Resumo O presente trabalho visa investigar a microestrutura formada na soldagem dissimilar entre chapas de aços inoxidáveis ferríticos AISI 410S e aços inoxidáveis austeníticos AISI 304L pelo processo friction stir welding. A soldagem foi realizada com o ajuste dos seguintes parâmetros: rotação 450 rpm; velocidade de soldagem de 1,0 mm/s; e força axial 40 kN. O aço AISI 410S foi posicionado no lado de avanço enquanto que o aço AISI 304L foi posicionado no lado de retrocesso. A análise consistiu de preparação metalográfica e caracterização microestrutural por microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura. Para o aço AISI 410S foi observada a formação de martensita associada com ferrita na zona de mistura (ZM), zona termomecanicamente afetada (ZTMA) e na zona afetada pelo calor (ZAC). As características do processo de soldagem FSW resultaram num refino de grão para o aço inoxidável ferrítico, posicionado no lado de avanço, tanto na ZM quanto nas ZTMA e ZAC. O mesmo comportamento não foi observado para o lado austenítico.

Abstract This study aims to investigate the microstructure formed in dissimilar welding between AISI 410S ferritic stainless steel and AISI 304L austenitic stainless steels plates by friction stir welding process. The welding was performed setting the following parameters: rotation 450 rpm; welding speed of 1.0 mm/s; and axial force 40 kN. The AISI 410S was positioned on the advancing side while the AISI 304L steel was positioned in the retracting side. The analysis consisted of metallographic preparation and microstructural characterization by optical microscopy and scanning electron microscopy. For AISI 410S ferritic stainless steel was found martensite formation in association with ferrite in the stir zone (SZ), thermomechanically affected zone (TMAZ) and heat-affected zone (HAZ). The characteristics of the FSW welding process for the ferritic stainless steel resulted in grain refining, whether in the SZ, TMAZ and HAZ. In the austenitic stainless steel side, the same behavior was not found.

Os plásticos apresentam boa processabilidade, oferecendo uma grande liberdade de design. Porém, a fabricação de peças cada vez maiores e mais complexas tem exigido a busca por melhorias e desenvolvimento dos atuais processos de união e soldagem de polímeros. Friction Spot Welding (FSpW) é uma técnica de soldagem pontual por fricção inicialmente desenvolvida para ligas de alumínio, possibilitando soldas com excelentes propriedades mecânicas. Nesse trabalho a soldagem de termoplásticos através da técnica FSpW foi analisada. Para tal, utilizaram-se placas de polimetacrilato de metila (PMMA), um termoplástico amorfo com crescente importância na indústria automotiva e aeronáutica por seu bom balanço de propriedades, como baixa densidade, boa processabilidade, soldabilidade e resistência química e ao envelhecimento. As amostras soldadas foram analisadas por microscopia ótica, medições de microdureza Vickers e ensaio de resistência ao cisalhamento. Os resultados mostraram que a resistência mecânica ao cisalhamento alcançada (cerca de 9,5 MPa) é igual ou maior que a resistência de juntas sobrepostas de PMMA obtidas por outras técnicas convencionais como soldagem por ultra-som, por microondas e thermal bonding. O presente trabalho comprovou, dessa forma, a potencialidade da técnica FSpW para soldar termoplásticos.

The modern thermoplastics show a wide range of engineering applications, mainly due to its good processability and properties, such as stress-to-weight ratio and toughness. However, the manufacturing of larger products with complex geometries require advanced polymer welding techniques. Friction Spot Welding (FSpW) is a joining technique allowing the fabrication of joint with good mechanical properties. In this work, the feasibility of the FSpW of thermoplastics was investigated in polymethyl-methacrilate (PMMA), an amorphous thermoplastic with increasing importance in the airspace and automotive industry due to its good processability, weldability, aging and chemical resistance. The welded samples were analyzed by optical microscopy and Vickers microhardness measurements and mechanically tested. Lap-shear testing showed ultimate shear resistance values of about 9,5 MPa, which were similar or higher than values obtained through current PMMA welding techniques, such as microwave welding, ultrasonic welding and thermal bonding. Therefore, the present work was able to demonstrate the potential of FSpW as an alternative welding process for thermoplastics.

Nos setores industriais relacionados à aeronáutica e automobilística, tem-se buscado o desenvolvimento e a aplicação de ligas metálicas leves com o intuito da redução de massa dos produtos e consequente redução do consumo de combustível. Por suas dimensões e requisitos estruturais, componentes e seções de aviões e automóveis são produzidos através da união por processos de soldagem por fusão. Entretanto, processos de soldagem no estado sólido são preferíveis por evitar defeitos decorrentes da fusão, e têm sido objeto de estudo nas últimas duas décadas. Este trabalho teve por objetivo a caracterização de uma solda por FSW - Friction Stir Welding em junta de topo, da Liga de Alumínio 2198-T851 com espessuras diferentes (configuração "Tailored Blanks"). A metodologia utilizada na caracterização envolveu a determinação das propriedades mecânicas das juntas soldadas, compreendendo ensaios de tração e determinação de perfil de microdureza na seção transversal; e buscou-se compreender a relação entre as alterações microestruturais promovidas pelo processo de soldagem e as propriedades resultantes. Concluiu-se que, devido aos fenômenos metalúrgicos decorrentes do processo de soldagem utilizado, alterações microestruturais tais como refino de grão, encruamento e dissolução/formação de fases precipitadas permitiram a obtenção de uma solda cujas propriedades mecânicas de tração (salvo alongamento) igualaram-se a ou excederam aquelas do metal base, evidenciando a viabilidade de utilização dos parâmetros de soldagem por FSW utilizados neste trabalho.

In both aeronautic and automobile related industries, development and application of light-weighted metallic alloys have been pursued with the intention of reducing product weight and consequent fuel consumption. Due to their dimension and structural requirements, components and sections from airplanes and automobiles are produced through fusion-based welding processes. Still, solid-state based joining processes are preferable because they avoid defects intrinsic to fusion, and have therefore been an object of study in the last couple of decades. The objective of this work was the characterization of a friction stir welded (FSW) butt-joint of aluminum alloy 2198-T851 in tailored blanks configuration (sheets with different thicknesses). The methodology in which characterization was based involved the study of mechanical properties, through tensile tests and cross-section microhardness profiles determination, and the comprehension of the relation between microstructural changes caused by the welding process and resulting properties was sought. It was concluded that, due to metallurgical phenomena induced by the welding process, microstructural changes such as grain refinement, work-hardening and dissolution/formation of second phases as precipitates granted the attainment of a weld whose mechanical properties in tension (except elongation) equaled or exceeded those of base material, showing the feasibility of using the FSW parameters considered in this work.

Este trabalho visou analisar a caracterização microestrutural e o comportamento mecânico das ligas de alumínio AA2139 T3 e T8 quando são soldadas pelo processo Soldagem por Fricção Rotativa com Mistura, o qual é realizado na fase sólida. A análise microestrutural foi realizada utilizando microscopia óptica e eletrônica de varredura, e o comportamento mecânico foi avaliado através de medidas de microdureza e ensaio de tração convencional complementado pelo sistema ARAMIS. As ligas foram soldadas nos mesmos parâmetros de soldagem e com a mesma ferramenta, a fim de avaliar a qualidade da junta soldada para as duas condições de tratamento térmico, T3 e T8. Os resultados obtidos mostraram soldas resistentes para ambos os tratamentos térmicos, porém com melhores propriedades mecânicas para a liga AA2139 T3.

This work aimed to study the microstructural characterization and mechanical behavior of AA2139 T3 and T8 aluminum alloys joined by FSW - Friction Stir Welding. The microstructural analysis has been done using optical microscope and scanning electron microscopy, and the mechanical analysis were evaluate through microhardness testing and conventional tensile test using the ARAMIS system . Each alloy were welded using the same welding parameters and the same tool in order to evaluate the joint quality for both heat treatment used for this work, T3 and T8. The result showed sounds joints for both heat treatments, although with better mechanical properties for the alloy AA2139 T3.

O processo de Soldagem a Ponto por Fricção (FSpW - Friction Spot Welding) caracteriza-se por possibilitar a união no estado sólido de duas ou mais chapas de material sobrepostas sem deixar o furo residual característico do processo FSW. O presente trabalho apresenta os primeiros resultados de estudos visando determinar a resistência mecânica de juntas em ligas de alumínio soldadas por FSpW. Recentemente diversos estudos sobre o modelamento numérico de soldas realizadas por processos de soldagem baseados em fricção têm sido realizados, entretanto a maioria destes estudos está relacionada à física do processo. Alguns trabalhos estabelecem a relação entre as variáveis de processo e as propriedades mecânicas da junta resultante, mas é muito difícil encontrar na literatura resultados quantitativos que possam ser usados diretamente para projeto destas uniões. O presente trabalho objetiva desenvolver um processo de análise baseado nas características do processo que permita avaliar como a geometria e microestrutura das regiões da solda afeta o comportamento mecânico das juntas resultantes. Com este objetivo, os resultados de ensaios mecânicos realizados em juntas de alumínio AA2024-T3 foram usados para validar e calibrar um modelo numérico desenvolvido para prever o modo de falha da união. O modelo numérico reproduz as dimensões e carregamento utilizados nos ensaios de cisalhamento e traçao. As dimensões e propriedades das regiões 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 medição da dureza e análises macrográficas de corpos de prova soldados com diferentes parâmetros. Pode-se comprovar uma ótima correlação entre os resultados obtidos nas simulações e os dados experimentais. O modelamento numérico das juntas pernite a previsão das propriedades mecânicas da junta e auxilia na compreensão da influência da geometria e propriedades de cada região sobre o seu desempenho em serviço. Baseado nos resultados obtidos, o procedimento de análise pode ser facilmente adaptado para o processo de Soldagem a Ponto por Fricção e Mistura Mecânica (FSSW - Friction Stir Spot Welding).

The Friction Spot Welding - FSpW is a solid-state process that allows joining two or more metal sheets in lap configuration with no residual keyhole as occurs in the Friction Stir Welding - FSW process. The present work reports part of the efforts made at GKSS Research Centre to better understand the complex phenomena that take place during FSpW of aluminum alloys and establish the mechanical response of the resulting joints. Over the recent years the research on modeling friction based welding processes has increased considerably. Most of the works related to this subject deal with the process mechanics. On the other hand, some investigations have shown how the process variables affect the mechanical properties of the joints, but it is very difficult to find quantitative results that can be readily used for mechanical design purposes. The aim of this work is to develop an analysis procedure based on the process characteristics that allows evaluating how the resulting geometry and microstructure affect the joint mechanical behavior. For this, the results of the mechanical tests obtained on AA2024-T3 aluminum alloy were used to calibrate and validate a numerical model that was used to predict the joint failure mode. The model reproduced the specimen geometry and load conditions adopted in the lap-shear and cross-tensile tests. The joint was considered as formed by three main regions (SZ - stir zone, TMAZ - thermo mechanically affected zone and HAZ - heat affected zone) whose properties and dimensions were based in microhardness evaluation and macrographic analysis of welded specimens. It was observed a good agreement between the simulation results and experimental data. The numerical modeling of the joints allows the prediction of the joint mechanical properties, as well as to understand how a change in geometry and property of each region affects the final mechanical behavior. Based in the obtained results, the analysis procedure can be easily extended to the related friction based spot processes as Friction Stir Spot Welding - FSSW.