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Title: Análise do processamento de materiais com laser Yb-fibra e perspectivas na engenharia de mini-VANTs.
Authors: Coelho, Bruno Nazário
metadata.dc.contributor.advisor: Costa, Adilson Rodrigues da
Lima, Milton Sérgio Fernandes de
Keywords: Lasers - Yb-fibra
Soldagem - aporte térmico
Lasers - processamento
Soldagem - propagação AA6013-T4
Sistemas aéreos não tripulados
Issue Date: 2017
metadata.dc.contributor.referee: Costa, Adilson Rodrigues da
Caldeira, Lecino
Krüger, Fernando Leopoldo von
Araújo, Fernando Gabriel da Silva
Bianchi, Rodrigo Fernando
Lima, Milton Sérgio Fernandes de
Citation: COELHO, Bruno Nazário. Análise do processamento de materiais com laser Yb-fibra e perspectivas na engenharia de mini-VANTs. 2017. 149 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2017.
Abstract: O avanço tecnológico dos lasers nos últimos anos, aliado ao desenvolvimento da automação e da robótica possibilitaram a aplicação desta tecnologia em processos industriais que requerem alta confiabilidade, precisão e repetibilidade. Devido às vantagens proporcionadas pelo processamento de materiais a laser, as industrias aeroespacial e automobilística tem demonstrado grande interesse em sua utilização. O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver experimentalmente o processamento de materiais a laser aplicado a chapas de diferentes materiais de interesse industrial e analisar a influência dos parâmetros operacionais. Além disso, comparar os resultados experimentais com simulações computacionais e avaliar a presença de defeitos nas regiões processadas. Ainda como objetivo deste trabalho, projetar e desenvolver o protótipo multi-material de um mini-VANT. Foi utilizado um laser Yb-fibra com 2kW de potência para o processamento da liga de alumínio aeronáutico AA6013-T4 e de um aço baixo carbono, em duas diferentes condições experimentais de aporte térmico (13J/mm e 30J/mm). A potência do laser foi variada entre 650W e 2kW e a velocidade do processo entre 33mm/s e 150mm/s. Como resultado deste trabalho, observou-se que é possível obter dois processos opostos (corte e soldagem) e diferentes mecanismos de soldagem (condução e keyhole) para um mesmo valor de aporte térmico. O aporte térmico de 13J/mm apresentou os melhores resultados para a soldagem do AA6013- T4, com as condições experimentais D (2000W e 150mm/s) e E (1300W e 100mm/s). Já para o aço, os melhores resultados foram para o aporte térmico de 30J/mm, nas condições experimentais A (2000W e 66mm/s) e B (1500W e 50mm/s). Observou-se no AA6013-T4 uma a redução da dureza de 110HV no metal base para 75HV-95HV na região processada. Os resultados observados na simulação apresentaram uma boa correlação com os resultados experimentais, possibilitando a análise do gradiente térmico e a distribuição de temperatura no material ao longo do processamento. Complementarmente, foram realizados diversos testes de voo com o protótipo do mini-VANT VTOL desenvolvido, que apresentou bons resultados para o sistema de estabilização e navegação semi-automática.
metadata.dc.description.abstracten: The technological advances of lasers in recent years, combined with the development of automation and robotics, enabled the application of this technology in processes that require high reliability, precision and repeatability. Due to the advantages provided by the laser materials processing, the aerospace and automotive industries have shown great interest in their use. The main objective of this work was to develop experimentally the laser materials processing applied to plates of different materials of industrial interest and to analyze the influence of the operational parameters and the heat input in the obtained results. In addition, this work aims to compare the experimental results with computational simulations and evaluate the presence of defects in the processed regions. Also, as objective of this work, to design and develop the multi-material prototype of a mini-UAV. A 2 kW Yb-fiber laser was used in two different experimental conditions of heat input (13J/mm and 30J/mm) for the processing of aeronautical aluminum alloy AA6013-T4 and a steel of interest. The laser power was varied between 650W and 2kW and the process speed between 33mm/s and 150mm/s. As a result of this work, it was observed that it is possible to obtain two opposite processes (cutting and welding) and different welding mechanisms (conduction and keyhole) for the same heat input value. The heat input of 13J/mm presented the best results for welding of the AA6013-T4, with the experimental conditions D (2000W and 150mm/s) and E (1300W and 100mm/s). For the steel, the best results were for the heat input of 30J/mm, in the experimental conditions A (2000W and 66mm/s) and B (1500W and 50mm/s). A reduction of the hardness from 110HV in the base metal to 75HV-95HV in the processed region was observed on AA6013-T4. The results observed in the simulation presented a good correlation with the experimental results, enabling the analysis of the thermal gradient and the temperature distribution in the material during the processing. Several flight tests were carried out with the developed prototype of the VTOL mini-VANT, which presented good results for the semi-automatic stabilization and navigation system.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/8407
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 26/07/2017 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
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