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Title: Microsoldagem por pulsos de GTAW em fios de ligas com memória de forma Ni-Ti.
Other Titles: Micro-welding by GTAW pulses in alloy wires with Ni-Ti memory.
???metadata.dc.creator???: RODRIGUES, Luiz Fernando Alves.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: ARAÚJO, Carlos José de.
???metadata.dc.contributor.referee1???: CASTRO, Walman Benício.
???metadata.dc.contributor.referee2???: MACIEL, Theophilo Moura.
???metadata.dc.contributor.referee3???: SILVA, Marcos Mesquita da.
???metadata.dc.contributor.referee4???: GOMES, Rodinei Medeiros.
Keywords: Soldagem GTAW;Ligas com Memória de Forma;Planejamento Experimental;Comportamento Termomecânico;Ligas Ni-Ti;Microsoldagem - Pulsos de GTAW;GTAW Welding;Shape Memory Alloys;Experimental Planning;Thermomechanical Behavior;Ni-Ti Alloys;Microsolding - GTAW Pulses
Issue Date: 18-Apr-2016
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: RODRIGUES, L. F. A. Microsoldagem por pulsos de GTAW em fios de ligas com memória de forma Ni-Ti. 2016. 146 f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais), Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande - Paraíba - Brasil, 2016. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/14079
???metadata.dc.description.resumo???: A soldagem de ligas com memória de forma (LMF) persiste como um dos maiores desafios a ampliação nas aplicações desses materiais que têm custo elevado devido aos elementos nobres utilizados e seu difícil processamento. A união soldada pode levar ao desenvolvimento de produtos com geometrias complexas que seriam inviáveis de serem fabricados por processos convencionais. Nesse trabalho foram efetuados diversos testes com o objetivo de avaliar os efeitos dos parâmetros de soldagem por pulsos de GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) nas propriedades de juntas de fios de LMF Ni-Ti. Para isso, utilizando uma soldadora GTAW, fornecida pela empresa alemã Lampert, modelo PUK U4, foram efetuados testes de soldagem avaliando inicialmente as condições que promovem penetração total em fios atuadores e superelásticos de LMF Ni-Ti com diâmetro de 0,9 mm (900 µm). Os parâmetros dos testes de penetração foram obtidos através de planejamento experimental pelo uso do método de delineamento composto central rotacional (DCCR). Assim, foi possível obter três configurações ótimas que permitem penetração total da junta, com valores próximos a 900 µm. Essas configurações foram testadas para avaliar seus efeitos em juntas similares (atuadoras e superelásticas) e dissimilares. Os testes de avaliação das propriedades termomecânicas das juntas soldadas foram realizados por meio de microscopia ótica, analise térmica por calorimetria diferencial de varredura, microdureza, ensaios de tração até a ruptura em condições de temperatura ambiente e isotérmicas (variando de 40°C a 90°C em intervalos de 10°C), análise de superfície de fratura por microscopia eletrônica de varredura e análise dinâmico-mecânica. Os resultados demonstram que as três configurações apresentam boa correspondência de propriedades na junta quando comparadas entre si. Foram observados grãos maiores no centro das juntas soldadas, próximas a área de aplicação do pulso de soldagem. Grãos colunares mais estreitos foram observados nas soldagens com aplicação de pulso mais intenso. A junta soldada sofre alterações nas temperaturas de transformação de fase comparativamente ao material íntegro, assim como o perfil dos picos de transformação de fase. O aumento da temperatura de teste promove a transformação de fase das juntas soldadas atuadoras, que se tornam mais frágeis e tendem a fraturar prematuramente a partir de 70°C. A esta temperatura se tem uma zona mista de fases nas juntas de fios atuadores. Enquanto nas juntas de fios superelásticos a ruptura ocorre com deformações de 2,5%, independente, da temperatura de teste isotérmico. A fratura do fio íntegro, tanto em baixa quanto em alta temperatura, tem aspecto tipo dúctil, enquanto nas juntas de fios soldados, no geral, passa de frágil com a presença de planos facetados (clivagem) para uma fratura do tipo dúctil-frágil (mista). As juntas dissimilares apresentaram comportamento intermediário às juntas com união similar. Diante dos resultados obtidos é possível afirmar que a soldagem por pulsos de GTAW tem grande potencial de aplicação na união permanente de fios de LMF Ni-Ti com o objetivo de desenvolver estruturas de formatos complexos para aplicações em diversas áreas.
Abstract: The welding of Shape Memory Alloys (SMA) remains one of the biggest challenges to expanding the applications of these materials that have high cost due to the noble elements used and its hard manufacturing. The welded joint can lead to the development of products with complex geometry that would be infeasible to be manufactured by conventional processes. In this work, several tests were carried out in order to evaluate the effects of parameters on the properties of SMA Ni-Ti wires using welding by pulses of GTAW (Gas Tungsten Arc Welding). For this, using a GTAW welder, PUK U4 model, supplied by Lampert (German company), several welding tests were performed initially evaluating the conditions that promote full penetration in actuators and superelastics wires made of SMA Ni-Ti with diameters of 0.9 mm (900 µm). The penetration tests parameters were obtained through experimental design by using the central composite rotatable design (CCRD) method. Thus, it was possible to obtain three great settings that allow full penetration of the joint, with values close to 900 µm. These configurations were tested to evaluate their effects in similar joints (actuators and superelastics) and dissimilar joints. The evaluation tests of the thermomechanical properties of welded joints were performed through optical microscopy (OM), thermal analysis by differential scanning calorimetry, microhardness, tensile testing until failure at room temperature and isothermal ranging from 40° C to 90°C at intervals of 10 ° C, fracture surface analysis by scanning electron microscopy and dynamic mechanical analysis. The results show that all three configurations exhibit good correlation of properties in the joint when compared to each other. Larger grains were observed in the center joints near the welding pulse application area. Narrower columnar grains were observed in the area where the pulse intensity was more intense. The welded joint suffers changes in the phase transformation temperature of the material, as well as the profile of the peaks, compared to the whole material. The increase in test temperature promotes the SMA phase transformation of the actuator welded joints that becomes more brittle and tend to fracture prematurely from 70 °C. At this temperature, there is a mixed phase zone in actuators joints. While the failure of superelastic joints occurs in strain of 2.5% regardless of the isothermal test temperature. The fracture of the whole wire at low and high temperature seemed ductile, while, in general, welded wire showed from brittle fracture, with the presence of faceted planes (cleavage), to a fracture of ductile-brittle type (mixed). The dissimilar joint showed intermediate properties between both bases material. Based on these results we can say that the welding by pulse GTAW has great potential for application on permanent union of SMA Ni-Ti wires in order to develop complex structures for application in several fields.
Keywords: Soldagem GTAW
Ligas com Memória de Forma
Planejamento Experimental
Comportamento Termomecânico
Ligas Ni-Ti
Microsoldagem - Pulsos de GTAW
GTAW Welding
Shape Memory Alloys
Experimental Planning
Thermomechanical Behavior
Ni-Ti Alloys
Microsolding - GTAW Pulses
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia de Materiais e Metalúrgica
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/14079
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