O presente trabalho tem como objetivo desenvolver os parâmetros de processo de junção de topo, no estado sólido, de chapas de alumínio 2024-T3 de espessura 1,6 mm, para aplicação aeronáutica por meio do Friction Stir Welding - FSW, a fim de obter ao mesmo tempo boas propriedades mecânicas e velocidades apreciáveis de soldagem. O processo de FSW foi patenteado, em 1991, pelo The Welding Institute (TWI) da Inglaterra. A técnica consiste na união realizada no estado sólido, não ocorrendo fusão dos materiais. Uma ferramenta especialmente projetada, similar a um pino, tem a função de aquecer e "misturar", as bordas de duas peças que se quer unir. A ferramenta tem ainda um ombro que não penetra no material a ser soldado, mas gira sobre ele, gerando atrito e conseqüentemente energia térmica para plastificar o material. Para o desenvolvimento deste trabalho, foram realizadas as seguintes etapas: revisão bibliográfica do FSW; desenvolvimento dos parâmetros de processo (velocidade de rotação e transversal, e força axial da ferramenta de soldagem) e a relação com a temperatura de soldagem; realização de testes práticos; caracterização das juntas soldadas; ensaios mecânicos. Pela inspeção visual das soldas, foram ajustados os parâmetros de processo, visando obter soldas livres de defeitos superficiais, empenamento reduzido e aprovação em ensaio de dobramento logo após a soldagem. Então, partiu-se para caracterização das propriedades da junta, por meio de ensaios não-destrutivos de líquidos penetrantes, metalografia e ensaios mecânicos de tração. Com os parâmetros de soldagem validados e temperatura de soldagem medida, foram identificadas as variáveis de processo e partiu-se para ou aumento da velocidade de soldagem e ajuste destas variáveis relacionadas, realizadas nova campanha de soldagem, caracterização e ensaios mecânicos para validar este novo conjunto otimizado de parâmetros. Avalia-se, então, a relação entre os parâmetros de processo e as propriedades mecânicas. Obtêm-se soldas com velocidades apreciáveis de soldagem e com boas propriedades mecânicas. Observa-se que o método de seleção dos parâmetros é preponderantemente empírico e o método de otimização de velocidade, por meio da correlação com a temperatura de soldagem, mostra-se robusto e evidencia um aumento não linear entre a velocidade de rotação e velocidade transversal da ferramenta de soldagem.

Os aços inoxidáveis austeníticos com adição de Mo têm sido a grande estratégia para se enfrentar a corrosão por ácidos naftênicos provenientes dos petróleos pesados durante a etapa de destilação atmosférica e a vácuo nas refinarias brasileiras e do exterior. Os óleos pesados com elevado Índice de Acidez Total (IAT) têm sido chamados de "óleos de oportunidade" e, devido ao diferencial de baixo preço, seu mercado tem crescido continuamente. Dentro deste contexto, este trabalho esta voltado para a seleção e caracterização dos melhores metais de adição para a soldagem dos tubos de aço inoxidável austenítico ASTM A 312 TP 317L para a unidade de destilação da Refinaria Henrique Lage. A primeira etapa do trabalho foi a soldagem seis Peças de Teste, identificadas de PT-01 a PT-06, em condições de campo, com a utilização de cinco metais de adição diferentes, variando principalmente no teor de Mo. A partir dessas peças de teste, foram retirados corpos-de-prova para ensaios mecânicos, metalográficos e corrosão correlacionados com metais de adição. Os primeiros resultados mostram que os metais de adição de mesma composição dos tubos resultam em menor energia de impacto absorvida pelas juntas soldadas, da ordem de 70%, em comparação ao metal de base. Os melhores resultados foram obtidos com a utilização de metais de adição com maiores teores de elementos de liga e ou com adição de N.

Faz-se no presente trabalho um estudo de Integridade Estrutural em junções de liga de Alumínio aeronáutico soldadas por FSW. O material estudado foi a liga de alumínio AA2024-T3 em chapas finas com e sem a camada protetora de clad. As chapas AlClad foram submetidas a um processo de remoção do clad previamente ao processo de soldagem. Trabalhou-se com ligas nas espessuras de 0,65mm , 0,80mm , 1,15mm , 1,30mm , 1,45mm e 1,60mm . Para efeitos de comparação também se operou com chapa de liga de alumínio AA7475-T7 na espessura 1,3mm. Um extenso programa de ensaios foi levado a cabo, contando com testes metalográficos, perfis de dureza (microindentação), ensaios de tração, ensaios de fadiga, testes de tenacidade à fratura, e ensaios de propagação de trinca. Os resultados foram compilados, avaliados e comparados com resultados de outros autores. Propõe-se neste trabalho uma abordagem qualitativa para melhor compreensão dos efeitos da tensão residual, e também se propõe uma abordagem matemática para entendimento do comportamento estático da junta, varrendo os campos elástico e plástico, sempre com abordagem linear. Faz-se também uma análise crítica de integridade estrutural da junta FSW, sempre voltada à aplicação aeronáutica.

Os aços com plasticidade induzida por deformação, também conhecidos como aços TRIP, são de grande interesse nas indústrias aeroespacial e automobilística por apresentarem uma elevada tenacidade e resistência especifica (resistência mecânica / densidade), o que possibilita que as estruturas sejam cada vez mais leves. O estudo da soldabilidade desses aços tem sido objeto de especial interesse, visto que, ao ser soldado pelos processos convencionais, observa-se uma perda na resistência mecânica e na ductilidade. Neste trabalho, foram realizadas soldas em chapas de 3 mm de espessura do aço AISI 300M previamente normalizado. O processo de soldagem utilizou um laser a fibra de 2 kW, sem metal de adição. Os parâmetros de soldagem estudados são a velocidade de soldagem e a potência do laser. A condição de soldagem em que se verificou o preenchimento total da espessura da chapa foi com velocidade de 50 mm/s e potência de 1200 W. Visando diminuir as perdas nas propriedades mecânicas do material após a soldagem, foi estudado o efeito do tratamento térmico de revenimento sobre o cordão de solda de duas maneiras. Primeiramente, utilizou-se um laser a fibra como fonte de calor para promover o revenimento do material. Notou-se por meio dos dados obtidos da microestrutura, da microdureza e do modelo de simulação de temperaturas, que o laser não permite o tratamento térmico de revenimento em toda espessura do cordão sem fundi-lo. Na segunda maneira estudada para promover o tratamento térmico de revenimento, foi utilizado de um forno elétrico tipo mufla, no qual os CDPs foram mantidos por 2 horas nas temperaturas de 100, 200, 250, 300, 400, 500 e 650 C. Com os resultados obtidos nesse tratamento, é possível observar que: a microdureza do cordão cai continuamente com o aumento da temperatura; que a fragilidade ao revenimento se dá em temperatura próxima a 300 C; e que, a partir de 500 C, tanto os microconstituintes do metal base, quanto do cordão de solda começam a passar por transformações mais próximas à normalização. Como última análise neste trabalho, foram realizados ensaios mecânicos em tração uniaxial para que fossem comparados as propriedades mecânicas dos corpos-de-prova confeccionados no estado como recebido, soldado e soldado com posterior tratamento térmico de revenimento a 200 e 400 C. Concluiu-se que, no caso dos CDPs soldados e revenidos a 200 e 400 C, o limite de escoamento e a tensão de ruptura são praticamente os mesmos do material ensaiado como recebido e que há um ganho de cerca de quatro vezes na ductilidade quando comparado com o material somente soldado.

Este trabalho tem como objetivo estudar a viabilidade de se utilizar um novo conceito de soldagem entre perfis reforçadores de liga de alumínio da série 7XXX e chapas de liga de alumínio da série 2XXX pela tecnologia de soldagem FSW (Friction Stir Welding). Com este novo conceito, um perfil reforçador com geometria especial é soldado por FSW a uma chapa com o intuito de se fechar toda a interface entre a flange do reforçador e a chapa, esperando-se que se obtenha um ganho tanto em processo como em peso, já que o processo de fabricação se torna mais enxuto. O processo FSW foi inventado e patenteado pela TWI, um renomado centro especializado em junção de materiais, em 1991, no Reino Unido. Esta técnica de soldagem caracteriza-se por ocorrer no estado sólido, isto é, sem que haja a fusão do material a ser unido. No processo de soldagem FSW, uma ferramenta especial composta por um ombro e um pino é rotacionada de forma a gerar atrito entre as partes a serem soldadas. O atrito gerado pela ferramenta causa o aquecimento do material a ser soldado, que faz com que o mesmo seja plastificado, enquanto uma força axial aplicada pelo ombro da ferramenta consolida a solda. Duas ferramentas similares compostas por um mesmo pino, porém com ombros diferentes foram utilizadas para o desenvolvimento deste trabalho. Baseando-se nos parâmetros de referência da solda FSW sobreposta convencional, foram realizadas várias soldas pela metodologia de tentativa e erro. Em todos os casos, foi realizada análise visual das soldas FSW. As soldas que apresentaram boa qualidade superficial foram submetidas ao ensaio metalográfico, e caso não apresentassem nenhum defeito, seriam submetidos ao ensaio de tração transversal à solda, a fim de comparar as propriedades mecânicas entre a solda FSW sobreposta com este novo conceito e a solda FSW sobreposta convencional.

Neste trabalho foram avaliadas três condições de soldagem por resistência em um compósito híbrido de fibra de vidro e fibra de carbono com matriz de PPS. Os métodos utilizados para caracterizar a soldagem foram: 1 - Avaliação da tenacidade à fratura interlaminar em modo I da junta soldada pela técnica DCB; 2 - Avaliação da resistência ao cisalhamento interlaminar através do ensaio de flexão em 3-pontos em vigas curtas; 3 - Inspeção não-destrutiva pelo método de ultrassom; 4 - Avaliação micrográfica da seção soldada; e 5 - Análise de falha da superfície de fratura. Das propriedades avaliadas, GI e cisalhamento interlaminar, os corpos-de-prova soldados apresentaram características que se situaram entre as condições de referência (laminados sólidos produzidos em autoclave e laminados sólidos produzidos por co-consolidação). Em termos do ensaio de tenacidade à fratura interlaminar em modo I os resultados permitiram avaliar a qualidade da soldagem nesse modo de solicitação.

Devido ao fato de uma das limitações do processo de soldagem por atrito ("Friction Stir Welding - FSW") ser a necessidade da retirada de todo e qualquer acabamento superficial sob a junta (tais como camada anodizada, revestimentos orgânicos e camada "clad"), durante o processo de junção este acabamento superficial pode ser conduzido para o interior da junta, cujas conseqüências previstas são uma considerável queda nas propriedades mecânicas finais e introdução de eletrólitos (redução da resistência à corrosão). Objetivando alcançar a máxima produtividade e redução de peso que este processo de junção pode proporcionar, as juntas de alumínio "clad" 2524-T3 foram intencionalmente unidas de topo pelo processo de soldagem por atrito "Friction Stir Welding". Para tanto, foram projetados dois protótipos de ferramentas, com dimensões e geometrias específicas do pino e "ombro" de modo a minimizar o transporte do alumínio puro (liga 1231) presente nas camadas de "clad" para o interior da junta. Observações metalográficas das juntas FSW produzidas, antes e após os ensaios mecânicos, constataram que houve a condução do "clad" para o interior do metal de solda (região do "nugget"), com conseqüente redução nas propriedades mecânicas. O modo de falha previsto pelas literaturas para a junta FSW, sob esforços mecânicos (estáticos e dinâmicos), é a ocorrência de ruptura entre as zonas termomecanicamente afetada e a termicamente afetada. Neste trabalho, todas as juntas de topo Alclad 2524-T3 unidas por "Friction Stir Welding" romperam no metal de solda ("nugget") após ensaios estáticos (tração) e dinâmicos (vida em fadiga). Análises metalográficas revelam várias faixas de alumínio puro conduzidas pela ferramenta FSW durante a junção, que atuam com planos preferenciais para a nucleação e propagação da trinca de ruptura. De fato, estas faixas de alumínio puro procedentes da camada de "clad" superficial possuem propriedades mecânicas até 30% inferiores ao valor similar no metal de solda ("nugget").

Existe uma crescente demanda por um controle de qualidade preciso na indústria automotiva e isto exige que sejam inspecionados todos os produtos em tempo hábil e não apenas um pequeno conjunto de amostras. Os veículos necessitam reduzir cada vez mais o seu peso a fim de aumentar o desempenho e diminuir o consumo e, geralmente, para cumprir este objetivo, retira-se massa das carrocerias diminuindo as margens de erro em relação à integridade estrutural. Os pontos de solda usados na união de peças da carroceria têm grande influência na integridade estrutural de um veículo. Várias técnicas de avaliação não destrutivas e em tempo real de pontos de solda tem sido investigadas. Este estudo foca na investigação da termografia passiva, efetuando a captura da imagem térmica da solda logo após o processo, para inspeção online de carrocerias de automóveis diferentemente da abordagem ativa que é encontrada nos estudos atuais nos quais são utilizados fontes externas para excitar o sistema. Com esta técnica pode-se ler a distribuição de temperatura em uma determinada área por meio da imagem termográfica que permite a visualização artificial da luz dentro do espectro infravermelho. Para validação do método, relacionou-se a qualidade dos pontos de solda avaliada por quatro diferentes técnicas consolidadas: análise microestrutural, medição de diâmetro por ensaio de arrancamento, ensaio de tração-cisalhamento e medição da profundidade de indentação. Os corpos de prova foram confeccionados com chapas de aço CR4 com 0,7 mm de espessura e soldadas com diferentes níveis de corrente desde 7 até 18 kA. O intervalo de correntes entre 12 e 14 kA mostrou características satisfatórias em relação a desempenho mecânico, aspecto superficial e viabilidade durante o processo. Estes resultados foram, então, relacionados às medições por termografia a fim de encontrar um fator de correlação e depois validar a aproximação. Foi encontrada uma porcentagem de acerto de 82,5%, sendo considerado plausível para aplicações na indústria automotiva.

Este trabalho versa sobre a caracterização de uma junta soldada em cheio (bead-onplate) de liga AA356 reforçada com partículas de SiC, soldada por um Laser de fibra de alta potência. A soldagem foi realizada em duas amostras com diferentes condições térmicas, tratadas termicamente T6 (solubilização e envelhecimento) antes da soldagem (amostra A) e após a soldagem (amostra B). Nas amostras A e B foram realizadas as análises de materialográfia via Microscopia Óptica de luz reflexiva (M.O) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), também foram realizadas análises microquímica por Energia Dispersiva de Raios-X (EDX), ensaio mecânico de microdureza e difração de Raios-X. Os corpos de prova submetidos ao ensaio de tenacidade em Flexão três pontos tinham condições térmicas iguais a da amostra A, pois essa condição térmica é a condição que normalmente o Compósito de Matriz Metálica (CMM) exibe em serviço. A inspeção materialográfica por M.O identificou a interferência do tratamento térmico T6 realizado na amostra A, fazendo que fosse possível identificar a baixa proporção das partículas de Si na matriz, conforme análise se aproximava da zona fundida (ZF), e a presença de uma estrutura metaestável com a presença dendritas na ZF, aos quais foram diretamente correlacionados com os resultados da microdureza. A amostra B exibiu uma microestrutura bem homogênea em relação à amostra A, em termos de dispersão das partículas de Si e presença de dendritas na ZF. A fratográfia por MEV em modo de imageamento por elétrons secundários, permitiu analisar as superfícies de fratura do compósito em estudo (AA356+SiC), fraturado após o ensaio de tenacidade em Flexão três pontos, identificando a presença de muitos dimples que formavam uma estrutura alveolar, conhecida como uma estrutura típica de um regime dúctil. Por meio desta técnica, também foi possível detectar os principais mecanismos de tenacificação nos CMM, tais como: trincamento, descolamento ou destacamento das partículas de SiC, e o crescimento e coalescência de dimples na estrutura da matriz, os quais foram identificados e correlacionados com o desempenho mecânico dos corpos de prova analisados. A microanálise química por EDS permitiu o mapeamento dos elementos químicos presentes nas regiões do Metal Base (MB) e na Zona Termicamente Afetada (ZTA) do CMM. Por meio desta técnica, foi possível identificar a presença das partículas de Si e SiC, os elementos químicos presentes nas regiões dendriticas, os elementos fragilizantes presentes na microestrutura do CMM, tais: como Fe, Cr e Mn, e a presença de carbeto de Aluminio-Silício (Al4SiC4) presentes nas ZF, em forma de agulhas. A microanálise química foi realizada tanto nas regiões das juntas soldadas quanto nas superfícies de fraturas provenientes do ensaio de tenacidade em Flexão três pontos. / This work focuses on the characterization of a joint welded bead-on-plate of SiC particulate-reinforced A356-alloy welded by high power fiber laser. The welding was achieved in two samples with different conditions, both with T6 applied, before (sample A) and after (sample B) the welding process respectively. Samples A and B were performed materialographic analysis by Optic Microscopy of light reflected (O.M) and scanning electron microscopy (SEM), were also performed chemical microanalysis by energy dispersive X-ray , mechanical testing microhardness and X-ray diffraction. Specimens submitted to the three point bending toughness test present a thermal condition similar to sample A, because this thermal condition is the condition that normally the Metal Matrix Composite (MMC) exhibits in service. The inspection metallographic by (O.M) identified heat treatment T6 interference in the sample A, and though this is it was possible to identify low proportion of Si particles in the matrix, while the analysis was approaching fused zone, and the presence of a metastable structure with formation of dendrites in the fused zone, were which promptly correlated with results of microhardness. The sample B exhibited more homogenous a microstructure in terms of dispersion of Si particles. SEM fractography in secondary electron imaging mode allowed to analyze fracture surface of MMC, identifying the presence of more microvoids creating an alveolar structure typical of an ductile regime. Through this technique, it also was possible to detect main toughening mechanisms for MMC, such as, cracking, debonding and growth and coalescence dimples in the structure the of matrix which were identified and correlated with performance of specimens analyzed. EDS micro-chemical analysis allowed to map chemistry elements present in various regions of CMM, such as, Base Metal (BM), heat affected zone (HAZ) and Fused Zone (FZ). Through this technique, it was possible to identify and quantify the presence of Si and SiC particles, the elements present in the dendrites and presence of embrittlement elements in the microsctructure of MMC, such as, Fe,Cr and Mn and presence of needle-shapped Aluminium-Silicon carbides (Al4SiC4) in the FZ of sample A. Chemical microanalyses were performed both in regions of welded joints and in surface of fracture from the three points bending toughness test.

Os aços inoxidáveis duplex são largamente utilizados na fabricação de equipamentos para a indústria de óleo e gás, utilizados tanto no ambiente onshore quanto offshore. Sua grande limitação é que, com o aumento de temperatura, ocorre precipitação de fases indesejáveis, que reduzem drasticamente a resistência à corrosão e as propriedades mecânicas desses materiais. Considerando o efeito deletério da soldagem a fusão nos aços inoxidáveis duplex, a soldagem por atrito com pino não-consumível (FSW) é amplamente considerada como alternativa aos processos convencionais. Como no FSW a união dos materiais ocorre no estado sólido, muitos dos problemas de soldabilidade associados às técnicas tradicionais de soldagem por fusão são evitados. Neste trabalho, amostras retiradas da zona misturada (ZM), das zonas afetadas pelo calor (ZTA e ZTMA) e do metal de base (MB) de chapas de aço inoxidável lean duplex LDX 2404&reg (UNS S82441) soldadas por atrito com pino não-consumível foram caracterizadas microestruturalmente e tiveram sua resistência à corrosão avaliada por meio de ensaios eletroquímicos. Os resultados obtidos nos ensaios eletroquímicos indicaram que as zonas afetadas pelo calor e a ZM se mantiveram tão resistentes à corrosão localizada quanto o MB. Permitiram concluir também que a excelente resistência à corrosão da liga está associada ao teor elevado de N. / Duplex stainless steels have been widely used in the manufacture of equipments and piping for oil & gas industry, in onshore and offshore service. However, whenever they are exposed to high temperatures the precipitation of deleterious phases might occur. The precipitates drastically reduce the corrosion resistance and mechanical properties of these materials. The friction stir welding (FSW) process has been considered as an alternative to replace the conventional fusion welding processes in duplex stainless steels. FSW is a solid-state welding process avoiding many of the problems associated to conventional fusion techniques. In this study, specimens of the various zones affected and nearby the FSW, specifically the nugget or stir zone (SZ), the heat affected zones (HAZ/TMAZ) and the base metal (BM) of welded lean duplex UNS S82441 were characterized microstructurally and had their corrosion resistance evaluated by electrochemical tests. The results indicated that the HAZ/TMAZ and SZ regions presented similar localized corrosion resistance to that of the BM showing that it is a potential technique for replacing the conventional processes with advantageous corrosion resistance properties. They also concluded that the excellent corrosion resistance of the alloy is associated with the high N content.