Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-18T04:20:28Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T20:52:33Z : No. of bitstreams: 1 181512.pdf: 59498738 bytes, checksum: e902ba758060acae90c9cb4734998fe9 (MD5)

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T14:29:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 285180.pdf: 26175155 bytes, checksum: 7c92563e2c897b54f08d3614b150ddb4 (MD5) / Em vários setores industriais estão presentes mecanismos de desgaste da superfície das peças. Especialmente no setor de energia, por exemplo, hidrelétrica e de origem fóssil, que se caracteriza por produção intermitente em larga escala, se encontram situações de atrito entre superfícies. Surgem, então, solicitações mecânicas locais que levam à degradação das peças por intermédio de mecanismos de desgaste como abrasão, adesão, cavitação, os quais podem também estar combinados com fenômenos químicos, como corrosão. A proteção prévia por revestimento das áreas solicitadas leva ao aumento da vida útil das peças, ao mesmo tempo em que promove redução de custos. Para determinadas aplicações, é tecnicamente necessário que o corpo da peça apresente propriedades diferentes das do material da superfície. Em outros casos, o desgaste da peça é uma condição intrínseca presente, com a qual se deve conviver, realizando reparos periódicos, como quando é inviável técnica e economicamente a troca da peça (grandes dimensões). Neste caso, o reparo deve prover alta qualidade, de modo a majorar a vida útil da peça. Da mesma maneira, é desejável que o processo de revestimento possua satisfatória produtividade em sua aplicação. Dentre os processos de revestimento se encontram diversas opções de tecnologias, cada qual com suas aplicações e peculiaridades técnicas. Para as aplicações consideradas neste trabalho, é necessária a premissa fundamental de que haja ligação metalúrgica entre o revestimento e o metal de base, originando de fato uma solda. Sendo assim processos que resultam em ligação apenas mecânica, como por exemplo, a Aspersão Térmica, não se adequam. Uma opção a ser considerada é o processo PTA-P (Plasma Transferred Arc - Pó) em operações de revestimento por soldagem. Este processo, devido a algumas de suas características funcionais, permite melhores resultados em relação a outros processos de soldagem atualmente aplicados em revestimentos, em relação, por exemplo, à baixa diluição e alta qualidade superficial. A possibilidade de se misturar diferentes pós também deve ser citada, principalmente no caso P&D de novos materiais. No entanto, apesar de ser utilizado industrialmente, o processo é complexo e seu campo de aplicações é restrito, assim como a literatura. Para que se proponha a introdução de um processo inovativo de soldagem, este trabalho objetivou estudo aprofundado e ensaios direcionados ao conhecimento das bases de seu funcionamento, em relação às possibilidades tecnológicas existentes e influências dos parâmetros sobre os resultados. Além disso, visa-se viabilizar a ampliação a gama de aplicações, por intermédio de inovações tecnológicas, pautadas em conhecimento técnico-científico. Estes fatores representam o cerne do trabalho, que, levando em consideração informações da literatura e experiência da equipe, resultou no levantamento do comportamento do processo para diferentes condições. Neste sentido, uma abordagem ampla foi necessária para possibilitar um melhor entendimento do processo. Da mesma forma, se geraram inovações tecnológicas em componentes do sistema (pulsação de pó, tocha e sistema de alimentação de pó, por exemplo) e em seu software de controle, as quais foram implementadas em um sistema integrado dedicado ao PTA-P. / Parts wear mechanisms emerge in a number of production activities. Especially in the energy sector, like hydroelectrical generation or oil and gas, which are characterized by intermittent large scale production, friction situations between parts and other parts or materials being transported or processed occur. Mechanical load thus arise, which lead to the degradation of parts, by means of wear mechanisms as abrasion, adhesion, cavitation, which may also take effect in combination with chemical phenomena, as corrosion. Previous protection, performed by coating of the loaded areas, leads to increase of part life, as well as to cost reduction, since the normally expensive resistant material can be employed only onto affected regions. Hence, the rest of the part can be manufactured with normal lower cost material. Moreover, for certain applications, it is technically necessary that the body structure of the piece has different properties from the ones of the surface. In other cases, part wear consists in an inherent condition, with which one has to deal with by performing periodic maintenance. In such situations, repair coating must provide high quality, in order to increase the layer#s life. Likewise, it is desirable that the coating process permits satisfactory productivity. Several different technologies are available in regard to coating, each one with specific application fields and technical peculiarities. Concerning the applications taken into account in the present work, one fundamental prerequisite is the metallurgical bond between coating and substrate, i.e. a weld. In this way, processes that result in a mechanical bond only, like Thermal Spray, do not apply. An option to be considered when it comes to coating procedures through welding is the PTA-P (Plasma Transferred Arc # Powder) process. Due to its functional characteristics, this process permits better results over other welding processes also employed in coating in relation to low dilution and high as-welded surface quality, for example. The possibility of mixing different powders must also be mentioned, mainly in the case of R&D of new materials. Nevertheless, although being industrially used, the process is complex and its application field is limited, as well as the available literature. For the proposal of the introduction of an innovative welding process in a determined application, this work aimed at deep investigation and trials targeting the knowledge of its basis in concern to existing technological possibilities and parameters# influence over the results. Additionally, there is the objective of making viable the xxxv expansion of the application field of the process through technological innovations based on technical-scientific knowledge. These factors represented the core of the present work, which, taking literature information and team experience into consideration, resulted in information about the behavior of the process under different PTA-P welding conditions. In this matter, a wide approach was needed to enable a better understanding of the process. In the same way, technological innovations were generated in the PTA-P system (powder pulsation, torch and powder feeder, for example) and in its control software, which were implemented in an integrated PTA-P dedicated welding system.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-26T04:28:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 296865.pdf: 38416530 bytes, checksum: 61d2010df1e5ab00e47bb302142c90d2 (MD5) / Acometidas pelo fenômeno da cavitação, pás de turbinas hidráulicas de usinas hidrelétricas exigem periódicas operações de reparo das áreas desgastadas. Estas atividades, conduzidas por soldagem, ainda mostram-se passíveis do desenvolvimento de novas tecnologias. Neste contexto, o LABSOLDA - Instituto de Mecatrônica da UFSC propõe conferir flexibilidade e robustez ao processo PTA-P, buscando a aplicabilidade do mesmo em qualquer posição de soldagem e no desenvolvimento de consumíveis. A impossibilidade de posicionamento adequado das turbinas, devido às grandes dimensões e geometria complexa de suas pás, exige a execução de soldas em posições forçadas. Já a utilização do consumível de solda na forma de pó pelo referido processo viabiliza a concepção de novas ligas, a partir de misturas experimentais. Inevitavelmente, estas acabam por envolver pós metálicos de características morfológicas e granulométricas não compatíveis com as tradicionais. Tais características comprometem o desempenho dos alimentadores de pó, dificultando a obtenção de depósitos de qualidade. Após confirmar-se a deficiência dos sistemas de alimentação de pó disponíveis na execução destas tarefas, foi decidido por um desenvolvimento próprio, originando o sistema denominado de ADP VR-F. Trata-se de um alimentador de pó projetado para viabilizar a soldagem fora de posição com robustez e qualidade, permitindo a aplicação do PTA-P nas turbinas. Seu projeto também apresenta características dedicadas à manipulação de materiais diferentes dos tradicionais, favorecendo o desenvolvimento de ligas. O presente trabalho disponibiliza informações sobre o seu desenvolvimento mecânico, baseado em estudos realizados com dois outros alimentadores disponíveis. Também apresenta o desenvolvimento eletroeletrônico e de sua programação, de acordo com a filosofia de controle adotada. Experiências empreendidas para validação do equipamento são abordadas neste trabalho, procurando caracterizar suas propriedades de alimentação e revelar seu desempenho em atividades de soldagem, incluindo participação no desenvolvimento de uma liga resistente à cavitação e na aplicação do processo PTA-P em campo. O equipamento respondeu aos testes de forma positiva, mostrando-se capaz de manipular pós compostos por partículas de diversas morfologias e faixas granulométricas. Também foi essencial para o desenvolvimento de uma liga de alta resistência à cavitação, sendo o único disponível capaz de manipular um dos materiais testados. Por fim, permitiu a aplicação do processo PTA-P com robustez e qualidade em posições forçadas, proporcionando depósitos de ligas experimentais nas próprias turbinas hidráulicas. / Damaged by the Cavitation Phenomenon, hydraulic turbine blades of hydroelectric plants require cyclic operations to restore worn areas. These activities, conduced by welding, still have potential for new technology development. In this context, the UFSC Mechatronics Institute - LABSOLDA proposes to provide flexibility and robustness to the PTA process, searching its applicability in any welding position and in alloys development. The impossibility of turbine appropriate positioning, due to the large size and complex geometry of their blades, requires the execution of welds in awkward positions. But the use of additional material in powder form by this process enables new alloys design, from experimental mixtures. Inevitably, its end up involving metal powders morphology and particle size not compatible with traditional standards. These characteristics impair powder feeders performance, making its compromises the weld quality. After confirmation the available powder feed systems deficiency in these tasks, it was decided by an own development, resulting in the ADP system called VR-F. It was a powder feeder designed to enable the welding in awkward positions with robustness and quality, allowing the application of PTA process in the turbines. Its design also has characteristics dedicated to the manipulation of materials different from traditional, favoring alloys development. This paper provides information on its mechanical development, based on studies with two other feeders available. It also presents the electronic and programming developments, according to the adopted philosophy control. Experiments undertaken for equipment validation are discussed in this paper, seeking to characterize their feed properties and reveal his performance in welding activities, including in an anti-cavitation alloy development and in PTA turbines application. The equipment was responded positively to the tests, being able to handle powders composed by various particle sizes and morphology. It was also essential for anti-cavitation alloy development, being the only feeder available capable to handling one of involved materials. Finally, it allowed the PTA application with robustness and quality in awkward positions, providing experimental alloys deposits in hydraulic turbines.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais / Made available in DSpace on 2012-10-22T21:38:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 226784.pdf: 5654487 bytes, checksum: 94799dd30ebe8636553958bf964c437f (MD5) / Neste trabalho foi feita uma avaliação da eficácia do martelamento para a redução das distorções e o alívio de tensões em soldas envolvendo aços ferríticos e austeníticos. Para isto, foram utilizados quatro tipos eletrodos revestidos: E-7018, E-316-16, E-502-15 e E-505-15. A escolha destes metais de adição foi especialmente em função das diferenças metalúrgicas que existem entre eles, abrangendo assim desde um aço austenítico até aços com transformação martensítica. A metodologia escolhida para avaliar as tensões residuais foi a da distorção angular. A distorção foi medida em corpos de prova soldados sem martelamento e em corpos soldados e martelados em dois momentos diferentes depois de depositado cada cordão, isto para verificar os resultados do martelamento a dois níveis de temperatura diferentes. Os resultados do martelamento foram avaliados quanto à profundidade do encruamento e aos efeitos metalúrgicos nos metais de solda. Com isso pode-se concluir que: a) a deformação superficial, ou seja, a mossa impressa pelo processo de martelamento, atinge pequenas profundidades menores que 200 microns, sendo de fácil remoção por processos simples de esmerilhamento; b) o processo de martelamento mostrou-se eficaz para alívio de tensões principalmente para o metal de adição E-7018, tanto o executado a alta como o a baixa temperatura, não se notou diferença metalúrgica nos cordões que foram martelados e depois receberam o calor dos passes de solda subseqüentes; c) o metal de adição E-316L-16 mostrou-se muito sensível ao encruamento por deformação, atingindo altos valores de dureza, assim como uma grande profundidade de encruamento não sendo, portanto, adequado utilizar o martelamento nesse material; d) a transformação martensítica nas soldas realizadas com eletrodos E-502-15 e E-505-15 produziu uma forte redução da distorção angular, o que dificultou a comparação dos resultados obtidos com o martelamento em relação às tensões.

[pt] Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de melhorar as propriedades mecânicas dos metais de solda produzidos por eletrodos oxidantes com níquel, juntamente com adições de cobre e de molibdênio, através do refino de grão ou do endurecimento por solução sólida. Os eletrodos oxidantes se caracterizam por apresentar menores teores de hidrogênio difusível quando comparado aos eletrodos rutílicos. Entretanto o metal de solda depositado com este tipo de eletrodo possui propriedades mecânicas inferiores aos eletrodos rutílicos, já que elementos de liga importantes, como Mn e Si, são perdidos por oxidação. Com a intenção de contornar esta situação procurou-se adicionar elementos de liga que não sejam significantemente afetados pelo caráter oxidante do revestimento, como Cu ou Mo. Foram preparados dois corpos de prova para soldagem, nos quais foram usinados furos espaçados e um rasgo para adição de ambos elementos, Cu e Mo. As diferentes porcentagens destes elementos foram medidas através da microanálise por Espectroscopia de Energia Dispersiva. A partir desses resultados foi realizada análise microestrutural utilizando a Microscopia Ótica, medidas do tamanho de grão, além do ensaio de microdureza para avaliar a influência de cada elemento no metal de solda. Os resultados mostraram que o molibdênio teve uma forte influência na microdureza do metal de solda quando comparado ao cobre. Em relação ao tamanho de grão, eles apresentaram influências opostas, a adição de maiores teores Mo acarretou uma diminuição do tamanho de grão e a com a adição do Cu ocorreu um pequeno aumento do grão até tornar-se constante. / [en] This work was carried out to improve the mechanical properties of weld metals deposited by nickel oxidizing electrodes, together with additions of copper and molybdenum, through the grain refinement or by solid solution hardening. The oxidizing electrodes are characterized by the lower levels of diffusible hydrogen and, hence, by the lesser possibility of cold crack formation when compared to rutile electrodes. However, the weld metal deposited with this type of electrode shows mechanical properties below that obtained by rutile electrodes, as long as important alloy elements, such as Mn and Si, are lost by oxidation. In order to avoid this situation and obtain weld metals with better mechanical properties it was added alloy elements that are not significantly affected by the oxidant character of the coating, such as Cu and Mo. Two test specimens were prepared for welding, where spaced holes and a notch were machined in each one for the addition of both elements, Cu and Mo. Different percentages of these elements were measured by Energy Dispersive Spectroscopy microanalysis. From these results it was performed microstructural analysis using optical microscopy, grain size measurements and microhardness tests to evaluate the influence of each element in the weld metal and compare them to each other. The results showed that molybdenum has a stronger influence on the microhardness of the weld metal than copper. Regarding the grain size it was noted an opposite influence of the elements, where the addition of Mo caused a decrease of the grain size and the addition of Cu caused a slightly increase, until the grain size becomes constant.

[pt] Este trabalho de tese faz parte de um estudo de desenvolvimento de aço API X80 e o objetivo deste trabalho foi avaliar o crescimento estável de uma trinca superficial localizada na zona termicamente afetada (ZTA) da junta longitudinal obtida pelo processo de arco submerso. Foram estudados dois aços API 5L X80 pertencentes aos sistemas NbCr e NbCrMo. Considerando que dutos operam sob altas pressões, gerando um estado de tensão severo sob um defeito ou trinca presente no material pode ocorrer falha da estrutura. Deste modo, torna-se necessário estudar a natureza destas trincas e o potencial de crescimento, permitindo assim controlar e prever o crescimento estável da trinca. Para avaliar o comportamento da trinca, foi utilizada a metodologia de integral J. Esta metodologia objetiva avaliar e prever o comportamento à fratura. Os resultados esperados no ensaio de integral J é a obtenção da curva de resistência J-R e o valor do JIc, que representa o valor de J no início do crescimento estável de trinca. / [en] This work of thesis is part of a study of steel development API X80 and the objective of this work was to evaluate superficial the steady growth of one crack located in the heat affected zone (HAZ) of together the longitudinal one gotten by the process of submerged arc. Two pertaining steel API had been studied 5L X80 to the systems NbCr and NbCrMo. Considering that pipes operate under high pressures, generating a severe state of tension under a present defect or crack in the material imperfection of the structure can occur. In this way, one becomes necessary to study the nature of these cracks and the potential of growth, being thus allowed to control and to foresee the steady growth of crack. To evaluate the behavior of crack, the methodology of integral J was used. This objective methodology to evaluate and to foresee the behavior to the breaking. The results waited in the assay of integral J are the attainment of the curve of resistance J-R and the value of the JIc, which represents the value of J in the beginning of the steady growth of crack.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / Submitted by Fabiana Santos (fabianacamargo@bce.unb.br) on 2018-09-27T18:35:49Z No. of bitstreams: 1 2018_JorgeAndrésGirónCruz.pdf: 3947071 bytes, checksum: 0cce733c018362c50b17b1729129344e (MD5) / Approved for entry into archive by Fabiana Santos (fabianacamargo@bce.unb.br) on 2018-10-08T20:47:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_JorgeAndrésGirónCruz.pdf: 3947071 bytes, checksum: 0cce733c018362c50b17b1729129344e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-08T20:47:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_JorgeAndrésGirónCruz.pdf: 3947071 bytes, checksum: 0cce733c018362c50b17b1729129344e (MD5) Previous issue date: 2018-09-27 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPQ). / A busca por métodos de produção com melhor controle da qualidade e maior produtividade tem impulsionado o uso de sistemas automatizados em processos industriais como a soldagem. Porém, tornar a soldagem eficiente e econômica, é necessário para reduzir o desperdício de material e tempo gasto na produção e ensaios de verificação de qualidade. Isso pode ser conseguido por meio de sistemas automatizados que substituam os soldadores especialistas e sejam capazes de prever a geometria do cordão de solda a partir dos parâmetros de soldagem – permitindo que um processo realizado com os parâmetros determinados forneça uma junta com as propriedades mecânicas desejadas. Durante anos, muito se tem feito no sentido de prever os problemas na soldagem com o intuito de torná-la um processo estável, capaz de efetuar uniões de peças com o mínimo de interferência humana. Dos vários sensores utilizados em processos de soldagem, ainda não há uma opção eficaz capaz de identificar, diretamente, as características do cordão obtido durante o processo. Esse é um fator limitante no controle do processo, pois somente é possível determinar as características do cordão após a realização da solda através de ensaios (destrutivos ou não), quando nenhuma ação de controle pode ser tomada. Este trabalho propõe o desenvolvimento de um sistema de monitoramento da poça de fusão em tempo real usado para obter imagens do comportamento da oscilação da poça durante a solda. Uma nova abordagem para este tipo de imagens é a utilização de um sistema de iluminação por laser do processo, de modo que uma imagem de alta qualidade natural da poça de fusão, eletrodo e cordão de solda possa ser obtida, dando detalhes da poça e arredores. Essa estratégia, independente de modelos pré-definidos do processo, permite controlar a penetração dos cordões de solda no processo GMAW no modo de transferência metálica por curto-circuito (GMAW-S). Para o modelo e controlador definiu-se a utilização de sistemas inteligentes focados diretamente nas medições da oscilação da poça de fusão e a estimação da penetração dos cordões de solda a partir dos parâmetros de processo. Finalmente, um modelo para relacionar a profundidade da penetração, a frequência de oscilação da poça com a formação e o padrão das escamas na superfície do cordão de solda é proposto. / The search for methods of production with better quality control and greater productivity has promoted the use of automated systems in industrial processes such as welding. However, make the welding efficient and economical; it is necessary to reduce the waste and time spent on the production and quality tests. This can be achieved by means of automated systems to replace those skilled welders and be able to predict the geometry of the weld bead as welding parameters - allowing a process performed with the determined parameters provide a joint with the desired mechanical properties. For years, much has been done to predict problems in welding in order to make it a stable process capable of making unions parts with minimal human interference. The various sensors used in welding processes, there is still no effective option able to identify, directly, the weld bead characteristics obtained during the process. This is a limiting factor in the process control, because only can be determined the weld bead characteristics after the completion of welding through testing (destructive or not) when no control action can be taken. This work proposes the development of a real-time weld pool monitoring system to obtain the images of the weld pool oscillation behavior during welding. A novel approach to this type of images is the use of a laser lighting system for illumination of the process, so that a high quality natural image of the weld pool, electrode and weld bead can be obtained, giving details of the weld pool and surrounding area. This strategy, regardless of predefined models, can control the weld bead penetration in the GMAW-S process. For the proposed model and controller is defined the use of intelligent systems focused on the measurements of the weld pool oscillations and the estimation of the weld bead penetration from the process parameters. Finally, a model to relate the weld penetration depth, the weld pool oscillation frequency with the formation and the pattern of the ripples on the weld bead surface is proposed.

Um processo alternativo à solda por arco para aplicação em materiais de difícil junção ou em ambientes submersos é a solda por fricção. Neste trabalho foi desenvolvido um equipamento de solda por fricção para pesquisas e determinação de parâmetros ótimos de soldagem em diferentes meios. Para verificar o desempenho do equipamento foi utilizado o processo de solda por fricção de pinos consumíveis. Os registros das variáveis de soldagem permite avaliar o comportamento do sistema para a faixa de operação utilizada. Diferentes uniões de aço de baixo carbono e aço de baixa liga foram obtidas. Mediante análises macrográficas da junta foi avaliada a zona afetada pelo calor e a presença de regiões com possível falta de preenchimento. O controle servohidráulico desenvolvido apresenta uma resposta dinâmica adequada para esta aplicação, no entanto são apresentadas algumas propostas de melhorias. / An alternative process to the conventional arc welding for mating difficult-to-join materials or in underwater environment is friction welding. During this work a friction welding equipment was developed for research and determination of optimum welding parameters under different environments. To evaluate the equipment performance the friction hydro pillar processing method was used. Data acquisition of the welding parameters allows assessing the system behavior within the operational range. Joints of low carbon and low alloy steels have been obtained. Macrographic analyses of the weld joint were performed to evaluate the heat affected zone and the presence of unfilled regions. The servohydraulic control developed have shown an adequate dynamic response for this application, nevertheless some improvements are proposed.

O presente trabalho estuda uniões entre chapas de aço DP600 e chapas das ligas de alumínio AA 6181–T4 e AA 5754–H22, obtidas através do processo Friction Spot Welding (FSpW). A soldagem de materiais dissimilares é um dos grandes desafios para a engenharia, pois as propriedades de distintos materiais são muito diferentes na maioria das vezes, o que dificulta a realização deste tipo de união pelos métodos convencionais de soldagem com fusão. O processo FSpW requer menos energia que os processos de soldagem convencionais, não produz fumos, radiação ou resíduos. Permite obter a união de materiais no estado sólido, sendo, portanto potencialmente indicado para uniões dissimilares. Por ser um processo muito mais “limpo” que os usados convencionalmente, pode contribuir significativamente com uma grande preocupação mundial que é a sustentabilidade. A influência de um revestimento galvanizado nas chapas de aço para a qualidade das uniões resultantes foi avaliada realizando-se as operações de soldagem com as chapas de aço nas condições com e sem a camada galvanizada. O método estatístico de Taguchi foi utilizado para definir os parâmetros de soldagem que maximizassem a resistência das juntas para cada condição de ensaio, sendo a qualidade das juntas obtidas definida pela resistência da união ao ensaio de cisalhamento. Durante a soldagem, a temperatura em pontos específicos foi adquirida e, posteriormente, as juntas foram submetidas à análise metalográfica e de composição química por EDS. A partir da análise das macro e microestruturas dos corpos de prova com melhor resistência ao cisalhamento, foi possível associar diferentes parâmetros de processo e mecanismos de união para cada tipo de junta. O estudo comprovou a possibilidade de obtenção de uniões dissimilares entre o aço e as duas ligas de alumínio através do processo FSpW, especialmente quando utilizou-se o aço com a camada galvanizada que apresentou modo de união mais eficaz. / This work aims at the study of welding DP600 steel to AA6181-T4 and AA5754-H22 aluminum alloys plates by Friction Spot Welding (FSpW). Welding of dissimilar materials is a great challenge for engineering due to the diverse properties of different materials, that difficult welding by conventional methods of fusion. FSpW is a joining method that requires lower energy than conventional welding processes and produces no hazard gases or radiation. It allows solid state joining that is potentially indicated to dissimilar materials joining, and contributes significantly to sustainability, because the process can be considered “cleaner” that those used conventionally. The influence of the galvanized layer on the joint performance with the steel plates on was tested using steel plates with and without this coating. The Taguchi statistic method was employed to define the welding process parameters that produce higher shear stress resistance to each test condition, so the welding joints quality was defined based on the union resistance to shear. During the welding operation the temperature at given positions was acquired and the resulting joints were submitted to metallographic and chemical composition analysis. From the analysis of specimen that showed best stress test performance to each joint condition, it was possible to associate different process parameters and joint mechanisms to each condition. The study demonstrates the feasibility of joining the steel to both aluminum alloys using FSpW. The best shear test results were obtained with the presence of a galvanized layer.

Este trabalho teve por objetivo verificar a possibilidade de obtenção de juntas de um aço TRIP 800 através do processo de soldagem a ponto por fricção e mistura mecânica (SPFMM), e relacionar processo, microestruturas e propriedades mecânicas nestas soldas. Além da caracterização microestrutural, ensaios de microdureza e de cisalhamento foram efetuados para entender o comportamento mecânico das juntas. As amostras foram produzidas utilizando-se uma ferramenta de nitreto de boro cúbico (PCBN) e três diferentes velocidades de rotação da ferramenta - 1600, 2000 e 2400 rpm - assim como dois diferentes tempos de mistura (dwell times), 2 e 3s. Após a execução das soldas, devido aos ciclos térmicos e deformações impostas pelo processo, foram observadas três diferentes zonas nas juntas: a zona de mistura (ZM), a zona termomecanicamente afetada (ZTMA), e a zona termicamente afetada (ZTA). Os tamanhos destas zonas variaram de acordo com a condição de soldagem empregada. De um modo geral, eles aumentaram com o aumento da velocidade de rotação, não tendo sido observadas mudanças significativas com o aumento do tempo de mistura. Como o aço TRIP empregado neste estudo possuía uma camada de zinco em sua superfície, após o processo foi observada uma linha contendo zinco na ZM. Foi observado o comportamento do revestimento de zinco em diferentes etapas do processo, até a formação desta linha de zinco. Os ensaios de cisalhamento mostraram que a presença da linha de zinco é o fator de maior importância com relação às propriedades mecânicas, porém a microestrutura também possui influência na etapa final da fratura. Levando estes fatos em consideração, foi proposta a sequência de fratura das amostras durante os ensaios de cisalhamento. As soldas realizadas com velocidade de rotação de 2000 rpm foram as que apresentaram os melhores resultados em cisalhamento, pois nos dois tempos de mistura empregados, a média dos valores de força no ensaio de cisalhamento foi pelo menos igual à mínima recomendada em soldas a ponto por resistência elétrica. / The aim of this work was to verify the feasibility of producing friction stir spot welds of a TRIP 800 steel and correlate process, microstructures and mechanical properties in these joints. In addition to the microstructural characterization, microhardness and lapshear tests were performed in order to understand the mechanical behavior of the joints. The samples were produced using a polycrystalline cubic boron nitrides (PCBN) tool and three different rotational speeds - 1600, 2000 and 2400 rpm - and two different dwell times, 2 and 3s. After the welding, due to the thermal cycles and deformations imposed by the process, three different zones were observed in the joints: the stir zone (SZ), the thermomecanically affected zone (TMAZ), and the heat affected zone (HAZ). The widths of these zones were dependent of the welding condition employed. In a general way, they increased by increasing the rotational speed, and it was not observed a significant change in their widths by increasing the dwell time. The TRIP steel employed in this study had a zinc coating on both surfaces. After the process, it was observed a remnant zinc line in the SZ. It was showed the zinc coating behavior in different steps in the welding process, including the zinc line formation. The lap-shear tests have demonstrated that the zinc line was the factor of major influence regarding the mechanical properties. However the microstructure also played a role at the final of the fracture process. Taking these facts into account, it was also proposed a fracture sequence of the samples during lap-shear tests. The welds produced at tool rotational speed of 2000 rpm have presented the best performance in lap-shear tests, because at the two dwell times employed, the average of the load values observed was at least equal to the minimum recommended for resistance spot welds.