"FRICTION STIR WELDING" DE COMPONENTES PRODUZIDOS POR FABRICO ADITIVO

Abstract

The aim of this dissertation is to investigate the impact that the parameters of the Friction Stir Welding (FSW) have on the mechanical properties of poly-lactic acid (PLA) plate butt welds. A heated stationary shoulder tool with tapered threaded pin is used for this purpose. The parameters evaluated were the rotational speed, feed rate and heating temperature of the shoulder. In this context and to perform as few experiments as possible to find the optimal set of parameters the Taguchi method was used. The PLA plates were obtained by additive manufacturing process, namely Fused Filament Fabrication (FFM), with dimensions of 100 mm length, 70 mm width and 6 mm thickness.The weld seam was studied to analyze the influence that each parameter has on its morphology, namely in the formation of defects such as porosity, burrs, and cavities. It was verified that for low feed rate (30 mm.min-1) there is a tendency to form a V-shaped defect on the advancing side and the weld morphology also changes with this parameter. Hardness and tensile strength tests were performed to evaluate the impact of the process parameters in each of these properties. In relation to hardness, the lower feed rate appears to create many defects in the weld nugget, leading to lower hardness values at these locations. It was also found that the hardness is variable for the different plates used in the study and that can be attributed to the porosity introduced by 3D printing.Finally, in relation to tensile strength the best joint efficiency of 72 % was obtained for welds with feed rate, rotation speed and heating temperature of 90 mm.min-1, 1140 rpm and 100 ⁰C, respectively. Based on Taguchi's method, rotation speed and heating temperature are the most influential parameters, and the optimal parameter set is 30 mm.min-1, 1140 rpm and 100 ⁰C.

O objetivo desta dissertação é investigar o impacto que os parâmetros do processo de soldadura por fricção, Friction Stir Welding (FSW), têm nas propriedades mecânicas de soldaduras topo a topo de placas de ácido polilático (PLA). Para isso foi utilizada uma ferramenta de base estacionária aquecida com pino cónico roscado. Os parâmetros estudados foram a velocidade de rotação, velocidade de avanço e temperatura de aquecimento da base. Neste contexto e de forma a realizar o menor número possível de experiências, bem como encontrar o conjunto de parâmetros ótimo, recorreu-se ao método de Taguchi. As placas de PLA foram obtidas por processo de fabrico aditivo, nomeadamente o Fused Filament Fabrication (FFF), com dimensões de 100 mm de comprimento, 70 mm de largura e 6 mm de espessura.O cordão de soldadura foi estudado para analisar a influência que cada parâmetro tem na sua morfologia, nomeadamente na formação de defeitos como porosidade, rebarbas e cavidades. Verificou-se que para velocidades de avanço baixas (30 mm.min-1) existe a tendência de se alterar a morfologia do cordão e a formação de um defeito em V no lado do avanço. Foram realizados ensaios de dureza e de resistência à tração para avaliar o impacto dos parâmetros do processo em cada uma destas propriedades. Em relação à dureza, a velocidade de avanço mais baixa aparenta criar bastantes defeitos no cordão, levando a valores de dureza mais reduzidos nesses locais. Verificou-se ainda que a dureza é variável para as diferentes placas utilizadas no estudo, o que pode ser atribuído à porosidade introduzida pela impressão 3D.Por fim, em relação à resistência à tração, a melhor eficiência de junta foi da ordem dos 72% e obtida em soldaduras realizadas com velocidade de avanço, velocidade de rotação e temperatura de aquecimento de 90 mm.min-1, 1140 rpm e 100 ⁰C, respetivamente. Com base no método de Taguchi, a velocidade de rotação e temperatura de aquecimento são os parâmetros com maior influência e os valores ótimos para maximizar a eficiência da junta são 30 mm.min-1, 1140 rpm e 100 ⁰C.