction of the width of the bead weld and increase of the penetration, height of the reinforcement, deposition rate and deposition efficiency. The Tp increment caused the wider bead weld formation, as also the reduction in the height of the reinforcement, penetration, deposition rate and deposition efficiency. The variation of Ap did not have influence on width of the bead weld, the height of the reinforcement, deposition rate and deposition efficiency.

Orientador : Ramón Sigifredo Cortés Paredes / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa: Curitiba, 30/06/2010 / Inclui referências / Resumo: Neste trabalho foram avaliados os efeitos da soldagem plasma utilizando pulsação de corrente (1 e 5Hz) sobre a microestrutura e resistência à fadiga em um aço inoxidável supermartensítico alta liga visando a utilização destes como processo bem como material base ou de adição em soldagens sobre rotores de turbinas hidráulicas. Devido à escassez de informações existentes na literatura atual, este trabalho teve como objetivo avaliar a microestrutura em especial a formação de fases deletérias como a ferrita-delta e a possibilidade de obtenção de refino da granulação do material por meio do uso da soldagem plasma com corrente pulsada. Por meio de análises metalográficas, difratometria de raios–X e microdureza Vickers foram avaliadas as fases presentes em especial a distribuição de ferrita-delta, austenita retida e tamanho da granulação produzidos pela pulsação de corrente. Foi constatado que a pulsação de corrente promove no interior da zona fundida a formação de bandas de ferrita-delta bem como variação do tamanho da granulação e dureza ao longo desta sendo o espaçamento entre as bandas e tais variações relacionadas à frequência de pulsação. Com relação à formação de austenita retida decorrente de pulsação a mesma não ocorreu. Quando confrontadas as ZTAs resultantes dos processos pulsado e convencional, foram constatadas reduções significativas na largura desta e no porcentual de ferrrita-delta quando do uso da pulsação de corrente. Por meio de ensaios cíclicos sob flexão em quatro pontos foi avaliada a influência dos processos pulsado e convencional na resistência à fadiga de tal aço. Corroborado por ensaios de tensão residual, obtido pela técnica do "furo cego", obteve-se melhor desempenho à fadiga quando da aplicação de corrente pulsada com baixa frequência (1 Hz) sendo os valores de limite de resistência à fadiga obtidos para a condição convencional e pulsada de 500 e 680 MPa respectivamente. Apesar da formação de bandas de ferrita-delta no interior da zona fundida, foi constatado que a nucleação do processo de fadiga ocorre na ZTA dos cordões em associação com a presença de inclusões não metálicas as quais promoveram grande dispersão dos resultados. / Abstract: In this work microstructure and fatigue resistance were evaluated when plasma pulsed current (1 and 5Hz) welding was applied in a high alloy supermartensitic stainless steel. Metallography, X-ray diffraction and Vickers microhardness were carried out to identify delta-ferrite, retained austenite distribution and grain size along bead on plate produced by welding. When compared with conventional process, delta-ferrite, as well grain size and microhardness, are distributed in bands along weld bead, specially when produced with low frequencies (1 Hz) currents. No retained austenite was detected in consequence of pulsed current. Otherwise, heat affected zone (HAZ) revealed low deltaferrite content and width both produced by pulsed process. Cyclic tests conducted by four point bending show best fatigue resistance with 1 z pulsed condition against conventional process in consequence of low residual stresses determined by hole drilling methods. After fatigue tests, fractured specimens reveals that fatigue nucleation process occurred in both process in the HAZ mostly in non metallic inclusion promoting high results dispersions.

Orientador : Prof. Dr. Ramón Sigifredo Cortés Paredes / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa: Curitiba, 25/08/2011 / Bibliografia: fls.135-138 / Resumo: Os aços inoxidáveis superduplex são ligas Fe-Cr-Ni-Mo que possuem uma microestrutura balanceada de austenita-ferrita. Neste trabalho, foram estudados os efeitos da soldagem de simples deposição com três diferentes níveis de energia de soldagem: 0,8; 1,3 e 3,4 kJ/mm. Foi realizada ciclagem térmica simulando condições de operação entre 200 e 400 oC. Após ensaios de impacto, de dureza, análise microestrutural e de corrosão, a resistência mecânica as esforços ensaiados não se mostra comprometida após soldagem, mesmo com a precipitação de ferrita delta e variação da quantidade de austenita e ferrita na ZTA. Com relação à dureza, esta propriedade é influenciada pela variação da energia de soldagem e com 1 e 5 ciclos térmicos. O aço inoxidável superduplex UNS S32750, em todas as condições de aporte térmico e ciclagens estudadas, demonstra ser menos tenaz na zona termicamente afetada. Na zona de fusão e na zona termicamente afetada, a formação de estruturas de solidificação variou em função dos parâmetros de soldagem adotados e a aplicação dos ciclos térmicos. Com relação à resistência à corrosão, os valores encontrados para potencial de corrosão, potencial de início de formação de pites e corrente de corrosão estão aquém dos valores para o metal de base. / Abstract: The superduplex stainless steels are Cr-Fe-Ni-Mo alloys that exhibit a balanced austenitc-ferritc microstructure. The effect of a simple deposition during welding has been studied with three different welding energy levels. Thermal cycles were carried out in order to simulate working conditions between 200 and 400 ºC. After impact and hardness tests, microstructural characterization and corrosion evaluation, it could be noticed that the mechanical resistance evaluated was not compromised after welding, even after delta ferrite precipitation and changes on the amount of austenite and ferrite percentage in the heat affected zone (HAZ). Regarding hardness, it changed with the variation of the welding energy and with 1 and 5 thermal cycles. In the fusion zone and heat affected zone, the solidification structures varied depending on the welding parameters used and the application of thermal cycles. With respect to corrosion resistance, the values found for corrosion potential, potential for early formation of corrosion pits and current value are below those for the base metal.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5246.pdf: 9799013 bytes, checksum: 4c1e1a4d482b5bbe3c75535359168a82 (MD5) Previous issue date: 2012-10-05 / Universidade Federal de Minas Gerais / Polymeric components have been replacing traditional materials such as glass or metals in a wide range of applications due to their advantages, such as optimized specific strength (weight-to-strength ratio), reduced fabrication time and costs, and design flexibility. The increasing use of polymeric materials in engineering requires efficient and environmental friendly fabrication and processing technologies. Initially developed for metals, the Friction Stir Spot Welding (FSSW) is a joining technique with short process cycles, low energy consumption and no need of consumables. Friction Stir Spot Welding has excellent performance in welding of lightweight alloys, showing promising results in thermoplastic welding. This study investigates the relationships between friction stir spot welding parameters (tool rotational speed, plunge rate and dwell time) and weld properties (joint geometry, process temperature, microstructure, lap shear resistance and failure mechanisms) in polymethylmethacrylate (also known as PMMA) single-spot joints. PMMA friction stir spot welds showed similar mechanical performance in comparison to other current welding techniques, with equal or shorter welding cycle times. Differential scanning calorimetry and gel permeation chromatography analysis demonstrated that polymer degradation level in the weld region was negligible. The statistical models proposed for FSSW of PMMA showed good repeatability and reproducibility for the investigated material and welding ranges. Moreover, the feasibility of the Friction Spot Welding (FSpW) a new joining technology developed as a further improvement of the friction stir spot welding was successfully demonstrated in thermoplastic polymers for the first time worldwide. Sound FSpW-single lap joints on PMMA were produced and their properties studied within an exploratory study. / A busca por eficiência econômica e tecnologias ecologicamente corretas tem sido observada em praticamente todos os setores da produção industrial, desde o desenvolvimento de materiais, design de produtos e inclusive na área da soldagem. A soldagem ponto por fricção e mistura mecânica, FSSW (do inglês Friction Stir Spot Welding) e a Friction Spot Welding FSpW são técnicas de soldagem recentes e que têm sido amplamente empregadas na união de ligas metálicas leves, em que as soldas geralmente apresentam excelentes propriedades mecânicas. Além disso, ciclos de soldagem curtos, baixo consumo de energia e ausência de necessidade de adição de material ou elementos de soldagem são características positivas encontradas nesses novos processos. Na área de materiais poliméricos, entretanto, este é um novo e promissor assunto. Neste trabalho buscou-se investigar a relação entre os parâmetros do processo de soldagem por FSSW (velocidade de rotação da ferramenta, taxa de penetração e tempo de recalque) e as propriedades das juntas (geometria da solda, máxima temperatura processual, área afetada termicamente, resistência mecânica ao cisalhamento sob tensão e mecanismos de fratura) em placas de poli (metacrilato de metila). Foi possível observar a formação de juntas com resistência mecânica ao cisalhamento semelhante a outros processos atualmente utilizados na indústria, com tempos de ciclo de soldagem iguais ou inferiores a esses processos. As análises via calorimetria diferencial exploratória (DSC) e cromatografia por permeação em gel (GPC) demonstraram que os níveis de degradação termomecânica encontrados nas amostras foram insignificantes. A modelagem estatística do processo demonstrou a boa repetibilidade e reprodutibilidade dentro das condições estudadas. Nesse trabalho, também foi investigado através de um estudo exploratório, pela primeira vez, a viabilidade da nova técnica FSpW na soldagem de termoplásticos, demonstrando, com sucesso, a capacidade de obtenção de juntas de boa qualidade em PMMA.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6225.pdf: 3783429 bytes, checksum: 00e19e39c679c757c5ab39b60440a488 (MD5) Previous issue date: 2014-08-07 / Currently there is a lot of pressure in the aeronautical and automobilistic transport section in order to reduce the fuel consumption and consequently cost and gas emissions. This measure has increased in the last years the use of light alloys, as the alluminium s alloys and of more efficient methods for joining them. Nevertheless, there is some difficult in joining these alloys using the conventional methods. The Friction Spot Welding (FSpW) is a solid state joining technique, that has great advantages regarding others joining techniques, and therefore could be a viable alternative to replace the established technologies as Resistance Spot Welding (RSW) and riveting, which are widely used by the automotive industry. The present works aims to study, through the Friction Spot Welding process (FSpW), the similar welding conditions of AA5754-H111 aluminium alloy and also the dissimilar welds between AA5754-H111 aluminium alloy and AZ31-O magnesium alloy. The influence of process parameters over the microstructure and the mechanical properties of the welded joints, as well as, the optimization of the welding process were evaluated. The joints were produced in overlap configuration through a different combination of parameters, which were established by statistical methods for design of experiments, and later submitted to mechanical and metallurgical characterization. The results proved the feasibility of joining the similar and dissimilar plates of aluminium AA5754 and magnesium AZ31 through FSpW process. The similar joints showed great results of shear strength. However, in the dissimilar joints, the utilization of a zinc interlayer, in spite of leading to a great superficial finishing, didn t effectively decrease the amount of intermetallic compounds formed in the joint as it was expected, leading to low values of shear strength. / Atualmente existe uma grande pressão no setor de transportes aeronáutico e automobilístico, a fim de reduzir o consumo de combustíveis, e consequentemente, o custo e as emissões de gases. Essa medida aumentou, nos últimos anos, o uso de ligas leves como as de alumínio e de magnésio, bem como métodos mais eficientes de uni-las. Porém, existem certas dificuldades em se unir essas ligas através de métodos convencionais de soldagem por fusão [1]. A Soldagem por Fricção por Ponto (do inglês, Friction Spot Welding - FSpW), possui várias vantagens com relação a outras técnicas de soldagem, podendo ser uma alternativa viável para substituir tecnologias, tais como Soldagem por Resistência por Ponto (RSW) e rebitagem, já muito usadas pela indústria automobilística [2] [3]. O presente trabalho visou estudar, pelo processo de FSpW, as condições de soldas similares da liga de alumínio AA5754-H111 e também de soldas dissimilares da liga de alumínio AA5754-H111 com a liga de magnésio AZ31-O, utilizando uma camada intermediária de zinco. A influência dos parâmetros de processo sobre a microestrutura e as propriedades mecânicas das juntas soldadas, assim como a otimização do processo de soldagem foram avaliadas. As soldas foram produzidas em configuração de sobreposição por diferentes combinações de parâmetros, as quais foram estabelecidas por metodologias estatísticas de planejamento de experimentos, e posteriormente submetidas à caracterização mecânica e metalúrgica. Os resultados comprovaram a possibilidade de união similar e dissimilar das chapas de alumínio AA5754 com as de magnésio AZ31 pelo FSpW. As soldas de materiais similares mostraram resultados satisfatórios de resistência ao cisalhamento. Entretanto, nas soldas de materiais dissimilares a utilização de uma camada intermediária de zinco, apesar de ter levado a um bom acabamento superficial, não reduziu efetivamente a quantidade de fases intermetálicas formadas nas juntas como o esperado, levando a valores baixos de resistência ao cisalhamento.

Submitted by Izabel Franco (izabel-franco@ufscar.br) on 2016-09-20T18:55:10Z No. of bitstreams: 1 DissJG.pdf: 8680920 bytes, checksum: 558643ae51125e185840f2e6e5e07b83 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-21T12:40:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissJG.pdf: 8680920 bytes, checksum: 558643ae51125e185840f2e6e5e07b83 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-21T12:40:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissJG.pdf: 8680920 bytes, checksum: 558643ae51125e185840f2e6e5e07b83 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-21T12:40:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissJG.pdf: 8680920 bytes, checksum: 558643ae51125e185840f2e6e5e07b83 (MD5) Previous issue date: 2015-08-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Friction Spot Welding (FSpW) is an innovative technique developed and patented in 2005 by the Helmholtz Zentrum Geesthacht (HZG) research center in Germany. FSpW uses the friction between a rotating tool and the workpieces to generate heat enough to cause diffusion across the interface to consolidate the weld. This new welding technology has been tested and optimized with the objective of produce overlap weld joints between two polyamide 6 plates. Full factorial design of experiments (24) and analysis of variance (ANOVA) allowed to explain the effects of weld parameters as rotational speed (RS), welding time (WT), plunge depth (PP), holding pressure time (HPT) and the interactions between these main parameters on the microstructural characteristics and mechanical strength of the joints. The rotational speed (RS) and welding time (WT), within the limits studied, had greater influence on the mechanical single lap shear strength of the joints that achieved up to 26 MPa. This behavior was related to the higher heat generation during the weld, reaching temperatures of up to 275°C, thereby increasing the welded area. The parameter holding pressure time (HPT), designed in this study allowed the cooling and solidification of the polymer under pressure, improving the weld surface finishing and avoiding defects as voids in the weld area. The most common failure for the joints with higher mechanical strength was the fracture of one of the plates while the joints with lower mechanical strength showed interface shear failure. The degree of crystallinity of PA6 in the welded area did not show a significant difference as compared to the base material. The molecular weight of PA6 in the welded area was reduced in the worst case 7% as compared to the base material (Mv = 41.800 g/mol), and that reduction occurred linearly with the increase of the temperature during the welding; however, that low degree of degradation was not found to affect the mechanical strength of the joints. These characteristics emphasize the potential of this FSpW as an alternative to the current welding methods for polyamide 6. / A Soldagem Pontual por Fricção (FSpW) foi desenvolvida e patenteada pela Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG), na Alemanha. A FSpW é uma técnica de soldagem pontual que ocorre por meio da fricção de uma ferramenta, com movimentos rotacional e axial, através das amostras, gerando aquecimento suficiente para fundir e misturar localmente o(s) polímero(s), com posterior consolidação sob pressão. Este estudo teve como principal objetivo investigar o uso da FSpW na fabricação de juntas pontuais entre chapas de poliamida 6 (PA6) sobrepostas. Experimentos do tipo fatorial completo (24) e análise de variância (ANOVA) possibilitaram a compreensão dos efeitos dos parâmetros de soldagem, velocidade de rotação (VR), tempo de soldagem (TS), profundidade de penetração da ferramenta (PP), tempo de consolidação (TC), e de suas interações, sobre características microestruturais e a resistência mecânica das juntas. Os parâmetros velocidade de rotação (VR) e tempo de soldagem (TS), dentro dos limites estudados, apresentaram maior influência sobre a resistência mecânica das juntas, alcançando 26 MPa. Este comportamento foi relacionado à maior geração de calor durante a soldagem, atingindo temperaturas de até 275oC, consequentemente, aumentando a área soldada. A utilização do parâmetro tempo de consolidação (TC), idealizado neste estudo, possibilitou o resfriamento e solidificação do polímero sob pressão, melhorando o acabamento superficial da solda e evitando a formação de defeitos. Juntas com maiores valores de resistência ao cisalhamento sob tração apresentaram maior probabilidade de falha por fratura de uma das chapas, enquanto que juntas menos resistentes falharam por separação das chapas. O grau de cristalinidade da PA6 nas soldas não sofreu variação significativa e observou-se um decréscimo de até 7% na massa molar da PA6 em relação ao material de base (Mv = 41.800 g/mol) que ocorreu de forma linear com o aumento da temperatura durante a solda, porém essa alteração não comprometeu a resistência mecânica da solda.