Desenvolvimento de um Sistema de Medição de Esforços em Soldaduras Produzidas por Friction Stir Welding

Abstract

Given the high demand from the transport industry for alternative solutions that allow the production of more energy efficient vehicles, and therefore more economical and less pollutant, there is an inevitable tendency to replace totally metallic structures by hybrid structures composed of metallic light alloys and polymeric based materials. To obtain lighter structures without compromising their global strength, conventional joining techniques present some limitations. To take advantage of both the metallic and polymer component it is therefore necessary to develop new bonding technologies. The Friction Stir Welding (FSW) technology is a welding technique that shows to be an alternative, interesting and competent process, having as main advantages its energetic efficiency and versatility. The present dissertation aims at the development of a table for the acquisition of efforts, namely axial force and torque, during the execution of welds produced by FSW, in the variant Friction Stir Spot Welding (FSSW). In this study, plates of 1 mm thick aluminium alloy AA6082-T6 were welded to 6 mm thick polyamide 6 (PA6) plates in an overlapping joint.Through preliminary tests it was possible to obtain the expected axial force for the materials mentioned above. After obtaining these data, the load cells responsible for measuring the axial force of the force acquisition table were selected. To select the load cell responsible for measuring the torque during welding, two theoretical methodologies were used, namely the uniform pressure distribution method and the H. Schmidt method. After the construction of the stress table, its calibration and the analysis of the structure stiffness were performed. These steps allowed to study the table deformation during welding and to predict the real tool penetration value. To verify the actual penetration, a confirmation test was performed to compare the welds made with and without the projected table. Throughout the work, several calculations and tests were performed so that the stress acquisition table met the intended requirements. Having said this, it is possible to conclude that the table developed can determine the efforts during the welds produced by FSW.

Dado a elevada procura da indústria dos transportes por soluções alternativas que permitam a produção de veículos mais eficientes a nível energético, e por isso mais económicos e menos poluentes, existe uma tendência inevitável pela substituição de estruturas totalmente metálicas por estruturas híbridas compostas por ligas leves metálicas e materiais de base polimérica. Para obter estruturas mais leves sem que se comprometa a sua resistência global, as técnicas de união convencionais apresentam algumas limitações. Para tirar vantagem tanto da componente metálica como do polímero é, por isso, necessário desenvolver novas tecnologias de ligação. A tecnologia Friction Stir Welding (FSW) é uma técnica de soldadura que demonstra ser um processo alternativo, interessante e competente, tendo com principais vantagens a sua eficiência energética e versatilidade. A presente dissertação visa o desenvolvimento de uma mesa de aquisição de esforços, nomeadamente da força axial e do binário, durante a realização de soldaduras produzidas por FSW, pela variante Friction Stir Spot Welding (FSSW). Neste estudo soldaram-se placas da liga de alumínio AA6082-T6 com 1 mm de espessura a placas de poliamida 6 (PA6) com 6 mm de espessura, em junta sobreposta.Através da realização de testes preliminares foi possível obter a força axial expectável para os materiais anteriormente referidos. Com a obtenção destes dados foram selecionadas as células responsáveis pela medição da força axial da mesa de aquisição de esforços. Para selecionar a célula de carga responsável pela medição do binário durante o processo de soldadura, recorreu-se a duas metodologias teóricas, mais concretamente, ao método de distribuição uniforme da pressão e ao método de H. Schmidt. Após a construção da mesa de esforços, foi realizada a respetiva calibração e a análise da rigidez da estrutura. Estes passos permitiram estudar a deformação da mesa durante as soldaduras e prever o valor de penetração real da ferramenta. Para verificação da penetração real, foi realizado um teste de confirmação que visou a comparação das soldaduras realizadas com e sem a mesa projetada. Ao longo do trabalho, foram realizados diversos cálculos e testes de forma a que a mesa de aquisição de esforços cumprisse com os requisitos pretendidos. Posto isto, é possível concluir que a mesa desenvolvida consegue determinar os esforços durante as soldaduras produzidas por FSW.