Browsing by Author "Taborda, Diogo Manuel Freitas"
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- Copper to stainless steel welding in lap jointPublication . Taborda, Diogo Manuel Freitas; Galvão, Ivan Rodolfo Pereira Garcia de; Leitão, Carlos Miguel Almeida; Morgado, Teresa LeonorO desenvolvimento ao longo dos últimos 30 anos de soldadura em estado-sólido tem oferecido inúmeros benefícios em comparação com as técnicas mais tradicionais, especialmente para materiais cuja composição e propriedades são muito diferentes. A soldadura de materiais dissimilares permite tirar partido das melhores propriedades de cada material, enquanto a soldadura em estado-sólido permite que esta seja exequível, algo dificilmente obtido ou com piores resultados com o uso de outras técnicas para certos materiais. A ligação entre aço inoxidável e cobre tira partido da elevada resistência do aço inoxidável e da elevada condutividade térmica do cobre. Uma junta dissimilar em que o seu estudo em soldadura em estado-sólido ainda não está muito aprofundado. A revisão da literatura apresenta a relevância da soldadura de cobre com aço inoxidável na indústria e explica o processo de friction stir spot welding, como também a sua variante probe-less friction stir spot welding. Também são apresentados estudos que recorreram a friction stir welding e friction stir spot welding entre ligas de cobre e aço, que permite uma visão geral das ferramentas e parâmetros utilizados, como também quais as técnicas de caracterização usadas e os resultados obtidos para este par numa soldadura em estado sólido. O objetivo do presente trabalho foi estudar as propriedades morfológicas, microestruturais e mecânicas das juntas entre cobre-DHP e aço inoxidável AISI 304, obtidas através de probe-less friction stir spot welding. Os parâmetros de soldadura, incluindo a velocidade de rotação (870–1500 rpm), tempo de estabilização (20 e 60 s) e posição do material, foram variados para encontrar uma janela de parâmetros que permitisse a união desses dois materiais. Foram utilizadas duas ferramentas sem pino, diferindo no diâmetro da base (10 e 12 mm). Durante a execução das soldaduras procedeu-se à medição da temperatura. Após a sua produção, as soldaduras foram submetidas a inspeção visual, análise macro e microestrutural e ensaios de microdureza e tração-corte. O posicionamento do material foi um fator determinante para se alcançarem soldaduras. Nenhum dos ensaios realizados com cobre na chapa superior produziu soldaduras consistentes, muito devido à diferença da condutividade térmica dos materiais. Dos 16 ensaios realizados foram obtidas com sucesso 6 soldaduras. A redução de diâmetro da ferramenta permitiu que as soldaduras fossem também obtidas para valores mais baixos de velocidade e tempo de estabilização. A temperatura registada durante o processo aumentou com o aumento dos parâmetros, estando de acordo com as observações feitas através da inspeção visual sobre a intensificação das alterações morfológicas. A análise da macroestrutura permitiu verificar que não existe mistura entre os dois materiais, isto é, a interface permaneceu muito idêntica quando do início do processo de soldadura. Ainda nesta análise, verificou-se que o tempo de estabilização teve mais impacto no comprimento de ligação do que a velocidade de rotação. A análise microestrutural mostrou que o cobre passou por um processo de recozimento, onde se verifica o crescimento de grão. Ou seja, no cobre apenas se identificou uma zona termicamente afetada que é significativamente afetada pelo tempo de estabilização, quer em dimensão quer no aumento do grão. As micrografias obtidas por microscopia eletrónica de varrimento revelaram descontinuidades micro-dimensionais e o aparecimento do fenómeno de micro-mechanical interlocking. Através da análise por espectrometria de dispersão de energias de raios-X, verificou-se que a ligação foi alcançada por mútua difusão entre a composição elementar (Cu e Fe) dos dois materiais. O aço inoxidável sofreu um aumento de dureza, no entanto com uma tendência de diminuição com o aumento dos parâmetros. Além disso, verificou-se uma maior sensibilidade na variação da dureza para o aço inoxidável do que para o cobre com a variação dos parâmetros, já que este está sujeito aos efeitos da deformação e temperatura. No caso do cobre, a dureza diminuiu em relação ao valor do material base, com uma redução ainda mais acentuada à medida que os parâmetros aumentavam, algo que está de acordo com as observações feitas da microestrutura. 57.16 HV0.2 foi o valor médio mais baixo registado para o cobre e 283.48 HV0.2 a dureza média mais alta para aço inoxidável, correspondente às condições com introdução mais elevada e mais baixa de calor, respetivamente. Foi também observada repetibilidade entre a maioria dos ensaios de tração-corte, com o modo de falha mais comum a ser nugget pull-out. A força registada pelas soldaduras variou de 4.1 a 5.8 kN, sendo a dureza e o comprimento de ligação as duas características que mais influenciaram este valor.