Soldagem por ponto por fricção das ligas de alumínio 5A06-O/2219-T87: caracterização mecânica e microestrutural
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19051 |
Resumo: | Refill Friction Stir Spot Welding (RFSSW) is a solid-state joining technique for welding dissimilar and similar materials applied to light alloys and thermoplastics. Thus, the purpose of this work was to evaluate the feasibility of joining the aluminum alloys 5A06-O and 2219-T87 by the refill friction stir spot welding process for aerospace applications, as well as to determine an optimized process condition to maximize the shear strength of the welded joint. By applying Box-Behnken, a design of experiments model, it was possible to determine the model fit and the influence of the process parameters on shear strength, with penetration depth being the most influential parameter, with a contribution of 49.76%. Through a material flow analysis, it was possible to have an understanding of the microstructural formation during the process. The microstructure presented the heat affected zone (HAZ), thermomechanical affected zone (TMAZ) and stir zone (SZ), the latter being divided into the probe influenced zone (SZ-P) and the shoulder influenced zone (SZ-S). In addition, typical geometric features such as the hook and bonding ligament, and a transition region between the HAZ and TMAZ, called onion structure, resulting from mixing between the materials due to tool movement, were also observed. Thermal cycle was measured for the optimized condition, and the temperatures in the zones influenced by the clamping ring, shoulder and probe were 407 ºC, 488 ºC and 498 ºC, respectively. Fractographic analyses, after the shear tests, were performed for the optimized condition tested at room temperature and negative temperature (-55 ºC). For both conditions the fracture occurred by through the weld mode, where the crack initiates and propagates through the bonding ligament. From this study, it was possible to conclude that the RFSSW process presented itself as a suitable alternative for producing welds between 5A06-O/2219-T87 alloys. |
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Maranho, José Francisco CaldeiraYuuki Koga, Guilhermehttp://lattes.cnpq.br/0933095081175012http://lattes.cnpq.br/31611090638927282023-12-21T13:08:00Z2023-12-21T13:08:00Z2022-11-30MARANHO, José Francisco Caldeira. Soldagem por ponto por fricção das ligas de alumínio 5A06-O/2219-T87: caracterização mecânica e microestrutural. 2022. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19051.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19051Refill Friction Stir Spot Welding (RFSSW) is a solid-state joining technique for welding dissimilar and similar materials applied to light alloys and thermoplastics. Thus, the purpose of this work was to evaluate the feasibility of joining the aluminum alloys 5A06-O and 2219-T87 by the refill friction stir spot welding process for aerospace applications, as well as to determine an optimized process condition to maximize the shear strength of the welded joint. By applying Box-Behnken, a design of experiments model, it was possible to determine the model fit and the influence of the process parameters on shear strength, with penetration depth being the most influential parameter, with a contribution of 49.76%. Through a material flow analysis, it was possible to have an understanding of the microstructural formation during the process. The microstructure presented the heat affected zone (HAZ), thermomechanical affected zone (TMAZ) and stir zone (SZ), the latter being divided into the probe influenced zone (SZ-P) and the shoulder influenced zone (SZ-S). In addition, typical geometric features such as the hook and bonding ligament, and a transition region between the HAZ and TMAZ, called onion structure, resulting from mixing between the materials due to tool movement, were also observed. Thermal cycle was measured for the optimized condition, and the temperatures in the zones influenced by the clamping ring, shoulder and probe were 407 ºC, 488 ºC and 498 ºC, respectively. Fractographic analyses, after the shear tests, were performed for the optimized condition tested at room temperature and negative temperature (-55 ºC). For both conditions the fracture occurred by through the weld mode, where the crack initiates and propagates through the bonding ligament. From this study, it was possible to conclude that the RFSSW process presented itself as a suitable alternative for producing welds between 5A06-O/2219-T87 alloys.A soldagem por ponto por fricção (RFSSW, do inglês Refill Friction Stir Spot Welding) é uma técnica de união no estado sólido para soldagem de materiais similares e dissimilares aplicada em ligas leves e termoplásticos. Dessa forma, o propósito deste trabalho foi avaliar a viabilidade de união entre as ligas de alumínio 5A06-O e 2219-T87 pelo processo de soldagem por ponto por fricção para aplicações aeroespaciais, bem como determinar uma condição otimizada de processo para maximizar a resistência ao cisalhamento da junta soldada. Aplicando o Box-Behnken, um modelo de planejamento estatístico de experimentos, foi possível determinar o ajuste do modelo e a influência dos parâmetros de processo na resistência ao cisalhamento, sendo a profundidade de penetração o parâmetro mais influente, com contribuição de 49,76%. Através de uma análise do fluxo de material, foi possível ter entendimento da formação microestrutural durante o processo. A microestrutura apresentou as zonas termicamente afetada (ZTA), termo-mecanicamente afetada (ZTMA) e de mistura (ZM), sendo esta última dividida em influenciada pelo pino (ZM-P) e pela camisa (ZM-C). Além disso, também foram observadas características geométricas típicas como a cunha e a linha de união, e uma região de transição entre a ZTA e a ZTMA, chamada de estrutura onion, resultado da mistura entre os materiais devido ao movimento da ferramenta. O ciclo térmico foi aferido para a condição otimizada, sendo que as temperaturas nas zonas influenciadas pelo anel de fixação, camisa e pino foram 407 ºC, 488 ºC e 498 ºC, respectivamente. Análises fractográficas, após os ensaios de cisalhamento, foram realizadas para a condição otimizada testada em temperatura ambiente e temperatura negativa (-55 ºC). Para ambas as condições a fratura ocorreu pelo modo através da solda, onde a trinca se inicia e propaga através da linha de união. A partir deste estudo, foi possível concluir que o processo de RFSSW se apresentou como uma alternativa viável para a produção de soldas entre as ligas 5A06-O/2219-T87.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Processo n° 88887.604913/2021-00porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessSoldagem por ponto por fricçãoLigas de alumínioAplicação aeroespacialPropriedades mecânicasRefill friction stir spot weldingAluminum alloysAerospace applicationsMechanical propertiesENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA DE TRANSFORMACAOSoldagem por ponto por fricção das ligas de alumínio 5A06-O/2219-T87: caracterização mecânica e microestruturalRefill friction stir spot welding of 5A06-O/2219-T87 aluminum alloys: mechanical and microstructural characterizationinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALJosé Francisco Caldeira Maranho - Dissertação .pdfJosé Francisco Caldeira Maranho - Dissertação .pdfapplication/pdf5883577https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19051/1/Jos%c3%a9%20Francisco%20Caldeira%20Maranho%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o%20.pdf926e9fb653fbdd7947fbbcf0beaddb3eMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19051/2/license_rdff337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52TEXTJosé Francisco Caldeira Maranho - Dissertação .pdf.txtJosé Francisco Caldeira Maranho - Dissertação .pdf.txtExtracted texttext/plain129736https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19051/3/Jos%c3%a9%20Francisco%20Caldeira%20Maranho%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o%20.pdf.txt42a64379e418285dcdf193280c83f8e6MD53ufscar/190512024-05-14 17:26:47.12oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/19051Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222024-05-14T17:26:47Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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Refill Friction Stir Spot Welding (RFSSW) is a solid-state joining technique for welding dissimilar and similar materials applied to light alloys and thermoplastics. Thus, the purpose of this work was to evaluate the feasibility of joining the aluminum alloys 5A06-O and 2219-T87 by the refill friction stir spot welding process for aerospace applications, as well as to determine an optimized process condition to maximize the shear strength of the welded joint. By applying Box-Behnken, a design of experiments model, it was possible to determine the model fit and the influence of the process parameters on shear strength, with penetration depth being the most influential parameter, with a contribution of 49.76%. Through a material flow analysis, it was possible to have an understanding of the microstructural formation during the process. The microstructure presented the heat affected zone (HAZ), thermomechanical affected zone (TMAZ) and stir zone (SZ), the latter being divided into the probe influenced zone (SZ-P) and the shoulder influenced zone (SZ-S). In addition, typical geometric features such as the hook and bonding ligament, and a transition region between the HAZ and TMAZ, called onion structure, resulting from mixing between the materials due to tool movement, were also observed. Thermal cycle was measured for the optimized condition, and the temperatures in the zones influenced by the clamping ring, shoulder and probe were 407 ºC, 488 ºC and 498 ºC, respectively. Fractographic analyses, after the shear tests, were performed for the optimized condition tested at room temperature and negative temperature (-55 ºC). For both conditions the fracture occurred by through the weld mode, where the crack initiates and propagates through the bonding ligament. From this study, it was possible to conclude that the RFSSW process presented itself as a suitable alternative for producing welds between 5A06-O/2219-T87 alloys. |
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