Analyses of The Thermomechanical Conditions during Tool Assisted Friction Welding

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaA presente dissertação teve como objetivo analisar as condições termomecânicas durante a soldadura por Tool Assisted Friction Welding (TAFW). Para este efeito foram produzidas soldaduras por pontos, em junta sobreposta, em aço macio (DC01), em aço galvanizado (DX51D) e em aço de alta resistência (HC 420 LA). Para analisar as condições termomecânicas fizeram-se variar as características do metal base, com a utilização dos aços acima mencionados, os parâmetros do processo e as condições de geração e dissipação de calor durante a soldadura.De modo a analisar as condições térmicas durante a soldadura, efetuou-se um registo das temperaturas com recurso a uma câmara termográfica. As transformações induzidas pelos ciclos térmicos, e pela acção mecânica da ferramenta, sobre o metal base, foram estudadas com base na realização de ensaios de caracterização mecânica e microestrutural.O estudo realizado permitiu concluir que as condições termomecânicas desenvolvidas durante a ligação por TAFW são condicionadas pelas propriedades mecânicas e pela composição química dos aços, as quais determinam a ocorrência, ou não, de deformação plástica durante o processo de soldadura. Concluiu-se também que as características do metal base condicionam a geração de calor durante a soldadura, mas não de forma tão determinante como os parâmetros do processo. As propriedades das soldaduras são determinadas pelas temperaturas máximas atingidas, pelo tempo de permanência à temperatura máxima e pela velocidade de arrefecimento, devido à sua forte influência quer nos mecanismos de deformação plástica, quer na ocorrência de transformações metalúrgicas de origem térmica.The present dissertation had as objective, the analysis of the thermomechanical conditions during the welding by Tool Assisted Friction Welding (TAFW). For this purpose, spot welds were performed in lap welding of mild steel (DC01), galvanized steel (DX51D) and high strength steel (HC 420 LA). To analyse the thermomechanical conditions, different base materials, different parameters and different conditions of generation and dissipation of heat during the welding were used.To analyse the thermal conditions during welding, the temperature measurements were carried out by using a thermographic camera. The base metal transformations induced by the thermal cycles and by the plastic deformation, between the tool and the workpiece, during the process, were analysed by performing microstructural and mechanical characterizations.From the results obtained, in this work, it was concluded that the thermomechanical conditions, developed during welding by TAFW, are conditioned by the mechanical properties and the chemical composition of the base materials, playing a crucial role on the occurrence, or not, of plastic deformation during the process. It was also concluded that the process parameters were more important than the base metal characteristics in the heat generation. On the other hand, the properties of the welds were mainly determined by the maximum temperature registered during the process, by the dwell time at that maximum temperature and by the cooling rate, due to their strong influence on occurrence of metallurgical critical transformations and plastic deformation mechanisms