FricRiveting of AA 2024-T351 into Polycarbonate

This dissertation addressed the feasibility study of Friction Riveting technique on polycarbonate and 2024-T351 aluminum alloy spot joints. Design of experiments and Artificial Neural Network modelling were used to investigate the influence of process parameters on mechanical and microstructural properties of joints. These joints were produced at the Institute for Research Helmholtz Zentrum Geesthacht (HZG), in Germany, during the undergraduate years of the applicant. Process temperature was measured using an infrared camera. The mechanical properties of the joints were determined by tensile testing. The macro and microstructural characterization were carried out by light optical microscopy (LOM) and Vickers microhardness tests. The fracture mechanisms were investigated by optical and scanning electron microscopy (SEM). The level of PC degradation in the joining area was obtained by viscometry and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The average peak temperatures meausured during joining varied between 52% and 72% of the melting point interval of AA 2024 aluminium alloy. Strong joints with high anchoring efficiency were achieved, with ultimate tensile strength of approximately 90% of metallic rivet, and non-catastrophic ductile fracture at the metallic rivet outside the joined area. This is desirable failure type in riveted polymeric structures and an indication of high-strenght joints. The viscometry and FTIR analysis showed the absence of thermal degradation of the PC in the riveted joint. Statistical and Artificial Neural Networks modeling process showed good repeatability and reproducibility within the conditions studied. These results demonstrated the feasibility of producing spot joints of rivets 2024-T351 and PC by using the FricRiveting process.Universidade Federal de Minas GeraisNesta dissertação de mestrado foi realizado um estudo da viabilidade de fabricação de juntas híbridas de Policarbonato (PC) e Alumínio 2024-T351 através do processo de rebitagem por fricção ( Friction Riveting ). Técnicas de planejamento de experimentos aliadas à modelagem por redes neurais foram utilizadas na investigação da influência dos parâmetros de processo, nas propriedades mecânicas e microestruturais das juntas. As juntas foram produzidas no Instituto de Pesquisa Helmholtz Zentrum Geesthacht (HZG), na Alemanha, durante o período de estágio da proponente. A temperatura dos materiais durante o processamento foi medida utilizando-se uma câmera de infravermelho. As propriedades mecânicas das juntas foram determinadas por meio de ensaios de tração. As características macro e microestruturais foram avaliadas por meio de microscopia ótica e ensaios de microdureza Vickers. Os mecanismos de fratura foram investigados por análises em microscópico ótico e de varredura (MEV). O nível de degradação do PC na região da solda foi investigado por viscosimetria e espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). As temperaturas médias atingidas na área friccionada estiveram entre 56% a 72% do intervalo de ponto de fusão da liga AA 2024. Foram produzidas juntas com alta eficiência de ancoramento do rebite metálico, com limites de resistência à tração de aproximadamente 90% da resistência mecânica do rebite, e falha dúctil não catastrófica, ocorrendo no rebite na região externa à placa de PC. As análises de viscosimetria e FTIR demonstraram a ausência de degradação térmica do PC na área de união. A modelagem estatística e via redes neurais do processo demonstraram boa repetitividade e reprodutibilidade dentro das condições estudadas. Tais resultados permitiram demonstrar a viabilidade de produzir juntas de qualidade, com rebites de 2024-T351 e placas de PC, utilizando o processo de Rebitagem por Fricção