FSW de Materiais Poliméricos

Abstract

O objetivo desta dissertação é estudar a influência dos parâmetros de Friction Stir Welding (FSW) na qualidade de soldaduras de topo em placas de Polietileno (PE) e Acrilonitrila Butadieno Estireno (ABS) com 6 mm de espessura. As soldaduras foram realizadas com uma ferramenta de base estacionária e pino cónico, sem aquecimento externo. Os parâmetros estudados foram a velocidade de rotação da ferramenta, com valores de 870, 1140 e 1500rpm, e a velocidade de soldadura, com 60 e 120mm/mim. Durante a soldadura foram registados os ciclos térmicos na vizinhança da soldadura. Depois de ser feita a inspeção visual, as soldaduras foram submetidas a microscopia ótica e a análise tomográfica, para caraterizar a morfologia das soldaduras, e a ensaios de microdureza, e a testes de tração, para caraterizar as propriedades mecânicas das soldaduras. Verificou-se que a morfologia das soldaduras, e em particular, a presença de defeitos, é muito influenciada pelo calor adicionado no processo. O aumento do rácio entre a velocidade de rotação e avanço da ferramenta (w/v) aumenta a temperatura na soldadura, principalmente nas soldaduras em ABS. O aumento de temperatura local facilita o fluxo de material e reduz a formação defeitos. O aumento do rácio w/v não alterou sensivelmente a dureza das soldaduras, mas aumentou a eficiência de soldadura. A resistência das soldaduras foi sempre inferior aos respetivos materiais de base, mas as soldaduras em PE apresentaram eficiência superior às realizadas em ABS. A eficiência de soldadura é muito condicionada pela presença de defeitos.

The aim of this dissertation is to study the influence of Friction stir Welding ( FSW ) parameters on the quality of butt welds in 6 mm thick Polyethylene ( PE ) and Acrylonitrile butadiene styrene ( ABS ) plates. The welds were carried out using a tool with a stationary shoulder and conical pin, without external heating. The parameters studied were the tool rotation speed, with values of 870, 1140 and 1500 rpm, and the welding speed, with 60 and 120 mm/min. During welding, thermal cycles in the vicinity of the weld were recorded. After visual inspection, the welds were submitted to optical microscopy and tomographic analysis, to characterize the morphology of the welds, and microhardness tests and tensile tests, to characterize the mechanical properties of the welds. It was found that the morphology of the welds, and in particular the presence of defects, is greatly influenced by the heat input in the process. Increasing the ratio between rotation speed and tool feed ( w/v ) increases the temperature in the weld, especially in ABS welds. On-site temperature rise facilitates material flow and reduces the formation of defects. Increasing the w/v ratio did not noticeably change the hardness of the welds, but it did increase the welding efficiency. The strength of the welds was always lower than the respective base materials, but the PE welds showed greater efficiency than those made in ABS. Welding efficiency is greatly affected by the presence of defects.