Made available in DSpace on 2015-09-17T15:26:42Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-06-19. Added 1 bitstream(s) on 2015-09-17T15:45:20Z : No. of bitstreams: 1 000846966.pdf: 13367025 bytes, checksum: e59ba0e51ffa0493423b80aa0e707de3 (MD5) / As matrizes poliméricas atualmente disponíveis para compósitos avançados têm evoluído progressivamente como alternativa para a indústria aeronáutica sendo que nos últimos anos diversas matrizes termoplásticas especiais e de alto desempenho mecânico vem sendo estudadas para utilização na fabricação de compósitos avançados. Dentre as matrizes termoplásticas mais utilizadas na área aeronáutica destaca-se a poli(éter-imida) (PEI) por apresentar baixo custo, boas propriedades mecânicas e ser de fácil manuseio. Por outro lado, um dos principais problemas da utilização de compósitos termoplásticos em aplicações estruturais consiste em sua união efetiva para a integração de componentes. Entre os diversos métodos disponíveis destinados à soldagem, a utilização do processo de soldagem por resistência elétrica vem sendo considerado como um dos mais promissores para união de compósitos. O presente trabalho tem como objetivo a otimização do processo de soldagem por resistência elétrica utilizando compósitos de matriz constituída do polímero termoplástico PEI reforçado por fibras contínuas de vidro, carbono e por um sistema híbrido constituído de fibras de carbono e de vidro, com foco em aplicações aeronáuticas. Para o desenvolvimento deste trabalho, foi utilizado um planejamento experimental para a determinação e otimização dos melhores parâmetros sendo aqui considerados tempo, corrente elétrica e pressão na soldagem de laminados em estudo. Além disso, foram avaliados 4 tipos de elementos resistivos (malhas metálicas de aço inox de 100, 200 e 300 mesh e fibra de carbono com bronze). Os melhores parâmetros de otimização foram determinados a partir de ensaios de Lap Shear. Baseando-se nos resultados encontrados quanto à otimização destes sistemas, foi concluído que para o compósito PEI/ fibra de vidro os melhores valores ...( Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Thermoplastic composites reinforced with continuous fibers are being studied in a wide range of applications, such as commercial use for their low cost and for engineering with higher associated value. Currently, available polymer matrices for advanced composites have been progressively developed as an alternative for the aeronautical industry and, in the latest years, several special and high performance thermoplastic matrices have been studied for their use in manufacturing advanced composites. Among the thermoplastic matrixes, the poly (ether imide) (PEI) should be highlighted due mainly to its low cost, good mechanical properties, and for being easy to be handled. Moreover, a major problem concerning the use of thermoplastic polymer composites for structural applications is their effectiveness in the integration of structural components. Among the methods available for welding these composites is the use of the electrical resistance welding process which has been considered as the most promising for joining composites. The present work aims to optimize the welding process using electrical resistance matrix composites, consisting of thermoplastic polymer PEI reinforced by glass fiber, carbon fiber and a hybrid system consisting of carbon fiber and glass fiber for aeronautical applications. For the development this work, an experimental design was carried out to determine optimal parameters of time, electrical current and pressure on the welding of the laminates used in this study. Also it was evaluate 4 types of resistive elements (metal mesh stainless steel 100, 200 and 300 mesh, and carbon fiber with bronze). The best optimization parameters were confirmed from the Lap Shear tests. From the main results of these optimization, it was concluded that, for PEI / glass fiber laminates, the best acquired experimental values of current, ... (Complete abstract click electronic access below)

Orientador: Antonio Jorge Abdalla / Coorientador: Marcelo dos Santos Pereira / Banca: Tomaz Manabu Hashimoto / Banca: Olivério Moreira de Macedo Silva / Resumo : Este trabalho tem como objetivo avaliar e quantificar as possíveis perdas na resistência mecânica da junta soldada de aço MARAGING 300, após a realização de até três reparos no cordão da solda. O Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) projeta, desenvolve e fabrica foguetes de sondagem e veículos lançadores de satélites (VLS) utilizando propelente sólido e o envelope metálico é o responsável por suportar a pressão de trabalho durante a queima deste propelente. Atualmente o envelope motor é fabricado em aço 300M-ESR e, devido a uma série de vantagem nas propriedades mecânicas encontradas e no processo de confecção, o IAE estuda a substituição do aço 300M-ESR pelo aço MARAGING 300. O método de soldagem utilizado para a realização do trabalho foi o processo de soldagem a plasma (PLASMA ARC WELDING - PAW) em passe único, utilizando-se a técnica keyhole com metal de adição. Estas juntas soldadas são avaliadas por ensaios não destrutivos, adotando critérios de aceitação de acordo com a norma AWS D17.1. Neste trabalho, a confecção dos reparos foi feita de forma manual, utilizando o método TIG (TUNGSTEN INERT GAS). Foram realizadas as avaliações de resistência mecânica, perfil de dureza Vickers (HV) por microindentações, análises químicas, análises metalográficas e fractográficas da junta soldada nas diversas condições de soldagem. Os resultados mostram que após a solda e reparos, antes do tratamento térmico de envelhecimento, a região fundida e a região adjacente à solda apresentam uma dureza abaixo das outras regiões afetadas termicamente, isto se deve a segregação de solutos na região. Com o envelhecimento há uma elevação nos níveis de dureza de cerca de 200HV, porém a zona fundida e a zona próxima à solda permanece com uma dureza um pouco inferior ao restante do material. As anális... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This study aims to evaluate and quantify the possible losses of mechanical resistance in the welded join of MARAGING 300 steel submitted within three after repairs in the cords of the welded. The Institute of Aeronautics and Space (IAE) designs, develops and manufactures sounding rockets and satellite launcher vehicles (VLS) using solid propellant and the motor case is responsible for supporting the pressure during the burning of this propellant. Currently, the motor case is made of 300M-ESR steel. Due to a number of advantages found in the mechanical properties and the manufacturing process, IAE is studying the replacement of 300M-ESR steel by MARAGING 300 steel. The welding method used for achievement of the work was the process of plasma arc welding (paw) in a single pass, using the keyhole technique with filler metal. The welded joints are evaluated by adopting non-destructive testing acceptance criteria according to AWS D17.1. In this work, the repairs were done, manually, using the tungsten inert gas method (TIG). Measures of mechanical strength, Vickers hardness (HV), chemical analysis, metallographic analysis and fractography of the welded joint were made at the various welding conditions. The results show that after welding and repair and before the aging heat treatment the adjacent region to the weld fusion zone have hardness lower than other regions affected thermally. It is due to segregation of solute in the region. After aging treatment there is an increase in levels of hardness of about 200HV, but the fusion zone and near the weld zone with hardness remain slightly lower than the rest of the material. The analyzes of the fractured surface showed that the rupture of the specimens occurred in the region of the heat affected zone near the weld , and has a appearance of mixed fractures with formation predominantly of microvoid (dimples) ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Marcelino Pereira do Nascimento / Coorientador: Luis Rogerio de Oliveira Hein / Banca: Herman Jacobus Cornelis Voorwald / Banca: Claudio Ruggieri / Resumo: Na exploração e transporte de petróleo e gás em águas profundas, os dutos submarinos estão sujeitos a altas tensões e devem suportar elevadas cargas estáticas e dinâmicas oriundas da pressão externa e interna do fluido, do próprio peso e das correntes marítimas as quais podem levar a falhas catastróficas. O comportamento em fadiga dos tubos empregados em sistemas de dutos submarinos vem sendo estudado através de ensaios de propagação de trincas por fadiga, a fim de se obter dados experimentais para definição de inspeções mais seguras de manutenção periódica. O objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento da propagação de trinca por fadiga no metal base localizado a 90° e a 180° da junta soldada, bem como no metal de solda da junta soldada longitudinal formada pelo processo a arco submerso de dutos submarinos API 5L X70 destinados ao transporte de gás, petróleo e seus derivados. Os ensaios de propagação de trincas por fadiga foram realizados de acordo com a norma ASTM E-647 em corpos de prova do tipo tração compacto C(T). As curvas da taxa de propagação de trinca por fadiga (da/dN) em função de ΔK e as respectivas constantes da lei de Paris foram obtidas a partir de carregamentos sob amplitude constante com razão de carga 0,1. Para cada região do metal base foram extraídos dois corpos de prova ao longo da espessura, sendo um nas proximidades do diâmetro externo e o outro nas proximidades do diâmetro interno. Analogamente em relação ao metal de solda, foi retirado um corpo de prova com entalhe na solda de raiz e outro na solda de reforço. A partir das curvas a vs. N pôde-se inferir que o metal base localizado a 90° da junta soldada tendeu a apresentar uma menor resistência ao crescimento da trinca quando comparado ao metal base localizado a 180°. De maneira geral, os resultados obtidos a partir das ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In deep water offshore extraction and transport of oil and gas, the pipelines are undergo high stresses. It has to withstand high static and dynamic loads arising from external and internal fluid pressure, its own weight and sea currents that can lead to catastrophic failures. The fatigue behavior of the employed pipe in the offshore pipeline systems has been studied with aid of fatigue crack growth tests, in order to obtain experimental data for definition of safer periodic maintenance inspections. The objective of this work was to assess the fatigue crack propagation behavior in the base metal 90° and 180° from the welded joint of offshore pipeline API 5L X-70 grade steel commonly employed in the transport of oil and gas. In addition, the fatigue test was carried out in the weld metal of a longitudinal welded joint obtained by SAW (Submerged Arc Welding) process. The fatigue crack propagation tests were performed in accordance with ASTM E647 from compact tension specimens C(T). The crack growth rates curves (da/dN) as a function of ΔK and the Paris law constants were obtained under constant load amplitude conditions at the stress ratio level of 0,1. For each specific region of base metal (90° and 180°) two specimens were taken across the thickness, one close to the outside diameter and other nearby to the inner diameter. Likewise, two samples were taken from weld metal, one specimen for a root weld and one for a reinforcement weld. From the a vs. N curves it could be inferred that the base metal specimens taken from location 90° tended to have lower fatigue crack growth resistance than the base metal taken from location 180°. Overall, the achieved outcomes from da/dN vs. ΔK curves indicated that the fatigue crack growth rate for the base metal taken from location 90° was higher than base metal taken from location 180°... (Complete abstract click eletronic access below / Mestre

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2013. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2014-01-22T11:15:52Z No. of bitstreams: 1 2013_EdnaMargaritaMoncayoTorres.pdf: 3829331 bytes, checksum: 4056e83b746ba1b735edb303c3b0f5de (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-02-05T13:39:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_EdnaMargaritaMoncayoTorres.pdf: 3829331 bytes, checksum: 4056e83b746ba1b735edb303c3b0f5de (MD5) / Made available in DSpace on 2014-02-05T13:39:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_EdnaMargaritaMoncayoTorres.pdf: 3829331 bytes, checksum: 4056e83b746ba1b735edb303c3b0f5de (MD5) / Conceitos aplicados ao controle da soldagem estão produzindo pesquisas direcionadas ao desenvolvimento do monitoramento direto ou indireto da geometria do cordão de solda. A utilização de certos tipos de sensores proporcionou o desenvolvimento de sistemas capazes de medir diretamente a geometria do cordão. No desenvolvimento das pesquisas relacionadas ao monitoramento e controle em tempo real da soldagem, observa-se a utilização de várias abordagens que podem ser agrupadas conforme o parâmetro de monitoramento escolhido. Ao longo dos anos, a demanda de sistemas para o monitoramento e o controle nos processos de soldagem tem crescido. A necessidade de melhorar a produtividade e qualidade levou ao desenvolvimento e aperfeiçoamento de técnicas e sistemas para monitoramento e controle dos processos de soldagem. Este trabalho apresenta uma metodologia para realizar a modelagem, otimização e controle da largura do cordão de solda, permitindo ajustar os parâmetros do processo em tempo real. Desenvolveu-se um sistema integrado de aquisição de imagens, modelagem e controle do processo de soldagem, permitindo uma resposta em tempo real, através de redes neurais artificiais, onde os parâmetros de velocidade de soldagem, velocidade de alimentação do arame e a tensão são preditos em função de uma largura desejada. Para realizar o controle em malha fechada do sistema desenhou-se um controlador “fuzzy” onde se toma como referência a diferença entre a largura que se pretende obter e a largura real do cordão de solda. Este cordão é medido através de um sistema de aquisição e processamento de imagens usando-se uma câmera web de baixo custo. A ação de controle é exercida preferencialmente na velocidade de soldagem, parâmetro que apresenta a maior influência na largura do cordão. Obteve-se cordões de solda com largura pré-definida, além de boa aparência e qualidade. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Welding Control concepts aim to developed researches to improve the monitoring and control of weld bead geometry. The use of certain types of sensors has allowed the development of systems that are able to directly measuring the weld bead geometry. Research developments reviews related to the real-time weld monitoring and control use several approaches that could be grouped according to what sort of parameter is selected for monitoring and over the recent years, the demand for more improved welding systems are growing up. The needs for improving productivity and quality have led to the development and improvement techniques and systems for monitoring and control of welding processes. This work presents a methodology to perform modelling, optimization and control of the weld bead width, enabling to adjust process parameters in real-time. It was developed an integrated system for image acquisition, modelling and control of the welding process allowing a real-time response, through artificial neural networks. Parameters as welding speed, wire feed velocity and voltage are predicted in function of a desired weld bead width. In order to get the closed-loop control system, it was designed a controller "fuzzy" in which is taken as reference the difference between the width to be achieved and the actual width of the bead. This weld bead is measured throughout an acquisition system and images processing using a low price webcam. The control action is carried out preferably in welding speed, a parameter that has the greatest influence on the weld bead width and it has not influence in the metal transfer behaviour. It was obtained weld beads with predefined width, good appearance and quality.

Sabemos que em placas de circuito impresso montadas com tecnologia SMD Surface Mount Device podem ocorrer problemas com a migração eletroquímica. O fenômeno aparece principalmente porque os novos encapsulamentos possuem terminais com espaçamentos muito próximos. A migração eletroquímica pode tornar-se um potencial problema no processo de soldagem eletrônica quando é utilizado a tecnologia Lead Free na montagem das placas. O processo de migração eletroquímica ocorre quando temos metal, isolante e metal, em ambiente de alta umidade e sobre polarização elétrica, o metal deixa a posição inicial em forma de íon e se redeposita sobre o isolante. Em uma placa de circuito impresso, dois terminais adjacentes podem tornar-se eletrodos, dessa forma as dendritas crescem do cátodo para o ânodo. Podem aparecer diferentes morfologias com diferentes elementos envolvidos no processo de migração, dependendo da composição da pasta de solda ou acabamento da placa de circuito impresso. Uma estrutura do tipo pente comb feita sobre laminado FR4 foi utilizada nos experimentos. A distância entre as trilhas foram de 102 e 254 mícrons para simular uma distancia real dos terminais dos dispositivos. Os fatores considerados durante os experimentos foram: A distancia entre os terminais na estrutura (102 ou 254 mícrons), tensão aplicada (2 ou 3 V). Foi observado que a pasta de solda e o acabamento final não influenciam no processo de migração eletroquímica. O Estanho foi o principal metal que migrou. Todos os resultados obtidos nesse estudo concordam com a literatura. / It is well known that in printed circuits boards assembled by SMT technology may occur Electrochemical migration (ECM). This phenomenon appears mainly because the new packaging has the terminals very close. Also the Electrochemical migration may become a potential reliability problem in electronic soldering when lead free technology is used in soldering electronic devices. Electrochemical migration is an electrochemical process where metal on an insulating material, in a humid environment and under an applied electric field, leaves its initial location in ionic form and redeposit. In a PCB two adjacents terminal may behave as electrodes so the dendrites grow from cathode to anode. It can show different morphologies with the different migration elements involved depending on the solder paste composition or PCB surface finishing. A structure with a comb shape printed on FR4 substrate was used in the experiments. The distance between the fingers in the structure was 102 or 254 microns, in order to simulate a real distance between dispositive terminals. The factors considered during the experiments were surface finishing (ENIG or HASL), solder paste composition, distance between terminals (102 or 254 microns) and applied voltage (2 or 3 V). It was observed that the solder paste and the surface finishing dont influence the ECM process. Tin was the main metal that migrates. All the results obtained in these study agrees with the literature.

Orientador: Antonio Jorge Abdalla / Coorientador: Marcelo dos Santos Pereira / Banca: Tomaz Manabu Hashimoto / Banca: Marcelino Pereira do Nascimento / Banca: Miguel Justino Ribeiro Barbosa / Banca: Dilermando Nagle Travessa / Resumo: Este trabalho tem como objetivo caracterizar mecanica e metalograficamente, juntas soldadas de chapas finas em aço Maraging 300, submetidas a até três reparos, usadas na fabricação de envelopes motores foguete a propelente sólido desenvolvidos no Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) em atendimento às necessidades de sua gama de lançadores. O envelope motor atua como elemento estrutural e também possui a função primária de suportar a pressão de trabalho durante a queima do propelente. Atualmente, o envelope motor é fabricado em aço 300M-ESR e o IAE tomou a decisão de substituí-lo pelo aço Maraging 300. Em função dos processos existentes no Instituto, neste trabalho utilizaram-se os processos de soldagem Plasma Arc Welding - PAW com a técnica keyhole e Gas Tungsten Arc Welding - GTAW, ambos em passe único, com metal de adição. Antes de serem submetidas aos ensaios, as juntas passaram por inspeção não destrutiva de acordo com os critérios da norma AWS D17.1. Os reparos foram feitos de forma manual e processo GTAW. Amostras da junta soldada e reparadas foram submetidas a ensaios de tração, dureza Vickers (HV) por microindentações, análises químicas, análises metalográficas e fractográficas. Corpos de prova dos cordões adjacentes aos reparos também foram avaliados. Os resultados mostram que após a solda e reparos e o tratamento térmico de solubilização e envelhecimento, a zona fundida e a região da linha de fusão da solda apresentam uma dureza abaixo das outras regiões afetadas termicamente. Para as condições da solda sem reparo e reparadas, o processo PAW apresentou um valor menor de dureza em todas estas regiões com relação ao processo GTAW. As análises da superfície dos corpos de prova soldados rompidos indicam o predomínio de um processo de ruptura iniciado próximo à linha de fusão da solda e que se propaga em direção ao interior do ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work aims at mechanic and metallographic characterization of Maraging 300 welded joints sheets, submitted to up to three repairs, used for the fabrication of solid propellant rocket motors at the Institute of Aeronautics and Space - IAE as to comply with its range of launchers. The rocket motor is a structural part and also has the primary function of supporting the nominal pressure during the propellant burning. At present, the rocket motor is fabricated in 300M-ESR steel and IAE has decided to replace such a steel for the Maraging 300 one. Due to IAE's existing processes, Plasma Arc Welding - PAW with the keyhole technique and the Gas Tungsten Arc Welding - GTAW have been used, both single-pass welding with filler. Before they have been submitted to the tests, the joints went through non-destructive inspection according to AWS D17.1 Standard. Manual repairs and GTAW process have been made. Samples of the welded and repaired joints were submitted to tensile testing, Vickers hardness, chemical analysis, fractrographic and metallographic analysis. Body tests of the beads adjacent to the repairs have also been assessed. Results show that after welding, repairs and solubilization and aging heating treatment, the melted zone as well as the weld joins lines zone present hardness below other heat affected zones. As for the conditions of the non-repaired and repaired welds, the PAW process has demonstrated lower hardness values in all zones in what regards the GTAW process. The welded and fractured body tests surfaces analysis indicate the predominance of a fracture process started next to the weld joins lines which goes towards the bead interior. The nature of the fracture has shown the predominance of dimples. The GTAW welded body tests presented higher mechanical strength than that of the PAW process. Similarly, the PAW welded body tests obtained from the beads of the zones ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Sabemos que em placas de circuito impresso montadas com tecnologia SMD Surface Mount Device podem ocorrer problemas com a migração eletroquímica. O fenômeno aparece principalmente porque os novos encapsulamentos possuem terminais com espaçamentos muito próximos. A migração eletroquímica pode tornar-se um potencial problema no processo de soldagem eletrônica quando é utilizado a tecnologia Lead Free na montagem das placas. O processo de migração eletroquímica ocorre quando temos metal, isolante e metal, em ambiente de alta umidade e sobre polarização elétrica, o metal deixa a posição inicial em forma de íon e se redeposita sobre o isolante. Em uma placa de circuito impresso, dois terminais adjacentes podem tornar-se eletrodos, dessa forma as dendritas crescem do cátodo para o ânodo. Podem aparecer diferentes morfologias com diferentes elementos envolvidos no processo de migração, dependendo da composição da pasta de solda ou acabamento da placa de circuito impresso. Uma estrutura do tipo pente comb feita sobre laminado FR4 foi utilizada nos experimentos. A distância entre as trilhas foram de 102 e 254 mícrons para simular uma distancia real dos terminais dos dispositivos. Os fatores considerados durante os experimentos foram: A distancia entre os terminais na estrutura (102 ou 254 mícrons), tensão aplicada (2 ou 3 V). Foi observado que a pasta de solda e o acabamento final não influenciam no processo de migração eletroquímica. O Estanho foi o principal metal que migrou. Todos os resultados obtidos nesse estudo concordam com a literatura. / It is well known that in printed circuits boards assembled by SMT technology may occur Electrochemical migration (ECM). This phenomenon appears mainly because the new packaging has the terminals very close. Also the Electrochemical migration may become a potential reliability problem in electronic soldering when lead free technology is used in soldering electronic devices. Electrochemical migration is an electrochemical process where metal on an insulating material, in a humid environment and under an applied electric field, leaves its initial location in ionic form and redeposit. In a PCB two adjacents terminal may behave as electrodes so the dendrites grow from cathode to anode. It can show different morphologies with the different migration elements involved depending on the solder paste composition or PCB surface finishing. A structure with a comb shape printed on FR4 substrate was used in the experiments. The distance between the fingers in the structure was 102 or 254 microns, in order to simulate a real distance between dispositive terminals. The factors considered during the experiments were surface finishing (ENIG or HASL), solder paste composition, distance between terminals (102 or 254 microns) and applied voltage (2 or 3 V). It was observed that the solder paste and the surface finishing dont influence the ECM process. Tin was the main metal that migrates. All the results obtained in these study agrees with the literature.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Atualmente a busca por melhorias de processos e técnicas de soldagem mecanizados/automatizados tem sido intensa devido à escassez de mão de obra qualificada. Nesta linha, a combinação de processos e mesmo de modos operacionais (polaridade e/ou modo de transferência metálica) dentro de um só processo, em adição à possibilidade de combinar níveis de corrente de soldagem, vem ganhando espaço. Por meio dos modos operacionais e/ou dos níveis de corrente, é possível variar a energia do arco (tanto térmica quanto cinética) entregue à peça de trabalho. Combinando este recurso com o movimento do arco, pode-se distribuir a energia do mesmo de forma otimizada para controlar a formação do cordão de solda. Uma forma relativamente simples de controlar o movimento do arco é por meio de oscilação magnética – deflexão do arco elétrico através de um eletroímã. Assim, este trabalho explora a sincronização da oscilação magnética com processos de soldagem a arco de modo a controlar a distribuição da energia do arco sobre a peça. Para tal, foi desenvolvido um sistema de oscilação sincronizada, incluindo hardware e software, para permitir controlar a oscilação magnética e a fonte de soldagem (multiprocesso) de forma sincronizada. Em seguida, foi feita uma caracterização da deflexão (em função da tensão do eletroímã, da corrente e do comprimento do arco de soldagem) baseada em filmagens de alta velocidade. Como forma de explorar a técnica de oscilação magnética sincronizada com diferentes processos de soldagem, foram realizadas duas abordagens, ambas com oscilação do arco transversal à direção de soldagem, e depois comparadas a condições de referência (soldagem sem oscilação e com oscilação não sincronizada). O processo TIG foi sincronizado à oscilação magnética variando o nível de corrente de soldagem de acordo com a posição do arco, tendo como base de análise o efeito sobre o controle da largura dos cordões de solda formados. Já o processo MIG/MAG foi sincronizado à oscilação magnética variando os modos operacionais de soldagem de acordo com a posição do arco, avaliando o efeito sobre o controle da geometria das áreas fundidas dos cordões resultantes. O sistema de oscilação magnética sincronizada demonstrou ser capaz de controlar a formação do cordão tanto na soldagem TIG quanto na MIG/MAG. No caso do TIG sincronizado, foi possível aumentar a largura do cordão do lado com maiores corrente e tempo de parada lateral e vice-versa. Já no caso do MIG/MAG sincronizado, foi possível controlar a geometria da zona fundida formada, podendo-se diminuir a diluição dos cordões resultantes, com pouca variação no reforço superior e ao mesmo tempo com aumento de largura dos cordões e com tendência de maior concentração da penetração nas laterais dos mesmos. Acredita-se que a técnica de oscilação magnética sincronizada com processos de soldagem possa ser explorada visando diversas aplicações, nas quais é importante otimizar a distribuição de energia do arco sobre a peça de trabalho. / Currently the search for improvements in processes and mechanized/automated welding techniques has been intense due to the skilled labor shortage. In this line, the combination of processes and even operational modes (polarity and/or metal transfer mode) within a process, in addition to the possibility of combining welding current levels, has gained attention. Through operational modes and/or current levels, the arc energy (both thermal and kinetic) delivered to the workpiece can be changed. By combining this feature with the arc motion, the arc energy can be optimally distributed to control the formation of the weld bead. A relatively simple way to control the arc motion is by magnetic oscillation - deflection of the electric arc by an electromagnet. Thus, this work exploits the synchronization between the arc oscillation and the welding process to control the arc energy distribution on the workpiece. To this end, a synchronized oscillation system, including hardware and software, was devised to enable to control the magnetic oscillation and a multiprocess welding power source synchronously. Then, a characterization of the magnetic arc deflection was carried out (according to the electromagnet voltage, welding current and arc length) based on high-speed filming. In order to exploit the synchronized magnetic oscillation technique with different welding processes, two approaches were executed, both with arc oscillation transverse to the welding direction, and then compared to reference conditions (welding without oscillation and with unsynchronized oscillation). The TIG process was synchronized to the magnetic oscillation varying the level of welding current according to the arc position, being the effect on the control of the weld beads width the basis for analysis. The MIG/MAG process was synchronized to the magnetic oscillation with different welding operational modes according to the arc position, being the effect on the control of the molten zone geometry the basis for evaluation. The synchronized oscillation system was able to control the formation of the weld beads for the TIG as well as for the MIG/MAG welding. In the case of the synchronized TIG, it was possible to increase the weld bead width on the side with higher current and lateral stop time and vice versa. In the case of the synchronized MIG/MAG, it was possible to control the molten zone geometry, besides reduce the dilution of the resulting beads, with little variation in the top reinforcement and at the same time with increasing in the bead widths and with tendency for more side penetration. It is believed that the magnetic oscillation technique synchronized with the welding processes can be exploited in several applications, where it is important to optimize the arc energy distribution on the workpiece. / Dissertação (Mestrado)

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / A more detailed and accurate study of the thermal phenomena involved in arc welding processes is of great importance for both simulation developers of metallurgical transformations and residual stresses generation and users in general, whom need to understand this phenomenology to take decisions. In terms of thermal phenomena, heat input and its derivatives (such as thermal efficiency and fusion efficiency are the most representative parameters in welding engineering. However, scientific and technical literatures are very divergent on heat input values. In addition, they do not discuss the actual heat flow inside the plate. Initial tests demonstrated that these inconsistencies are due to systematic and random errors that occur during heat input measurements. Thus, the major purpose of this work was to develop a methodological approach to determine the heat input due to a welding process, which would be more representative of the heat that actually diffuses inside the workpiece and free of the assessment method and parameter influence. Thus, this actual heat input could be generally used in calculations that require this welding parameter. As methodological base, a descriptive model of heat flow in the welding region was developed. Then, a methodology to determine a heat input value free of measurement errors (here called as net heat input) was proposed and applied to cryogenic calorimetry. This procedure was validated using several welding conditions. The results demonstrated the proper functioning of the proposed methodology, regardless the welding process and its variables. It is expected that, with the application of the net heat input values, the calculations and simulations involved in welding engineering turn into more robust, since the use of such imprecise parameter as thermal efficiency is dispensed. / O conhecimento mais detalhado e preciso dos fenômenos térmicos envolvidos no processo de soldagem é de grande importância, tanto para os que desenvolvem simulações de transformações metalúrgicas e geração de tensões térmicas, como para os usuários de forma geral, que precisam entender essa fenomenologia para tomar decisões. Em termos de fenômenos térmicos, os parâmetros mais representativos na engenharia de soldagem são o calor imposto e seus derivados (tais como rendimento térmico e rendimento de fusão). No entanto, as literaturas científica e técnica são muito divergentes quanto aos valores de calor imposto. Também não discutem o real fluxo de calor dentro da chapa. Testes iniciais demonstraram que estas inconsistências existem devido aos erros sistemáticos e aleatórios que ocorrem durante as medições do calor imposto. Assim, o objetivo maior deste trabalho foi desenvolver uma abordagem metodológica para determinação do calor imposto por um processo de soldagem, que seja mais representativo do calor que realmente difunde pela peça e isento da influência dos métodos e parâmetros de ensaio, de tal forma que possa ser usado genericamente em cálculos de soldagem que necessitem deste parâmetro. Para este fim, como base metodológica, foi desenvolvido um modelo descritivo de fluxo de calor na região de soldagem. Em seguida, foi proposta uma metodologia para determinação de um calor imposto isento dos erros de medição (chamado aqui de calor imposto líquido) aplicado à calorimetria criogênica. Esse procedimento foi validado para várias condições de soldagem. Os resultados obtidos demonstraram um adequado funcionamento da metodologia proposta, independentemente do processo de soldagem e suas variáveis. Espera-se que, com a aplicação do calor imposto líquido, os cálculos e simulações envolvidos na engenharia de soldagem sejam mais robustos, uma vez que se dispensa o uso de um parâmetro impreciso, como o rendimento térmico. / Doutor em Engenharia Mecânica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Vision, the human being s favorite sense, and its great capacity to obtain, to process and to interpret great amount of visual nature data has been throughout the years a great inspiration for development of techniques and technological devices that reproduce it into a computational system. In welding processes, vision can supply information in inspection and welded joint s quality, in the parameters monitoring, in trajectory correction and even, finally, in the study of the phenomena involved in the process. However, the luminosity/radiation emitted from the weld arc represents a barrier for these studies based in the process visualization. One of the forms currently used to visualize the process, without the interference of the arc s light, consists of illuminating the process with the near infrared light and, using band pass (interference) filters, around this exactly wave length, during the acquisition of the images. A solution for the near infrared illumination, of increasing application, involves the use of laser diodes of high power, with low cost and less complex installation than conventional lasers. Therefore, the proposal of this work is the project, construction and assessment of a vision system for welding processes with low cost and high flexibility. It is based on characterization of the spectrum of the weld arc, definition of a drive topology for the laser diode within its limitations of use and maximizing the emitted luminous power, built of control circuits, selection of optics equipment and components and, finally, project and application of a prototype for visualization of different arc-welding processes. The electrical system was validated by computational simulations and experimental burnout and stress tests. The final assessment of the whole vision system was carried out during TIG and MIG/MAG welding. Although, during the welding, the system was not capable of overcome the arc radiation, it provides a homogenous illumination in synchronism with the camera, which represents the main limitation due to its large shutter. Eventually, it s suggested to employ the developed vision system for helping joint tracking. / A visão, o sentido predileto do ser humano, e sua grande capacidade de captar, processar e interpretar grandes quantidades de dados de natureza visual tem sido, ao longo dos anos, um grande estímulo para o desenvolvimento de técnicas e de dispositivos tecnológicos que a reproduzam um sistema computacional. Nos processos de soldagem, a visão pode fornecer dados desde na inspeção e qualidade da junta soldada, no monitoramento de parâmetros, na correção de trajetórias até, por fim, no estudo dos fenômenos envolvidos no processo. Porém, a radiação luminosa emitida pelo arco representa uma barreira para tais estudos baseados na visualização do processo. Uma das formas utilizadas atualmente para se obter a visualização do processo, sem a interferência do arco, consiste em iluminar o processo com o infravermelho próximo e utilizar filtros de interferência (passa-faixa), em torno deste mesmo comprimento de onda, durante a aquisição das imagens. Uma solução para a iluminação infravermelha, de aplicação crescente, envolve o uso de diodos laser de alta potência, com baixo custo e menor complexidade de instalação do que os lasers convencionais. Desta forma, a proposta deste trabalho foi a criação de um sistema de visão dos processos de soldagem a arco, de baixo custo e alta flexibilidade, indo desde a caracterização dos espectros de emissão luminosa do arco, passando pela criação de uma topologia de acionamento para o diodo de alta potência no infravermelho próximo, respeitando suas limitações de uso e maximizando a potência luminosa emitida, criação dos circuitos de controle, escolha dos equipamentos e componentes ópticos e, por fim, projeto e aplicação de um protótipo em processos de soldagens. O sistema elétrico foi validado por simulações computacionais e testes experimentais de burnout e de stress, e as limitações do sistema de visão, como um todo, foram encontradas através e sua aplicação com soldagens TIG e MIG/MAG. Nestes ensaios, embora não tenha sido capaz de sobrepor a luz do arco, o sistema desenvolvido proporcionou uma iluminação homogênea e em sincronia com a câmera, onde a principal limitação foi o grande tempo de exposição da câmera disponível. Sugere-se, ao final, utilizar o sistema na forma de um seguidor de juntas. / Mestre em Engenharia Mecânica