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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.97.2012.tde-02102013-112909
Documento
Autor
Nome completo
Sheila Medeiros de Carvalho
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Lorena, 2012
Orientador
Banca examinadora
Baptista, Carlos Antonio Reis Pereira (Presidente)
Barboza, Miguel Justino Ribeiro
Godefroid, Leonardo Barbosa
Nascimento, Marcelino Pereira do
Rossi, Wagner de
Título em português
Estudo da soldabilidade a laser e a TIG do titânio comercialmente puro grau 2 empregado em sistemas pneumáticos de aeronaves
Palavras-chave em português
Fadiga
Soldagem a laser
Soldagem TIG
Titânio
Resumo em português
O conjunto de tubos denominado sistema pneumático, tem a função de conduzir o ar quente pressurizado desde o motor até os pontos de utilização pelos sistemas ambientais da aeronave. A ocorrência de falhas em serviço de peças desse sistema soldadas pelo processo TIG (Tungsten Inert Gas), motivou o estudo da substituição desse processo pelo de soldagem a laser. Foi utilizado um laser a fibra de 2 kW de potência e tubos de titânio comercialmente puro grau 2, de 0,5 mm de espessura e 50 mm de diâmetro. Para efeito de comparação foram realizadas soldas pelo processo TIG, semi-automático, cujos parâmetros foram obtidos junto a uma empresa fabricante de aviões. Os tubos de titânio foram soldados em cheio, sem adição de arame, e o argônio foi utilizado como gás de proteção. Os parâmetros de soldagem a laser selecionados foram 200 W e 2000 mm/min e, 250 W e 300 mm/min. Os tubos soldados a laser apresentam cordões com aproximadamente 1 mm de largura e grãos de Ti-CP ?, enquanto que as soldas TIG resultam em cordões de 5 mm e grãos grosseiros serrilhado de Ti-CP ?. O refinamento microestrutural observado nas amostras soldadas a laser, em relação à TIG, deve-se a alta taxa de resfriamento, que no laser foi cerca de 70 vezes maior do que no TIG. Os tubos soldados a laser e TIG foram ciclados na bancada pneumática, 44.000 vezes, a 350 oC, sem fraturarem ou iniciarem uma trinca que comprometesse os testes de pressurização cíclica. Os resultados de fadiga evidenciaram uma maior resistência mecânica da solda a laser na condição de 200 W e 2000 mm/min, quando comparado com as demais condições de soldagem. As avaliações microestruturais e mecânicas dos cordões de solda evidenciaram as vantagens do processo de soldagem a laser para substituir o TIG, em junções do sistema pneumático de aeronaves.
Título em inglês
Weldability study of grade 2 commercial purity titanium using laser and TIG for use in the aircrafts pneumatic systems
Palavras-chave em inglês
Fatigue
Laser beam welding
TIG welding
Titanium
Resumo em inglês
The engine bleed air system, also known as pneumatic system, conducts the pressurized hot air from the engine to the environmental systems of aircrafts. In-service failures of the arc welded pneumatic parts have driven further developments of laser beam welding as an alternative method. Here, a fiber laser with 2 kW power had been employed to weld commercial purity titanium alloy tubes with 0.5 wall thickness and 50 mm diameter. For comparison purposes, semiautomatic TIG welding was realized, based on the previous experience of an aircraft company. All the welds were autogenous, bead-on-plate, and under protective argon atmosphere. The chosen parameters speed and laser powers for laser welding were 200 W - 2000 mm/min and 250 W - 300 mm/min. The laser welded tubes presented 1-mm wide weld beads composed by grained ?-Ti. The TIG welded tubes showed 5-mm wide beads composed by acicular ?-Ti grains. These observed differences had been associated to the cooling rate, which is seventy times higher in the laser case. Both laser and TIG welded tubes were cycled 44.000 times in a pneumatic bench at 350 oC without failures or cracks that could break the internal pressure. The condition 200W-2000mm/min presented superior fatigue resistance values compared to other welding conditions, and being similar to the tubes in the unwelded condition. On the other hand, the condition 250W-3000mm/min presented the highest dispersion for the fatigue lives. The microstructural and mechanical results shown that the current laser technology could replace with advantages the arc welding for the joining of the titanium tubes in the aircrafts pneumatic system.
 
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EMT12003_C.pdf (8.25 Mbytes)
Data de Publicação
2013-10-02
 
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