Friction hydro-pillar processing of carbon steels : a numerical investigation of joint structure, properties and material flow

• Autor(a) principal: Kanan, Luis Fernando
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: eng
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/266179
• topic: Soldagem por fricção; Aço inoxidável duplex; Simulação numérica; Friction welding; Friction hydro-pillar processing; Steel; Heat transfer analysis; Hardness distribution; Material flow; Numerical simulation

A Soldagem por Fricção com Pino Consumível (Friction Hydro Pillar Processing - FHPP) é uma técnica inovadora de união em estado sólido utilizada para reparar componentes de parede espessa. Durante o processo, o pino é rotacionado contra uma cavidade usinada no local do defeito para induzir aquecimento por fricção e fluxo do material plastificado para preenchimento adequado. Este trabalho apresenta uma investigação abrangente do FHPP, com foco na relação das variáveis de processo com a microestrutura, propriedades da junta, e fluxo do material. Buscando uma compreensão mais profunda e otimização dessa técnica de soldagem, três estudos foram realizados em diferentes tipos de aço, com uma abordagem conjunta experimental e numérica. No primeiro estudo, foram examinados os efeitos das variáveis do processo na microestrutura e nas propriedades da junta resultante, ou seja, estudou-se como a força, a velocidade de rotação do pino e o tempo de processamento, influenciam na obtenção da junta soldada por FHPP no aço ASTM A36. Um modelo numérico foi desenvolvido para examinar a taxa de geração de calor, o campo de temperatura transiente e sua correlação com as variáveis de processamento. A partir da análise experimental e numérica foi possível desenvolver um método para estimar a distribuição de dureza das juntas. Baseando-se no estudo anterior, o segundo artigo de pesquisa foca no FHPP de aço AISI 4140. Os resultados enfatizam a importância da otimização da taxa de força do pino e do tempo de processamento para obter juntas livres de defeitos e preenchimento adequado de furos de trincas. O terceiro estudo aborda o fluxo de material durante o FHPP, um aspecto pouco relatado na literatura. Por meio de uma combinação de análise teórica e experimentos de tomografia computadorizada por raios-x tridimensionais (XCT), utilizou-se um inserto de liga de titânio para rastrear o fluxo de material durante o FHPP de um substrato AISI 4140. Um modelo numérico termomecânico axissimétrico foi desenvolvido para rastrear o fluxo do material. Os resultados mostraram que a porção central do pino se deforma em uma série de planos de cisalhamento em camadas, enquanto que o material plastificado mais externo radialmente flui pela folga entre o pino e a peça, com o excesso de volume sendo expulso como rebarba.