Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-27T17:30:21Z No. of bitstreams: 1 JAILSON ALVES DA NÓBREGA - DISSERTAÇÃO PPGEM 2014..pdf: 8059019 bytes, checksum: 3342c79a6597e27674ae52970211493c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-27T17:30:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JAILSON ALVES DA NÓBREGA - DISSERTAÇÃO PPGEM 2014..pdf: 8059019 bytes, checksum: 3342c79a6597e27674ae52970211493c (MD5) Previous issue date: 2014-12-03 / Capes / Muitas são as variações metalúrgicas sofridas pelo material quando o mesmo é submetido a um ciclo térmico de soldagem, exercendo uma considerável influência sobre as suas propriedades mecânicas e mais especificamente sobre os níveis de tensões residuais. Na fase de projeto, uma dessas alternativas para a avaliação dos ciclos térmicos e tensões residuais de soldagem é o emprego de simulação via métodos computacionais. A partir disto, neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia numérica para determinar o campo de temperatura e tensões residuais transversais em juntas soldadas. As simulações numéricas foram realizadas por meio de um software comercial, ABAQUS®, baseado no Método de Elementos Finitos (MEF). Foram considerados fenômenos que fazem a modelagem matemática do processo de soldagem de forma a torná-la mais robusta. Foi utilizada a fonte de calor analítica proposta por Goldak, capaz de modelar a entrada de calor. Foram avaliados os parâmetros de entrada, tais como: Corrente, voltagem, velocidade de soldagem e temperatura inicial da chapa virtual. Para validação dos resultados térmicos, foi utilizada uma chapa virtual do aço API 5L X70 soldada pelo processo FCAW. Nas demais simulações térmicas e mecânicas foram utilizadas uma chapa virtual do aço API 5L X80 soldadas pelos processos GTAW e SMAW. Foi possível observar neste estudo a influência da temperatura de pré-aquecimento e de interpasse sobre os gradientes térmicos e ciclos térmicos na junta soldada, além das mudanças nos valores das temperaturas de pico e do tempo de resfriamento entre 800 e 500 °C (∆t8/5) quando avaliados em diferentes regiões da junta soldada. Com relação às tensões residuais transversais, verificaram-se mudanças no perfil destas tensões quando aplicado mais de um passe da soldagem virtual podendo o modelo servir de base para trabalhos futuros. / Many are the metallurgical variations suffered by the material when it is subjected to a weld thermal cycle, which promote a considerable influence on mechanical properties, and specifically on the welded joint residual stresses. In the project phase, one of these alternatives is the use of computational methods via simulation. So, in this work a numerical methodology to determine the temperature field and transverse residual stresses was developed. The numerical simulations were implemented using a commercial software ABAQUS® based on finite element method (FEM). In addition, a source of heat proposed by Goldak, able to model the heat input value was used. Input parameters, such as: Current, voltage, speed and initial temperature of the virtual plate were also evaluated. To validate the thermal results and the other thermal and mechanical simulations a virtual plate of API 5L X70 and API 5L X-80 steel welded by the FCAW and GTAW and SMAW processes respectively was used. The results showed that it was possible to evaluate the influence of preheat and interpass temperature on the weld thermal gradients and thermal cycling, as well as the change in peak temperature and cooling time between 800 and 500 (∆t8/5) values in different regions of the welded joint. In relation to the transverse residual stresses, it was showed that there were changes in its profile when it was applied more than one weld pass which can serve as base model for future work in this area.

The shipbuilding sector, as well as all modern transportation industries, is faced with demands for greater productivity while at the same time ensuring the manufacture of consistently high quality products, reducing levels of re-working, saving energy, and minimizing operational costs. Furthermore, it is imperative that new designs and all the stages of production comply with stringent environmental regulation. Within this context, the application of Friction Stir Welding (FSW) as a manufacturing process to weld Tailor Welded Blanks (TWB) for Al structures can contribute to the development of high speed craft and lightweight ships that are more fuel efficient, based on a high energetic efficient and environmental friendly welding process. In this work, the heterogeneous mechanical behavior of TWB joints welded by FSW was evaluated using quasi-static and cyclic loading, and the observed microstructural features were analyzed. The TWB joints were manufactured using dissimilar alloys and thicknesses (6 and 8mm) of particular interest in the shipbuilding sector (AA5083, AA5059 and AA6082). An evaluation of local constitutive properties in different regions through the TWB joint was performed by digital image correlation linked to the tensile test system. From the DIC data processing were generated stress concentrations diagrams and true stress-strain curves for several TWB subzones. The DIC methodology used as well as the accuracy of the proposed method are described in detail. The joints exhibited excellent mechanical properties approximately the same as those of the base metal for the joints manufactured with work hardened alloys (AA5059/AA5083) and 76% mechanical efficiency to those manufactured with the heat-treatable alloy (AA6082). The fatigue strength of the TWB joints were higher than the IIW references for welded structures in aluminum and the fracture mechanisms were characterized using SEM. / O setor de construção naval, bem como a indústria moderna, é continuamente sobrecarregada por demandas de aumento de produtividade e ao mesmo tempo precisa garantir a fabricação de produtos com alta qualidade, reduzindo os níveis de retrabalhos, economizando energia e diminuindo os custos operacionais. Adicionalmente a este paradoxo, é imperativo que os novos designs de produtos e todos os estágios de produção sejam compatibilizados com as rígidas exigências ambientais. Neste contexto, a concepção de projetos de estruturas leves soldadas por SALM em configurações sob medidas (Tailor Welded Blanks - TWB) em Al podem contribuir para produção de embarcações com eficiente consumo de combustível e redução dos níveis de eliminação de CO2 através da redução do peso de suas estruturas. Além de utilizar um processo de soldagem eficiente energeticamente e amigável ao meio ambiente. Neste trabalho as características heterogêneas de juntas em TWB soldadas por SALM foram avaliadas através de ensaios mecânicos com carregamentos quasi-estáticos e dinâmicos e, foram criadas relações entre as propriedades mecânicas das juntas e alterações microestruturas resultantes do processo de soldagem. As juntas em TWB foram produzidas com três diferentes ligas de alumínio de particular interesse da construção naval, (AA5083, AA5059 e AA6082) em configurações similares e dissimilar, com combinações de espessuras de 6 e 8mm. Acoplado ao ensaio de tração um sistema de correlação digital de imagens (DIC) foi instalado e o perfil de deformação local das juntas foram investigados durante o carregamento. A partir do processamento dos dados obtidos por DIC, diagramas de concentração de tensão e curvas de tensão-deformação locais foram computados para diferentes subzonas das juntas. O procedimento utilizado, bem como os dados obtidos e a precisão da metodologia proposta foram descritos detalhadamente. As juntas apresentaram excelentes propriedades mecânicas, equivalentes às do metal base para a junta dissimilar produzida com as ligas endurecidas por trabalho mecânico (AA5059/AA5083) e 76% de eficiência para as juntas similares produzidas com a liga tratável termicamente (AA6082). A resistência a fadiga das juntas foram superiores às referências do IIW para juntas soldadas em alumínio e os mecanismos de fratura foram caracterizados por MEV.

A soldagem por atrito com pino não consumível (SAPNC), processo de união no estado sólido, tornou-se conhecido devido à alta resistência das juntas produzidas em comparação ao metal de base e aos métodos convencionais de união. No entanto, o próprio processo apresenta seus desafios, relacionados principalmente à combinação do efeito de geometrias de ferramenta com os parâmetros utilizados. O desenvolvimento de métodos de simulação numérica tem criado a possibilidade de otimização destes efeitos, prevendo as interações entre os materiais, parâmetros e geometrias de ferramenta com menor custo e tempo. O presente trabalho teve como objetivo simular o processo de soldagem por atrito utilizando método dos elementos finitos (MEF) no software DEFORM 3D e avaliar a capacidade do modelo em representar fenômenos presentes do processo, tais como esforços da ferramenta, ciclo termomecânico do material e microestrutura. O estudo foi realizado em amostras de uma chapa de liga de magnésio AZ31B. Para inclusão da evolução mecânica e microestrutural do material de estudo no modelo, dados foram obtidos pelo estudo da compressão isotérmica da liga AZ31 simulador termomecânico Gleeble, em condições típicas às encontradas no processo de soldagem por atrito em. Os dados de tensão, deformação e microestrutura obtidos nos ensaios de compressão foram tratados analiticamente afim de se obter os parâmetros para as equações de deformação à quente e evolução microestrutural do material de estudo. Ademais, na próxima etapa, utilizou-se um pino roscado e não roscado em soldagens dissimilares afim de analisar o efeito da geometria da ferramenta no fluxo de material. Para auxiliar a análise foram utilizadas técnicas de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios X. Por fim, um modelo numérico de soldagem por atrito elaborado no software DEFORM-3D é apresentado. Os resultados do modelo foram comparados com os resultados experimentais com auxílio de técnicas de caraterização microestrutural, EBSD, ciclos térmicos capturados por termopares e torque das ferramentas. Os resultados e conclusões obtidos no projeto permitiram a identificação do ciclo térmico, mecânico e microestrutural do material durante a soldam por atrito, além da demostração do efeito da geometria para distintos parâmetros de processo, indicando um método alternativo eficiente na otimização de geometrias de ferramenta e busca de parâmetro ótimos do processo de soldagem por atrito com tempo e custo reduzidos. / Friction stir welding (FSW), a solid-state process, has become known due to the high strength of the produced joints compared to the base metal and the conventional welding methods. However, the friction stir welding has its challenges, related with tools geometry and the process parameters. The development of numerical simulation methods has been able to aid in the process optimization, including the study of different materials, parameters and tool geometries with lower cost and time. The obejective of the present work is propose a friction stir welding numerical model through finite element analysis (FEA) in DEFORM 3D software and evaluated its capacity to represent the process features such as the tool chacteristics, the thermomechanical cycle of the material and its microstructure. The material chosen for the study was a magnesium alloy AZ31B. In order to include the mechanical and microstructural evolution of the study material in the model, data were obtained through isothermal compression of the AZ31 in Gleeble thermomechanical simulator, under typical conditions found in the friction welding process. Stress, strain and microstructure data obtained in the compression tests were analyzed analytically to obtain the parameters for the hot deformation equations and microstructural evolution of the material. Moreover, a threaded and non-threaded pin in dissimilar welds was used to verify the effect of tool geometry in the material flow during the friction stir welding process. The evaluation was made with the support of optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). Then, a numerical model of friction welding developed in the DEFORM-3D software is presented. The results of the model were compared with experimental results supported by microstructural characterization techniques, EBSD, temperature profiles captured by thermocouples and tool torque response. The results and conclusions obtained in the project allowed the identification of the thermal, mechanical and microstructural cycle of the material during the friction stir welding process, besides the demonstration of the effect of the tool geometry for different process parameters, indicating an efficient alternative method in the optimization of tool geometries and optimal parameter for the friction welding process with reduced time and cost.

A crescente escassez dos recursos energéticos renováveis, bem como o contínuo aumento dos seus custos tem requerido nas últimas décadas uma redução drástica no consumo de energia utilizada para o transporte de cargas e passageiros. A indústria siderúrgica pode contribuir decisivamente neste contexto, disponibilizando no mercado aços de maior resistência mecânica, os quais podem ser utilizados em estruturas mais esbeltas. Os aços com elevados teores de Mn (15-30%) representam um desenvolvimento muito recente de ligas ferrosas puramente austeníticas, que reúnem resistência mecânica elevada e grande ductilidade. Além disso, trata-se de ligas de baixo custo devido à eliminação dos elevados teores de Ni necessários para a estabilização da austenita e ao reduzido tempo de processamento, que dispensa tratamentos térmicos e processamentos termomecânicos controlados. Por outro lado, a redução de peso estrutural no setor automobilístico requer não somente a pesquisa de novos aços, mas também a utilização de componentes híbridos, resultantes, entre outros, da união dos aços austeníticos alto Mn com aços comerciais estruturais de alta resistência e baixa liga (ARBL). Nesta dissertação, estudou-se, portanto, a soldabilidade pelo processo de fricção e mistura mecânica (SFMM) de aço austenítico alto Mn com efeito TRIP (plasticidade induzida por transformação martensítica) com aço ARBL processado termomecanicamente tipo XABO500 (ThyssenKrupp Steel, limite de escoamento > 460 MPa). As placas de aço TRIP foram fabricadas na EESC-USP com composição Fe-22.5% Mn-0.4% C através de fundição sob atmosfera protetora de argônio, tratamento térmico de homogenização e laminação a quente a 1150°C. As juntas dissimilares TRIP-ARBL foram produzidas com chapas de 3.5 mm de espessura. Os ensaios de soldagem SFMM foram conduzidos com ferramenta de compósito PCBN-WRe. O aporte térmico de soldagem foi variado através do uso de três velocidades de rotação da ferramenta: 300, 400 e 500 rpm, e o avanço foi de 100 mm/min. Dois deslocamentos (offsets) da ferramenta foram investigados: +1.0 e +2.0 mm em direção ao aço TRIP. Os resultados revelaram um acabamento superficial satisfatório das juntas soldadas com 300 e 400 rpm. A penetração de soldagem aumentou com a velocidade de rotação da ferramenta e com um maior deslocamento da ferramenta em direção ao aço TRIP devido ao crescimento do aporte térmico. A SFMM produziu em ambos os lados das juntas dissimilares uma microestrutura caracterizada apenas por zona de mistura (ZM) e zona termicamente afetada (ZTA), não sendo observada a formação de zonas termomecanicamente afetadas (ZTMA). Na ZM do aço ARBL, a SFMM produziu uma microestrutura polifásica, contendo misturas de ferrita acicular, bainita e martensita. O lado TRIP da ZM não exibiu sinais de transformação martensítica induzida por deformação e sofreu recristalização dinâmica com a formação de uma austenita refinada em comparação com o metal de base. A junta produzida com menor aporte térmico (300 RPM e Offset +1) apresentou os maiores picos de dureza na ZM do aço TRIP devido à maior taxa de resfriamento e, consequentemente, a microestrutura mais fina. Apesar dos maiores picos de dureza, a junta produzida com 300 RPM e Offset +1 apresentou o melhor desempenho no ensaio de tração, atingindo o maior percentual de alongamento a fratura e rompendo no metal de base ARBL. Isso se deve provavelmente à formação de ferrita acicular mais fina na ZM do aço ARBL com microestrutura entrelaçada e de maior tenacidade, se comparado com o metal de base ARBL. / The increasing scarcity of renewable energy resources and their continuously rising costs have required in the last decades a drastic reduction in the energy consumption for the transportation of goods and passengers. The steel industry can decisively contribute in this context by providing the market with steel grades of increased mechanical strength, which can be incorporated into light-weight structures. Steels with high Mn contents (15-30%) represent a recent development of austenitic ferrous alloys that combine elevated mechanical strength with high ductility. In addition, those steel grades correspond to low cost alloys due to the replacement of the high Ni contents necessary to stabilize the austenite as well as the reduced manufacturing time that does not involve subsequent heat treatments or controlled thermo-mechanical processing. On the other hand, the reduction of structural weight in the automotive sector does not only require the research on novel steels, but also the use of hybrid components that result among others from joining austenitic high-Mn steels to commercial structural high-strength low-alloyed (HSLA) steel grades. In this work, we studied therefore the friction stir weldability of an austenitic high-Mn steel with TRIP (transformation induced plasticity) effect to the thermomechanically processed HSLA XABO500 steel grade (ThyssenKrupp Steel, yield strength > 460 MPa). High-Mn TRIP steel plates were produced at the EESC-USP with the chemical composition of Fe-22.5% Mn-0.4% C by casting under protective argon atmosphere, followed by homogenization treatment and hot rolling at 1150°C. The dissimilar TRIP-HSLA joints were produced using 3.5 mm thick plates. The friction stir welding (FSW) experiments were carried out with a tool made of a PCBN-WRe composite. The heat input was varied by using three tool rotational speeds: 300, 400 and 500 rpm. The welding speed was set to 100 mm/min. Two different tool offsets were investigated: +1.0 and +2.0 mm towards the high-Mn TRIP steel. The results revealed that a satisfactory surface finishing is achieved for the butt-joints produced with 300 and 400 rpm. The welding penetration increased for higher tool rotational speeds and larger tool offsets towards the TRIP steel because of an increased heat input. FSW produced at both sides of the dissimilar joints a microstructure characterized by only stir zone (SZ) and heat-affected zone (HAZ). Thermo-mechanical affected zones (TMAZ) could not be observed. In the SZ of the HSLA steel, FSW produced a multiphase microstructure that contains a mixture of acicular ferrite, bainite and martensite. The TRIP side of the SZ did not exhibit traces of strain induced martensitic transformation and underwent dynamic recrystallization with the formation of a fine-grained austenite in comparison to the base material. The butt-joint produced with the lowest heat input (300 RPM and Offset +1) developed the highest hardness peaks in the SZ of the TRIP steel because of the increased cooling rate and, consequently, the more refined microstructure. In spite of the hardest zones, the butt-joint produced with 300 RPM and offset +1 achieved the best performance in the tensile tests by reaching the largest elongation to fracture and having the failure in the HSLA base material. This is likely promoted by the formation of a more refined acicular ferrite in the SZ of the HSLA steel with interpenetrated microstructure and enhanced toughness in comparison to the HSLA base material.

Neste trabalho foram estudadas as microestruturas, dureza, e resistência ao impacto em aço alta resistência e baixa liga (ARBL) na ZAC. O processo de soldagem foi por arco submerso, utilizando corrente de 600A, tensão de 25V, velocidade de soldagem de 25,5; 24; 20,94; e 19,5 cm/min. Utilizou-se chapa de aço USI-SAC-50. Os quatro aportes de calor produzidos 3,53; 3,75; 4,24; 4,61 kJ/mm, permitiram variações microestruturais na região de granulação grosseira da ZAC, promovendo variações nas medidas de durezas e nos resultados do ensaio de impacto medido à -25ºC e -10ºC. Quando realizado o tratamento térmico de alívio de tensões a 580ºC por 1 hora, as morfologias das microestruturas e medidas de dureza na região grosseira da ZAC, praticamente foram iguais, independente do aporte de calor. Os resultados do ensaio de impacto realizado à -25ºC, com e sem tratamento térmico, não sofreram alterações significativas para os valores das energias absorvidas na ZAC. Já a -10ºC a mudança foi mais significativa. O aspecto da morfologia da fratura na região de granulação grosseira da ZAC, após o ensaio de impacto, foi coerente para os quatro aportes de calor utilizados na soldagem. / It was studied in this report the microstructure, hardness and impact resistance in High Strength Low Alloyed (HSLA) steel in HAZ. The submerged are weld metals were made, using corrent of 600A, are voltage of 25V and travel speed of 25,5; 20,9; 24; and 19,5 cm/min. The USI-SAC-50 steel was used in present report. Four different heat input 3,53; 3,75; 4,24 and 4,61 kJ/mm were used to weld, produced significant changes in the coarse heat affected zone (HAZ) microstructure morphology, and this effect promoted changes on the hardness and the impact results at -25°C and -10°C. Using stress reliev treatment at 580°C for one hour, has changed the microstructure morphology in the coarse heat affected zone and the hardness measurements becames quite similar, therefore independent of the heat input. At -25°C the impact results has shown no variations with the stress reliev heat treatment. However, there were significant changes in the impact results at -10°C. After the impact test, the aspect of morphology facture in the coarse heat affected zone (HAZ), was coherent for the four different heat input, were used to weld.

A soldagem é o processo de união mais utilizado na fabricação de equipamentos pela indústria mecânica. Devido à introdução de calor durante o processo de soldagem, dependente do posicionamento da tocha e consequentemente do tempo, dilatações e contrações não uniformes produzem tensões térmicas no componente em questão, as quais permanecem como residuais ao final do processo, ao se atingir o equilíbrio térmico. O entendimento da formação e comportamento destas tensões se torna importante, pois na presença de carregamentos externos, a integridade estrutural do elemento mecânico pode ser comprometida. Portanto, este estudo visa analisar o comportamento destas tensões térmicas, avaliando ao final a magnitude e distribuição das tensões residuais, tendo como ferramenta o método dos elementos finitos. Inicialmente são apresentados os principais processos de soldagem envolvendo a fusão de materiais por meio de arco elétrico, sendo possível com base em uma explicação teórica, observar e entender a formação das tensões oriundas destes processos. Na sequência uma revisão bibliográfica contendo as principais técnicas para modelamento deste problema pelo método dos elementos finitos é apresentada, navegando por conceitos da análise térmica, que envolve o estudo das temperaturas e mecânica, a qual avalia as tensões formadas. Com toda parte teórica consolidada, um caso exemplo é analisado, simulando desta maneira um processo GTAW pelo programa computacional ANSYS, e comparando os resultados numéricos com os dados experimentais e numéricos obtidos na literatura. Ao final da simulação conclui-se que o modelo analisado reproduz fielmente a distribuição de temperaturas durante o processo e também estima corretamente as tensões residuais na chapa soldada, mostrando que a simulação de processos de soldagem utilizando o método dos elementos finitos se apresenta como uma ferramenta alternativa a indústria no aprimoramento de processos existentes ou desenvolvimento de novos. / Welding is the most used joining process in equipment manufacture by mechanical industry. Due to heat application during welding, varying with torch position and therefore by time, non-uniform expansion and contraction produces thermal stresses, which remains as residual when the component reaches thermal equilibrium. Formation and behavior of these stresses understanding becomes important since on external forces presence the mechanical piece may have it structural integrity compromised. This study aims to analyze thermal stress behavior due to welding evaluating residual stress magnitude and distribution at the process end by the finite element method. First of all fusion welding process by an electric arc are presented and a theoretical explanation about thermal stresses formation during welding is shared. Next is shown a bibliographic research with main techniques to model these problems using the finite element method, including thermal analysis, which involves temperature distribution study, and structural analysis that evaluate resulting stresses. With all theoretical background consolidated an example case of a GTAW process is studied utilizing ANSYS software, comparing numerical results with experimental and numerical data obtained in literature. It is possible to conclude that analyzed model accurately reproduces temperature distribution and also residual stress in the welded specimen proving that a welding process simulation via finite element method is an alternative tool for industry purposes on improving existing process and developing new ones.

A importância das indústrias de cana-de-açúcar no cenário nacional cresce exponencialmente, desde sua origem. Porém nas últimas três décadas este tipo de indústria deixou de ser tipicamente familiar e passou a produzir em grande escala açúcar, etanol, produtos químicos derivados, levedura e planta de CO2 (para indústria de bebida e ou alimentos), além da venda do excedente da energia que é gerada na própria indústria. Um dos principais equipamentos em uma usina de açúcar e álcool é a caldeira, nome popular dado ao vaso de pressão que gera vapor a partir do aquecimento da água em um ambiente de alta pressão. Este calor é usado como fonte para produção de energia. Os aços ligados ao Cr e Mo têm sido cada vez mais aplicada neste tipo de equipamento. O presente trabalho tem por objetivo entender a influência dos parâmetros de tratamento térmico pós-soldagem nas propriedades mecânicas e na microestrutura de um tubo sem costura de aço ASTM A 335 Gr P91, através da determinação dos valores de: resistência à tração, limite de escoamento, percentual de alongamento, dureza, tenacidade à fratura e CTOD do material base, metal de solda e zona termicamente afetada (ZTA) da região soldada de tubos unidos por solda. Para a realização desta pesquisa serão aplicados os conceitos da teoria da mecânica da fratura elasto-plástica (Crack Tip Open Displacement, CTOD) e os conceitos de comportamento mecânico dos materiais, para o estudo da influência dos parâmetros de tratamento térmico pós-soldagem. / The importance of sugar cane industries on the national scene grows exponentially since its origin. But in the last three decades these became from cottage industries to large-scale production of Ethanol, Chemicals derivatives, yeast and plant CO2 (for food or drink industry). One of the main equipment in a sugar and alcohol plant is the boiler, popular name given to the pressure vessel that generates steam from the heating of water in a high pressure environment. This is used as heat source for energy production. One of the alloy that has been increasingly applied in projects of this equipment are martensitic steels (Cr Mo alloys). The present study aims to understand the influence of post weld heat treatment parameter´s on mechanical properties and microstructure of a seamless tube, steel ASTM 335 Gr P91, the determination of values of tensile strength, yield strength, percentage of elongation, hardness, fracture toughness and CTOD of the base material, weld metal and heat affected zone (HAZ) of the welded region of tubes welded together. In this research the concepts of the theory of mechanics of elastic-plastic fracture (Crack Tip Open Displacement, CTOD) and the concepts of mechanical behavior of materials will be applied.

Submitted by Caroline Xavier (caroline.xavier@pucrs.br) on 2017-06-30T14:39:33Z No. of bitstreams: 1 TES_MARIANA_ROENNAU_LEMOS_RINALDI_COMPLETO.pdf: 2232512 bytes, checksum: 72ea5572f7e50b32cdf95dc1dbfe7366 (MD5) / Approved for entry into archive by Caroline Xavier (caroline.xavier@pucrs.br) on 2017-06-30T14:39:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TES_MARIANA_ROENNAU_LEMOS_RINALDI_COMPLETO.pdf: 2232512 bytes, checksum: 72ea5572f7e50b32cdf95dc1dbfe7366 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-30T14:39:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TES_MARIANA_ROENNAU_LEMOS_RINALDI_COMPLETO.pdf: 2232512 bytes, checksum: 72ea5572f7e50b32cdf95dc1dbfe7366 (MD5) Previous issue date: 2017-01-19 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico - CNPq / Soldered appliances are widely used in orthodontics and pediatric dentistry. The cytotoxicity and genotoxicity of silver solder and laser welding has already been tested in dentistry. However, little is known about the Tungsten Inert Gas (TIG) welding technique, which uses an electric arc between an electrode and the part to be welded. The aims of this study were to evaluate the cytotoxicity and genotoxicity of silver soldered (silver soldered bands - SSB), laser welded (laser welded bands - LWB), TIG welded (TIG welded bands ? TWB) joints and no soldered/welded bands (NS /WB) in vitro and in vivo. For that, MTT reduction assay was performed in HGF, HaCat, Vero and MRC-5 cell lines. The genotoxicity of the metallic eluates of the joints was determined by comet assay in HGF cells after 3-h treatment. The quantification of Ni, Fe, Cr, Cu, Ag, Zn Cd and Sn in the metallic eluates was performed with inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Cu, Zn and Ag were the most detected ions in SSB medium samples, and Fe, Cr and Ni in the samples of LWB and TWB. The SSB group induced strong cytotoxicity in all cell lines. NS/WB, LWB and TWB presented a weak cytotoxic induction. In comet assay, SSB group showed a higher damage index and more comets with damage class 3 and 4, compared to the other groups. In the in vivo study, the genotoxic effects on the buccal mucosa cells of children with lingual arches containing silver soldered joints, laser welded joints and without any appliance were accessed by buccal comet assay (BCA) and the buccal micronucleus cytome (BMCyt) assay. The urinary levels of Ni, Cr, Fe, Zn, Cu, Ag, Cd and Sn were investigated through urine samples analyzed by ICP-MS. The results of the study indicate that silver solder and laser welding did not cause genotoxicity in buccal mucosa cell during the period evaluated. The changes of the ions in the urinary contents cannot only be attributed to the appliances. TIG welding may be a promising technique to be applied in orthodontics and deserve be further investigated, as it presented in the in vitro and in vivo tests a low cytotoxic and genotoxic potential. / Aparelhos soldados s?o utilizados amplamente em Ortodontia e Odontopediatria. A citotoxicidade e a genotoxicidade da solda a prata e da soldagem a laser j? foram testadas em Odontologia. No entanto, pouco se sabe sobre a t?cnica de soldagem Tungsten Inert Gas (TIG), que utiliza um arco el?trico entre um eletrodo e a pe?a a ser soldada. Os objetivos deste estudo foram avaliar a citotoxicidade e a genotoxicidade de uni?es soldadas a prata (silver soldered band - SSB), soldadas a laser (laser welded band - LWB), soldadas a TIG (TIG welded band ? TWB) e de an?is n?o soldados (no soldered or welded bands ? NS / WB) in vitro e in vivo. Para isso, o ensaio de redu??o de MTT foi realizado nas linhagens celulares HGF, HaCat, Vero e MRC-5. A genotoxicidade dos eluatos met?licos das ?reas soldadas foi determinada atrav?s do ensaio de cometas em c?lulas HGF ap?s tratamento de 3 horas. A quantifica??o de Ni, Fe, Cr, Cu, Ag, Zn, Cd e Sn nos elu?dos met?licos foi realizada com espectrometria de massa por plasma indutivamente acoplado (ICP-MS). Cu, Zn e Ag foram os ?ons mais detectados nas amostras de meio de bandas soldadas a prata, e Fe, Cr e Ni, nas amostras soldadas a laser e nas soldadas a TIG. O grupo SSB induziu forte citotoxicidade em todas as linhagens celulares. NS / WB, LWB e TWB apresentaram indu??o citot?xica fraca. No ensaio Cometa, o grupo SSB apresentou maior ?ndice de danos e mais cometas com classes de dano 3 e 4, em rela??o aos outros grupos. As uni?es soldadas a TIG, bem como uni?es soldadas a laser mostraram melhor biocompatibilidade. No estudo in vivo, genotoxicidade sobre as c?lulas da mucosa bucal dessas crian?as com arcos linguais contendo uni?es soldadas a prata, uni?es soldadas a laser, e sem qualquer aparelho foram avaliadas pelo ensaio de cometa bucal (BCA) e pelo ensaio de citometria bucal do micron?cleo (BMCyt). Os n?veis urin?rios de Ni, Cr, Fe, Zn, Cu, Ag, Cd e Sn foram investigados atrav?s de amostras de urina analisadas por ICP-MS. Os resultados do estudo indicam que a solda a prata e a soldagem a laser n?o causaram genotoxicidade na mucosa bucal durante o per?odo avaliado. As altera??es dos ?ons no conte?do urin?rio n?o puderam ser unicamente atribu?das aos aparelhos. A soldagem TIG parece ser t?cnica promissora a ser aplicada em ortodontia e merece ser mais investigada, uma vez que apresentou nos testes in vitro e in vivo um baixo potencial citot?xico e genot?xico.

Este trabalho apresenta um modelo inovador de coletor solar plano, com placa absorvedora fabricada por Estampagem Incremental e Soldagem FSW (Friction Stir Welding). Esta placa absorvedora é constituída de duas chapas de alumínio AA1200-H14 com espessura de 1 mm, estampadas e soldadas em simetria, a fim de que na união das chapas sejam deixados canais para passagem de água. Neste estudo foi realizada a caracterização do material por Ensaio de Tração e Ensaio Nakajima. Para determinação dos parâmetros de Estampagem Incremental foram realizados 16 experimentos com ferramenta de diâmetro df = 9,5 mm, variando a rotação de N = 50 rpm a 800 rpm e o incremento vertical de Δz = 2 mm a 0,2 mm, mantendo o avanço em = 250 mm/min. E também foram realizados 3 experimentos com ferramenta df = 22 mm, variando o incremento vertical de Δz = 2 mm a 0,5 mm, mantendo a rotação em N = 50 rpm e o avanço em = 250 mm/min. Para determinação dos parâmetros de Soldagem FSW foram realizados 4 experimentos com ferramenta de ombro de diâmetro 8 mm e pino roscado M3x0,5, mantendo a rotação em N = 1500 rpm e variando o avanço entre = 100 mm/min a 400 mm/min. Em seguida foi fabricado um protótipo de placa absorvedora de coletor solar com área de 0,12 m². Nos experimentos realizados foi constatado que é possível obter maiores deformações na Estampagem Incremental do que na Estampagem Convencional e que as deformações são mais elevadas quando se utiliza menores diâmetros, maiores rotações e menores incrementos verticais da ferramenta. Na Soldagem FSW não foi constatada influência na qualidade do cordão de solda em relação à variação do avanço da ferramenta. Neste estudo também se verificou que é possível fabricar protótipos de placas absorvedoras de coletores solares pelos processos de Estampagem Incremental e Soldagem FSW. No entanto, para coletores em tamanho comercial, novos estudos são necessários para melhorar a forma de fixação das chapas durante a Soldagem FSW. / This work presents an innovative model of flat plate solar collector, with absorber plate manufactured using Incremental Sheet Forming (ISF) and Friction Stir Welding (FSW). This absorber plate consists of two AA1200-H14 aluminum sheets with a thickness of 1 mm, stamped and welded in symmetry, in order to leave channels for the passage of water. In this study the characterization of the material by Nakajima Test and Traction Test was performed. In order to determine the parameters of ISF, 16 experiments were performed with a tool of diameter df = 9.5 mm, varying the rotation speed of N = 50 rpm at 800 rpm and the step down of Δz = 2 mm to 0.2 mm, maintaining the feed rate at = 250 mm/min. Also, 3 experiments with tool df = 22 mm were performed, varying the step down of Δz = 2 mm to 0.5 mm, maintaining the rotation speed at N = 50 rpm and the feed rate at = 250 mm/min. For determination of FSW parameters, 4 experiments with 8 mm diameter shoulder tool and M3x0.5 pin were performed, maintaining the rotation speed at N = 1500 rpm and varying the feed rate from = 100 mm/min to 400 mm/min. A prototype solar collector absorber plate with a 0.12 m² area was then manufactured. In the experiments carried out, it was found that it is possible to obtain greater deformations in the ISF than in the Conventional Stamping and that the deformations are higher when using smaller diameters, higher rotations and smaller step downs of the tool. In FSW, no influence was observed in the quality of the weld bead in relation to the variation of the tool feed rate. In this study it was also verified that it is possible to manufacture prototypes of solar collector absorber plates by the processes of ISF and FSW. However, for commercial size collectors, further studies are needed to improve the way the plates are fixed during FSW.

Neste trabalho foram soldadas 4 amostras de rodas para veículos comerciais pelo processo de soldagem Tandem-MIG. Para cada amostra foram utilizados parâmetros de soldagem diferentes de modo a se obter formatos de cordão de solda distintos. O objetivo do trabalho foi avaliar a influência desses formatos de cordão de solda no desempenho em fadiga. Para os materiais utilizados, SAE1010AA e SAE1015A, foram realizados os seguintes ensaios: análise de composição química, análise micrográfica, levantamento das curvas tensão x deformação, medidas de microdureza Vickers e levantamento das curvas SN pelo método de flexão alternada (R=-1). Através da composição química constatou-se que ambos os aços são de baixo carbono e atendem o especificado pela norma SAEJ403. Através da análise micrográfica foi verificado que as fases presentes foram ferrita e perlita, e o tamanho médio de grão foi de 11,2 ?m para os dois materiais. O aço SAE1010AA apresentou limite de escoamento médio de 265,2 MPa, limite de resistência de 384,8 MPa e alongamento médio de 43,9%. Já o aço SAE1015AA apresentou limite de escoamento médio de 260,1 MPa, limite de resistência de 407,3 MPa e alongamento de 41,9%. Para os dois materiais, o limite de resistência à fadiga (2.10-6 ciclos) foi de 225 MPa. Foi realizada a caracterização das 4 amostras soldadas. Através das curvas SN observou-se que o limite de resistência à fadiga para as amostras soldadas apresentou redução para valores entre 180 e 160 MPa. Com os mapas de microdureza Vickers levantados foi possível perceber as diferenças de microdureza obtidas de acordo com os parâmetros de soldagem utilizados e consequentemente com as microestruturas formadas. Com as imagens obtidas na análise micrográfica observou-se a formação de microestruturas com formatos e tamanhos diversos tanto nas regiões da zona termicamente afetada das amostras como na região de solidificação do cordão de solda. Finalmente, com a realização da análise via MEV, constatou-se que todas as trincas por fadiga iniciaram na superfície dos corpos de prova. Foram observadas estrias de fadiga, com maior e menor intensidade de acordo com cada amostra, ao longo da região de fratura. Além disso, foi observada a geração de múltiplas trincas por fadiga em duas amostras. / In this study four samples of commercial vehicle wheels were welded using the Tandem-MIG process. For each sample different welding parameters were used to get different kinds of weld bead shape. The aim of this study was to evaluate the influence of these weld bead shapes in fatigue performance. For the SAE1010AA and SAE1015AA materials the following tests were performed: chemical composition analysis, microstructure characterization, SN curves by alternating bending method (R=-1). Through analyzing chemical composition, it was found that both materials are low carbon steel and they meet the SAE J403 standard. In microstructure characterization, ferrite and perlite microstructure were found, with an average grain size of 11,2 ?m for both steels. The SAE1010AA showed an average yield strength of 265,2 MPa, an average tensile strength of 384,8 MPa, and alongation of 43,9%. The SAE1015AA showed an average yield strength of 260,1 MPa, an average tensile strength of 407,3 MPa, and alongation of 41,9%. For both materials, the fatigue limit (2.10-6 ciclos) was 225 MPa. The characterization of the four samples was done. In SN curves the fatigue limit for welded samples showed a reduction to values of between 180 and 160 MPa. In the Vickers microhardness test, it was possible to notice the differences between the microhardness obtained in accordance with welding parameters used and, consequently, the microstructure formed. In microstructure analysis, different kinds and sizes of microstructure were observed to have formed in both the heat-affected zone and the welded zone. Finally, through MEV analysis, all fatigue cracks were seen to have begun on the surface of the samples. Fatigue estriaton, with major and minor intensity depending on the sample, was observed along the fracture region. Furthermore, the beginning of multiple fatigue cracks were seen in two samples.