Estudo da União de Termoplásticos para Aplicação na Produção de Veículos Elétricos

Abstract

Atualmente, os veículos elétricos têm como principal desvantagem a sua autonomia, que por sua vez está relacionada com o peso do mesmo. Assim, é imperativo estudar um método de união leve, sem perder a sua resistência.O objetivo desta dissertação de mestrado é estudar a influência dos parâmetros de Friction Stir Welding (FSW) na eficiência de junta de placas de Polipropileno (PP) de 6 mm numa junta topo a topo, bem como as vantagens que o recozimento traz sobre a resistência das soldaduras.Para o recozimento, comparou-se a resistência à flexão dos provetes de material base com provetes de 4 temperaturas de recozimento distintas, 100 ,120, 140 e 160 ℃ e 3 h. Depois de analisado, chegou-se à conclusão de que o melhor parâmetro de temperatura era para 160 ℃, por isso voltou-se a usar essa temperatura, mas comparou-se para tempos de recozimento de 6 e 9 h.Para a execução das soldaduras utilizou-se uma fresadora adaptada com uma ferramenta de base estacionária aquecida a 140 ℃ acoplada com um pino cónico roscado. Para o estudo da velocidade de rotação utilizou-se os valores de 870, 1140 e 1500 rpm e uma velocidade de avanço de 60 mm/min. Para o estudo da velocidade de avanço, escolheu-se a velocidade de rotação de 1500 rpm, onde, já com os dados de 60 mm/min produziu-se mais duas soldaduras com velocidades de avanço de 90 e 120 mm/min. Por fim repetiu-se a soldadura com ω=1500 rpm e v=90 mm/min.Verificou-se que, mais do que analisar as velocidades em separado é imperativo que se avalie esses dois parâmetros em simultâneo utilizando a razão entre elas (ω/v). Este estudo serviu para perceber que a razão das velocidades não pode ser muito baixa, pois cria soldaduras muito heterogéneas e com pouca resistência mecânica. No entanto, se esse valor for muito elevado também não contribui para uma eficiência de junta desejada. Para alcançar eficiências acima dos 88 %, deve-se manter entre 16 e 25 rot/mm.O recozimento, é em todas as situações um tratamento benéfico para a resistência deste material, sendo que no geral, apresentou em média uma melhoria de 7 %.A realização da última soldadura provou que com estes parâmetros consegue-se voltar a obter os mesmos valores de resistência, e que a resistência à flexão apresenta resultados próximos quando se realizam ensaios à raiz ou à face.

Currently, electric vehicles have their main disadvantage in their range, which is, in turn, related to their weight. Therefore, it is imperative to study a method of lightweight bonding without compromising its strength.The objective of this master's dissertation is to study the influence of Friction Stir Welding (FSW) parameters on the joint efficiency of 6mm Polypropylene (PP) plates in a butt joint configuration, as well as the advantages of annealing on weld strength.For annealing, the flexural strength of the base material was compared with samples annealed at four different temperatures: 100, 120, 140, and 160 ℃, each for a duration of 3 hours. After analysis, it was concluded that the optimal temperature parameter was 160 ℃, so this temperature was used again, but annealing times of 6 and 9 hours were compared.For the welding process, a modified milling machine with a heated stationary base tool at 140 ℃ was used, coupled with a threaded conical pin. The rotational speed values of 870, 1140, and 1500 rpm were used for the rotational speed study, with a feed rate of 60 mm/min. For the feed rate study, a rotational speed of 1500 rpm was chosen, and two additional welds were produced at feed rates of 90 and 120 mm/min, using the previously determined feed rate of 60 mm/min. Finally, the welding was repeated with ω=1500 rpm and v=90 mm/min.It was found that, rather than analyzing the speeds separately, it is imperative to evaluate these two parameters simultaneously using the ratio between them (ω/v). This study helped to understand that the hardness of PP is not influenced by this welding process and that the ratio of speeds should not be too low, as it creates highly heterogeneous welds with low mechanical strength. However, if this value is too high, it also does not contribute to the desired joint efficiency. To achieve efficiencies above 88 %, the rotational speed should be maintained between 16 and 25 rpm/mm.Annealing, in all situations, is a beneficial treatment for the strength of this material, showing an average improvement of 7 %. The completion of the last weld proved that with these parameters, it is possible to achieve the same strength values, and the flexural strength presents similar results when tests are carried out at the root or at the face.