O presente trabalho tem como objetivo estudar a viabilidade de realizar soldas autógenas entre os reforçadores longitudinais e o revestimento de uma aeronave utilizando laser a fibra de alta potência. O estabelecimento dessa técnica tem um potencial de aplicação muito elevado na indústria aeronáutica, por se tratar de um projeto exploratório voltado à junção de reforçadores longitudinais ao revestimento de aeronaves. No método tradicional de junção, os reforçadores são fixados ao revestimento utilizando-se rebites. Embora o processo seja bastante automatizado, tal método oferece pouco potencial para o aumento da velocidade de produção e/ou redução de peso das aeronaves. Realiza-se um amplo levantamento experimental utilizando chapas de alumínio estrutural 6013-T4 com espessura de 1,6 mm. Os principais parâmetros de influência sobre o processo são analisados, permitindo a construção de uma base de dados. Os resultados indicam que é possível o ajuste de tais parâmetros para a obtenção de cordões de solda de penetração com boas características dimensionais, geométricas e com poucos defeitos. Também é avaliado o comportamento mecânico do conjunto soldado. São realizados ensaios visando a obtenção da resistência à tração do reforçador em relação ao revestimento. São conduzidos ensaios adicionais com aplicação de uma carga ao revestimento, simulando a pressurização da fuselagem de uma aeronave. Os resultados mostram uma resistência mecânica do cordão de solda de até 280 MPa, valor próximo aos de referência do material de base, entre 275 e 325 MPa. Resultados ainda mais expressivos são observados em conjuntos submetidos ao tratamento térmico pós-soldagem, onde a resistência mecânica alcança 310 MPa, representando uma eficiência de junção acima de 95% indicando ao menos, a possibilidade de substituição do material de adição - geralmente introduzido ao processo de soldagem a laser - por tal técnica.

Neste trabalho foram estudadas e desenvolvidas conexões para serem utilizadas no Sistema de Controle de Rolamento do Veículo Lançador de Satélites (VLS) do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) do Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial (CTA). Foi utilizada a técnica de soldagem por fricção de materiais dissimilares. Os materiais utilizados foram: aço inoxidável AISI 304 e ligas de alumínio 6351-T6 e 5052. Primeiramente, foram elaborados corpos-de-prova e submetidos a testes de soldagem de topo, com o intuito de serem levantados alguns parâmetros de soldagem. Houve também a necessidade de se fazer um estudo da rugosidade da superfície de fricção do aço inoxidável. Os resultados obtidos retratam as condições de rugosidade para o par aço inoxidável - alumínio. Após os estudos, os corpos-de-prova obtidos pelo processo de soldagem foram submetidos a ensaios mecânicos de tração, para obtenção dos valores do limite de resistência à tração da junta soldada em relação à rugosidade. Após os ensaios de tração, os corpos-de-prova que apresentaram melhores resultados foram preparados metalograficamente e examinados por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, análise química dispersiva de raios X e ensaios de microdureza Vickers. Com base nos resultados obtidos, foi estudada e projetada uma geometria especialmente desenvolvida para atender todas as necessidades de segurança exigidas para a utilização no Sistema de Controle de Rolamento do veículo. A geometria desenvolvida possibilitou a encapsulamento do alumínio, pela diminuição de sua deformação plástica, aumentando a área de contato e o ancoramento entre os dois materiais. Com isto melhorou-se a área de difusão do alumínio na superfície do aço inoxidável e também o ancoramento mecânico.

Historicamente, a indústria aeronáutica tem buscado desde os seus primórdios novas soluções tecnológicas que tornem o voo mais seguro e, é claro, mais econômico. O desenvolvimento de novas técnicas de fabricação aliado ao surgimento de novos materiais permitiu que os engenheiros criassem projetos com maior eficiência estrutural, isto é, maior resistência mecânica por peso. Com o assunto fadiga em voga, novas condições de contorno surgiram à medida que novas filosofias de projeto foram propostas. No contexto de desenvolvimento tecnológico, a solda a laser apresenta o potencial de combinar velocidade e maior resistência à fadiga e a deformação quando comparada aos tradicionais processos de junção mecânica, como rebites. O presente trabalho investigou a tenacidade, iniciação da trinca e taxa de propagação no alumínio 6013-T4 com uma espessura de 1.6 mm. O estudo abrangeu material base e chapas com solda. As soldas foram realizadas por um laser de Yb:fibra de alta potência. Foram fabricados quatro conjuntos de corpos de prova, todos com a mesma geometria. Três desses conjuntos foram soldados de forma autógena por meio do uso de laser com três diferentes níveis de potência: 600, 800 e 1000 Watts. Os resultados permitiram caracterizar a vida de iniciação e propagação na liga 6013-T4, com e sem solda; observar o impacto da variação da potência na geometria da zona de fusão, na espessura, na tenacidade e na dispersão dos resultados; determinar os coeficientes e expoentes das equações representativas da taxa de propagação: Paris, Walker e Forman; e afirmar que é possível utilizar solda a laser em estruturas tolerantes ao dano desde que os parâmetros de processo sejam bem ajustados e haja controle de qualidade.

O presente trabalho objetiva avaliar o comportamento da solda por atrito, Friction Stir Welding (FSW), no regime de flambagem e de pós-flambagem quando esta é utilizada para unir os reforçadores em painéis aeronáuticos típicos. Para tal dois painéis aeronáuticos em alumínio equivalentes, um deles reforçado utilizando fixação por rebites e o segundo utilizando fixação por FSW foram simulados numericamente. A tecnologia FSW é um método de soldagem a frio por fricção desenvolvido pelo The Welding Institute, em 1991. A utilização deste método resulta em estruturas mais leves e mais simples comparadas ao tradicional processo de rebitagem, porém sem comprometer as propriedades mecânicas dos painéis como fazem os demais tipos de solda, já que não envolve fusão dos materiais a serem soldados. Os painéis foram modelados e simulados no software de elementos finitos ABAQUS através de análises não-lineares incluindo contanto entre as superfícies bem como falha e não-linearidade das propriedades dos materiais. Os resultados finais mostraram uma ligeira vantagem da tecnologia FSW em relação ao processo de rebitagem para os casos analisados.

O presente estudo tem como objetivo analisar a soldabilidade a laser de uma junta de topo da liga AA 2198 T851 investigando os principais parâmetros de soldagem: Potência e velocidade do laser, assim como o diâmetro do feixe e suas influencias na qualidade da solda, como também as modificações metalúrgicas ocorridas. Através das análises realizadas pode constatar que todas as amostras apresentaram porosidades, para todos os parâmetros selecionados, em decorrência da volatilização de parte do Li, volume do gás de proteção inadequado e aprisionamento de gases na poça de fusão. As análises metalográficas mostraram uma diminuição significativa na quantidade de precipitados na solda, segregação de elementos como Cu e Ag, resultando em perdas de propriedades mecânicas. Contudo com o emprego dos tratamentos térmico de solubilização e resfriamento em diferentes meios, apresentaram propriedades mecânicas satisfatórias, mesmo na presença de porosidades.

Em diversas áreas da engenharia são encontrados problemas que devem ser analisados sob enfoque térmico. Problemas em que o processo térmico influencia no desempenho, durabilidade e segurança merecem uma análise cuidadosa. O processo de soldagem a arco elétrico é um caso em que o ciclo térmico provoca o aparecimento de indesejáveis tensões residuais. A determinação deste ciclo térmico é o primeiro passo para uma análise termomecânica que permitirá o cálculo das tensões residuais. Este trabalho descreve a formulação de um elemento de transferência de calor 2D com distribuição parabólica de temperatura na espessura, incluindo um procedimento de estabilização. O elemento 2D descrito neste trabalho pode ser usado para realizar análises térmicas de maneira mais econômica do que elementos 3D, especialmente em placas, pois o número de graus de liberdade através da espessura será sempre três. Como aplicação do elemento, um modelo numérico de um processo de soldagem TIG foi desenvolvido baseado em resultados experimentais publicados. O tamanho e a distribuição da fonte de calor, propriedades térmicas dependentes da temperatura, perdas de calor nas superfícies por convecção e calor latente de fusão foram considerados no modelo. Em paralelo, o mesmo processo foi modelado usando o software ANSYS com elementos 3D (SOLID70) para possibilitar a comparação com os resultados numéricos do modelo 2D. Os resultados obtidos com os modelos 2D, 3D e os dados experimentais mostraram boa concordância.

Desde que foi patenteado, no início da década de 90, o processo de união por FSW (Friction Stir Welding) vem despertando a atenção das grandes indústrias aeronáuticas devido às suas vantagens quando comparado aos processos convencionais de junta. No entanto, este é um processo que ainda depende de muito estudo e validação. O trabalho presente visa apresentar um dispositivo de fabricação e montagem simples que pode ajudar neste processo. Ele foi concebido para testar a resistência da solda do tipo sobreposta de reforçadores integrados a impactos, utilizando o conceito largamente conhecido do Ensaio de Charpy.

Este estudo refere-se à análise de diferentes tipos de união, focando na comparação entre a utilização do processo de soldagem por fricção-mistura (Friction Stir Welding), em relação ao processo de rebitagem convencional, para união de peças em projetos aeronáuticos. Ambos os métodos de união são comparados por meio de análises de engenharia, englobando custos para os diferentes processos, análise de resistência mecânica e fadiga e aspectos referentes à produção, operação e manutenção de aeronaves. A solda por fricção-mistura apresenta inúmeras vantagens e ganhos produtivos em relação a outros tipos de solda ou à rebitagem. Ocorrendo em estado sólido, a solda por fricção-mistura não necessita de nenhum material de adição, como nos casos de soldagem por arco elétrico ou gás inerte, resultando em otimização de peso da aeronave e sendo mais "ecológica", além de não incorrer em problemas ocasionados pela fusão dos materiais base. As características mecânicas dos componentes soldados são iguais ou superiores às dos componentes rebitados.

A soldagem por FSW (Friction Stir Welding) tem como principal característica o fato do material não fundir durante o processo. Isso ocorre porque as temperaturas atingidas durante a soldagem são inferiores à temperatura de fusão do material, sendo essa uma das vantagens desse processo em relação aos processos convencionais. Entretanto, o calor local gerado é suficiente para o aparecimento de tensões residuais no material. As tensões residuais de soldagem modificam as propriedades mecânicas do material, podendo causar falhas prematuras em estruturas. A medição de tensões residuais é um processo relativamente caro e demorado. Assim, torna-se interessante estimar o comportamento das tensões residuais através de outro parâmetro, como a dureza, que um processo mais barato de rápida medição. Dessa forma, esse trabalho consiste na análise das tensões residuais e comparação com a dureza do Al 2024 T3, soldado por FSW.

Os aços Alta Resistência e Baixa Liga e Ultra-Alta Resistência são materiais com grande aplicação de mercado, cujo seu entendimento possibilita inovações estratégicas. O entendimento das modificações composicionais do aço médio carbono SAE 4340 possibilitou a aquisição do aço 300M. Avaliar e comparar as propriedades mecânicas destes aços, soldados a laser e submetidos a diferentes tratamentos, possibilitando a correlação microestrutural com o comportamento mecânico, visando entender as melhorias ou fragilizações que são determinantes na resistência destes materiais. Os aços foram divididos em lotes para produção de corpos de prova (tração e fadiga) nas seguintes condições: conforme recebido, nitretado a plasma, soldado a laser, soldado e revenido, soldado e nitretado a plasma. Na condição conforme recebido o aço 300M apresentou elevados valores de resistência mecânica ruptura catastrófica no regime plástico, assim como, alto limite na vida em fadiga, quando comparado ao aço 4340. Os resultados de todas as condições soldadas indicaram que, após soldagem a laser, ambos os materiais mantiveram a resistência mecânica, no entanto, apresentaram queda abrupta da vida em fadiga, proveniente da presença de defeitos de solidificação no cordão. Quanto ao tratamento térmico de revenimento pós-soldagem dos aços estudados, observou-se que os aços 4340 e 300M apresentaram aumento na resistência mecânica, sem perda significativa de ductilidade e queda da vida em fadiga adivinda dos defeitos de soldagem. No tratamento de nitretação observou-se, no aço 4340, aumento significativo da resistência a tração, contudo queda na vida em fadiga. No entanto, apesar dos diferentes processos de tratamento (implantação iônica e nitretação a plasma) e das diferentes temperaturas empregadas, o aço 300M apresentou queda na resistência mecânica nos ensaios de tração, contudo resultados promissores na vida em fadiga, dureza e corrosão. Neste trabalho observou-se que tratamentos térmicos e termoquímicos em materiais com grande adição de silício (aprox. 2%), desfavorecem as propriedades mecânicas em regime plástico, pois mesmo em temperaturas baixas a precipitação de nitretos e carbonetos aciculares e difusão de contaminantes em contornos são favorecidas, fenômeno que fragiliza a superfície do material.