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Estudo de um equipamento de processamento de soldaduras por Friction Stir Welding
| datacite.subject.fos | Construções Mecânicas | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Campos, Armando José Vilaça de | |
| dc.contributor.author | Silva, Jorge Nuno Durães | |
| dc.date.accessioned | 2016-04-28T14:56:01Z | |
| dc.date.available | 2016-04-28T14:56:01Z | |
| dc.date.issued | 2015 | |
| dc.date.submitted | 2015 | |
| dc.description.abstract | Este é um projeto I&D interno do INEGI, com as unidades DPS e LOME, que tem em vista a utilização de componentes disponíveis no INEGI para o estudo de um equipamento capaz de efetuar soldaduras por Friction Stir Welding. O equipamento já conta com controlo numérico para um sistema de três eixos e os respetivos motores, ficando assim encarregue de tirar o máximo proveito possível destes componentes. Este equipamento terá como finalidade munir o INEGI com um equipamento capaz de dar resposta a eventuais projetos externos/internos bem como para fins de investigação para a melhoria da qualidade do processo de soldadura. A conceção deste equipamento tem a particularidade das condições envolventes do processo nomeadamente os esforços desenvolvidos durante o processo de soldadura, em particular a força vertical (eixo da ferramenta) que é necessária fazer de forma a evitar a ascensão de material da junta de soldadura. A soldadura por Friction Stir Welding, é um processo de soldadura relativamente actual, desenvolvido em 1991 por Wayne Thomas pelo The Welding Institute que se sobrepõe aos métodos de soldadura convencionais, uma vez que não necessita de levar o/os materiais acima da sua temperatura de fusão, sendo um processo de soldadura no estado solido, o material não chega a fundir. Este processo consiste na utilização de uma ferramenta em rotação que que se desloca ao longo da junta de soldadura, que uma vez a fricção gerada entre a ferramenta e o material base gera calor que promove o aquecimento e quase fusão do material base. A ligação do material dá-se aquando a passagem da ferramenta na junta, misturando os materiais. Com o recurso a este método de fabrico é possível efetuar soldaduras com grande qualidade em materiais considerados de difícil soldabilidade pelos métodos convencionais, como por exemplo o Alumínio. Neste projecto foram estudadas varias soluções, contactados vários fornecedores e com o seu feedback foi desenvolvido o equipamento. Este projecto consiste essencialmente na análise estrutural e selecção de equipamentos. O equipamento final resultou de uma série de iterações e ideias de forma a optimizar toda estrutura para a magnitude dos esforços envolvidos, obtendo no final um equipamento capaz de cumprir os requisitos. No final prevêse um equipamento com a capacidade de suportar esforços verticais de 50 𝑘𝑁 o que comparando com alguns ensaios já efectuados, estima-se que será capaz de produzir juntas soldadas de aproximadamente 15 𝑚𝑚 a 16 𝑚𝑚 de espessura em alumínios da série 6𝑋𝑋𝑋, sendo também possível soldar outros matérias desde que não ultrapassem os limites de carga do equipamento nos respectivos eixos. A estrutura do equipamento é baseada na utilização de chapas em aço estrutural S235JR (Fe 360) soldadas entre si e maquinadas de forma a obter a forma desejada. A validação estrutural foi efectuada recorrendo a simulações pelo método de elementos finitos usando o SolidWorks como ferramenta de cálculo. Sendo a soldadura por FSW um processo lento onde não são espectáveis grandes velocidades ou cargas dinâmicas, a análise estrutural foi efectuada como sendo simulações estáticas. Contudo, e devido ao demorado processo de cálculo, muitas considerações tiveram que ser feitas nomeadamente relativamente ao tipo de contactos considerados, rigidez de certos componentes, aplicação de cargas (superfícies de actuação), tipos de fixação. Para projetos futuros ainda fica em falta o estudo da componente eléctrica, incluído o roteamento das ligações, e fixações, o que pode dar origem a alterações em determinados componentes em termos de desenho de furações. A estrutura ainda pode ser optimizada considerando outros conceitos construtivos. | pt_PT |
| dc.description.abstract | This is a INEGI’s R&D project, resulting from a cooperation between DPS and LOME, which intends to use of equipment already available at INEGI in order to develop an equipment capable of preforming welds through the process of Friction Stir Welding. The available equipment consists of three axis computerized numeric controls (CNC) systems, and the servomotors for each axis. The equipment designed within this thesis will be used on research works aiming at the development of the welding process itself. FSW is a process where high forces are developed during welding, in particular the vertical force (tool axis) which is needed in order to keep the material within the stirring process. Developed in 1991 by Wayne Thomas at The Welding Institute, the Friction Stir Welding process still need further studies, but can be considered a real breakthrough when compared to conventional welding methods, mainly because it is a solid-state welding, which means that the base material don’t reach the melting temperature, therefore less defects are induced in the weld. This process requires a rotating tool that travels along the joint, generating frictional heat, which heats the base material. The joining occurs when the tool travels along the joint, heating the materials and mixing them together. With this method, high quality welds can be obtained even on materials that are considered of poor weldability, when using conventional methods, like Aluminum Alloys. For this project several solutions were tested, suppliers were reached and with the feedback the equipment was developed. This project main focus is on the structural analysis and the selection of components that will integrate the final equipment. The final equipment is a result of several iterations and ideas in order to optimize the complete structure for the loads developed when welding, resulting on a capable equipment that match the needs. At the end is expected to have an equipment that is capable of preforming welds on several materials and reaching vertical forces as high as 50 𝑘𝑁. When compared to tests already performed on other studies, it’s foreseen that high quality welds can be performed, for example on a 15 𝑚𝑚 to 16 𝑚𝑚 thickness of aluminum 6𝑋𝑋𝑋 series, as well as other type of materials as long as it doesn’t exceed vertical force limit of 50 𝑘𝑁. The structure development is based on the use of structural steel S235JR (Fe 360) sheets that are welded together and machined to the desired shape. The structural analysis was done using the finite elements module incorporated in SolidWorks. Since FSW is slow welding process and no high speeds or dynamic loads are expected, the full analysis was performed considering to be static. Although, and since it’s a very time consuming type of calculation, some considerations/simplifications were made, for instance the type of contact that occurs between each component, as well as the rigidity of some components, load surfaces and fixtures. As future works, the electrical component, including routing, power supply, and fixtures, should be studied, which can lead to a redesign of some of the components. Further structural optimization can also be performed considering other concepts of structures. | pt_PT |
| dc.identifier.tid | 201754738 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.22/8168 | |
| dc.language.iso | por | pt_PT |
| dc.subject | Soldadura por Fricção Linear | pt_PT |
| dc.subject | Soldadura | pt_PT |
| dc.subject | Projecto de máquinas | pt_PT |
| dc.subject | Equipamento FSW | pt_PT |
| dc.subject | CNC | pt_PT |
| dc.subject | CNC 3 eixos | pt_PT |
| dc.subject | CNC FSW | pt_PT |
| dc.subject | FSW | pt_PT |
| dc.subject | SFL | pt_PT |
| dc.subject | Friction Stir Welding | pt_PT |
| dc.subject | Welding | pt_PT |
| dc.subject | Machine design | pt_PT |
| dc.subject | FSW Machine | pt_PT |
| dc.subject | 3 axis CNC | pt_PT |
| dc.title | Estudo de um equipamento de processamento de soldaduras por Friction Stir Welding | pt_PT |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | masterThesis | pt_PT |
| thesis.degree.name | Mestrado em Engenharia Mecânica | pt_PT |