Soldadura de materiais poliméricos por FSW com aquecimento de ferramenta

Abstract

This master's thesis aims to produce and characterize welds by Friction Stir Welding (FSW) with external heat addition in the tool, for the similar joining of polyethylene (PE) and acrylonitrile butadiene styrene (ABS) plates, both with 6 mm of thickness. The welds were performed at the Mechanical Engineering Department of the University of Coimbra.In this study the parameters used were two different welding speeds (v), 60 and 120 mm/min, and rotational speeds (w) of 870, 1140 and 1500 rpm, and the temperature used to heat the tool was 85ºC for PE and 100ºC for ABS. For temperature monitoring, thermocouples were used on the retreating and advancing sides during welding, and afterwards, Zeiss magnifying glass photographs, hardness tests, tensile tests, and analysis of the fracture surfaces using scanning electron spectroscopy (SEM) were performed.It was found that adding external heat to the tool improves weld quality by reducing the occurrence of defects. The increase in speed ratio (w/v) influences the tensile strength, and it was possible to verify that the PE welds obtained better joint efficiencies for higher rotational speeds (w) and lower welding speed (v). In ABS the best joint efficiencies were obtained at higher rotational speeds (w) and higher welding speed (v). Still, all welds made with external heat added to the tool obtained better weld efficiency when compared to welds made without external heat added to the tool. The influence of external heat in the tool is not significant on the hardness measurement results in both PE and ABS. Finally, SEM images of the fracture surfaces allowed to study the different fracture modes of the welds produced in this study.

Esta dissertação de mestrado tem como finalidade produzir e caracterizar a soldadura por fricção linear (Friction Stir Welding – FSW) com adição de calor externo na ferramenta, para a ligação similar de placas de polietileno (PE) e de acrilonitrila butadieno estireno (ABS), ambas com 6 mm de espessura. As soldaduras foram realizadas no Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Coimbra.Neste estudo os parâmetros utilizados foram duas velocidades de avanço (v) diferentes, 60 e 120 mm/min, e velocidades de rotação (w) de 870, 1140 e 1500 rpm, sendo que a temperatura utilizada para aquecer a ferramenta foi de 85ºC para o PE e 100ºC para o ABS. Para a monitorização da temperatura usou-se termopares no lado do avanço e no lado do recuo durante a soldadura e, após as mesmas, foram realizadas fotografias numa lupa Zeiss, ensaios de dureza, ensaios à tração e análises às superfícies de fratura com recurso a microscopia eletrónica de varrimento (SEM - scanning electron spectroscopy).Verificou-se que a adição de calor externo na ferramenta melhora a qualidade da soldadura, reduzindo a ocorrência de defeitos. O aumento do rácio das velocidades (w/v) influência a resistência à tração, sendo possível verificar que as soldaduras de PE obtiveram melhores eficiências de junta para velocidades de rotação (w) maiores e menor velocidade de avanço (v). No ABS as melhores eficiências de junta foram obtidas em velocidades de rotação maiores (w) e maior velocidade de avanço (v). Ainda assim, todas as soldaduras realizadas com adição de calor externo na ferramenta obtiveram melhor eficiência de soldadura, quando comparadas com soldaduras realizadas sem adição de calor externo na ferramenta. A influência de calor externo na ferramenta não é significativa nos resultados da medição da dureza tanto em PE como em ABS. Por fim, as imagens SEM das superfícies de fratura permitiram estudar os diferentes modos de fratura das soldaduras produzidas neste estudo.