Fabiano Dornelles Ramos

Preliminary study on the mechanical behavior of friction spot welds

O processo de Soldagem a Ponto por Friccao (FSpW - Friction Spot Welding) caracteriza-se por possibilitar a uniao no estado solido de duas ou mais chapas de material sobrepostas sem deixar o furo residual caracteristico do processo FSW. O presente trabalho apresenta os primeiros resultados de estudos visando determinar a resistencia mecânica de juntas em ligas de aluminio soldadas por FSpW. Recentemente diversos estudos sobre o modelamento numerico de soldas realizadas por processos de soldagem baseados em friccao tem sido realizados, entretanto a maioria destes estudos esta relacionada a fisica do processo. Alguns trabalhos estabelecem a relacao entre as variaveis de processo e as propriedades mecânicas da junta resultante, mas e muito dificil encontrar na literatura resultados quantitativos que possam ser usados diretamente para projeto destas unioes. O presente trabalho objetiva desenvolver um processo de analise baseado nas caracteristicas do processo que permita avaliar como a geometria e microestrutura das regioes da solda afeta o comportamento mecânico das juntas resultantes. Com este objetivo, os resultados de ensaios mecânicos realizados em juntas de aluminio AA2024-T3 foram usados para validar e calibrar um modelo numerico desenvolvido para prever o modo de falha da uniao. O modelo numerico reproduz as dimensoes e carregamento utilizados nos ensaios de cisalhamento e tracao. As dimensoes e propriedades das regioes principais da junta (ZM - zona de mistura, ZTMA - zona termo-mecânicamente afetada, ZAC - zona afetada pelo calor e MB - metal base) foram definidas com base na medicao da dureza e analises macrograficas de corpos de prova soldados com diferentes parâmetros. Pode-se comprovar uma otima correlacao entre os resultados obtidos nas simulacoes e os dados experimentais. O modelamento numerico das juntas pernite a previsao das propriedades mecânicas da junta e auxilia na compreensao da influencia da geometria e propriedades de cada regiao sobre o seu desempenho em servico. Baseado nos resultados obtidos, o procedimento de analise pode ser facilmente adaptado para o processo de Soldagem a Ponto por Friccao e Mistura Mecânica (FSSW - Friction Stir Spot Welding).

Microstructure evaluation and mechanical properties of a friction stir spot welded TRIP 800 steel

A TRIP 800 steel was friction stir spot welded using three different tool rotational speeds, 1600, 2000 and 2400 rpm, and the dwell time was kept constant at 2 s. The resultant microstructures formed in each weld zone were analysed as well as their hardness. Higher hardness values were observed for the lowest rotational speed, 1600 rpm, where the heat input in theory was lower and, therefore, the cooling rate was faster. However, for this rotational speed, allotriomorphic ferrite was also observed in the stir zone. In the lap shear tests, samples welded at 1600 and 2400 rpm did not reach the minimum value recommended by the AWS D8.1M standard, which was attributed to the lower bonding ligament length and also lower distance between the keyhole left by the pin and the end of the zinc line, which is formed in the stir zone. The fracture of the samples occurred along this line. As a result, the influence of the microstructure on the failure process could only be inferred when the zinc line disappeared.

A influência do perfil da ferramenta e velocidade de rotação na soldagem a ponto por fricção e mistura mecânica da liga AA 6181-T4

Soldagem a ponto por friccao e um processo que ocorre no estado solido com alta eficiencia energetica, baixo custo de producao alem de ser um processo ambientalmente limpo. Estes processos por friccao sao uma alternativa a processos convencionais tais como solda ponto por resistencia, rebitamento e prensagem a frio. A ausencia de uma fase de fusao nesses processos elimina defeitos como porosidades, bolhas, rebaixos, inclusoes e microestruturas indesejaveis, que frequentemente aparecem na solda e zonas afetadas pelo calor em processos de soldagem por fusao. O processo de SPFMM consiste em uma ferramenta, que e uma combinacao de um pino e um ombro que em rotacao, penetra nas chapas formando uma junta sobreposta. O contato do pino com regioes adjacentes e do ombro com a superficie superior da junta geram calor de friccao. Este calor de friccao promove a plastificacao do material da junta, que ao mesmo tempo e misturado pelo pino consolidando, assim, a formacao da junta. O objetivo do presente trabalho e avaliar a influencia da utilizacao de diferentes perfis de ferramenta e diferentes velocidades de rotacao sobre a soldagem e o comportamento mecânico de ligas de aluminio soldadas pelo processo de SPFMM. A caracterizacao metalurgica foi feita atraves de microscopia otica, lupa e eletronica de varredura. A caracterizacao mecânica das juntas foi feita atraves de ensaios de cisalhamento, perfis de microdureza e monitoramento de torque e forca durante o processo de soldagem. Ainda foram realizadas analises do fluxo de material durante o processo. Foi possivel observar uma tendencia de aumentar a resistencia mecânica da junta com a utilizacao de velocidades de rotacao mais elevadas em ambos os materiais. A utilizacao de ferramentas com diferentes perfis apresentou diferencas representativas, porem com muita dependencia da combinacao de velocidade de rotacao, pino e ombro utilizados.

Avaliação Microestrutural e Propriedades Mecânicas de um Aço TRIP Soldado a Ponto por Fricção e Mistura Mecânica (Microstructural Evaluation and Mechanical Properties of a Friction Stir Spot Welded TRIP 800 Steel)

A TRIP 800 steel was friction stir spot welded using three different tool rotational speeds, 1600, 2000 and 2400 rpm, and the dwell time was kept constant in 2s. The resultant microstructures formed in each weld zone were analyzed, as well as their hardness. Higher hardness values were observed for the lowest rotational speed, 1600 rpm, where the heat input in theory was lower and, therefore, the cooling rate was faster. However, for this rotational speed allotriomorphic ferrite was also observed in the stir zone. In the lap-shear tests, samples welded at 1600 rpm and 2400 rpm did not reach the minimum value recommended by the AWS D8.1M standard, which was attributed to the lower bonding ligament length and also lower distance between the keyhole left by the pin and the end of the zinc line, which is formed in the stir zone. The fracture of the samples occurred along this line. As a result the influence of the microstructure on the failure process could only be inferred when the zinc line disappeared.