Extração e análise de características vibratórias para o diagnóstico de qualidade na soldagem CDFW

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: ALCÂNTARA, Daniel Soares de
• Orientador(a): BALESTRASSI, Pedro Paulo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Itajubá
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia de Produção
• Departamento: IEPG - Instituto de Engenharia de Produção e Gestão
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Soldagem por fricção com movimento contínuo; Análise de sinais de vibração; Controle de qualidade; Decomposição de modo empírico; Características tempo frequência
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
• Link de acesso: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4199

Atualmente, diversas técnicas de soldagem unem materiais metálicos, destacando-se as de estado sólido, como a soldagem por fricção rotativa (Rotary Friction Welding - RFW). Esse método gera calor e deformação plástica pela rotação de peças sob compressão, criando uma ligação em temperaturas inferiores ao ponto de fusão, resultando em menores distorções e tensões residuais. Entre as variantes do RFW, destacam-se o Inertia Friction Welding (IFW) e o Continuous Drive Friction Welding (CDFW), que se diferenciam pelo modo de geração de energia. Embora o CDFW seja um processo comprovado, apresenta desafios como aquecimento desigual e baixa difusão de materiais na zona afetada pelo calor (HAZ), impactando a rugosidade e o coeficiente de atrito. Os métodos tradicionais de controle de qualidade do RFW utilizam ensaios destrutivos, que não permitem testes em tempo real. Como alternativa, o monitoramento dos sinais de vibração durante o processo oferece informações sobre as deformações e fenômenos térmicos e metalúrgicos ocorridos. Apesar de estudos já terem explorado o uso de sinais de vibração para diagnóstico de qualidade, ainda não há uma abordagem específica aplicada ao controle de qualidade no CDFW. Este trabalho visa preencher essa lacuna ao utilizar sinais de vibração para monitorar a qualidade do CDFW em peças cilíndricas de aço carbono A36. Para isso, foi adotado o Design of Experiments (DOE), com experimentos baseados em uma matriz fatorial. Os sinais de vibração, adquiridos por um acelerômetro, foram normalizados e filtrados, e posteriormente analisados por meio da transformada rápida de Fourier (FFT) e da transformada de Fourier de curto prazo (STFT). Essas técnicas permitiram identificar as características tempo-frequência-energia dos sinais. Além disso, foi proposto um método de segmentação e decomposição dos sinais brutos utilizando a decomposição do modo empírico (EMD), com análise estatística das funções de modo intrínseco (IMFs) resultantes. A Análise de Variância (ANOVA) de dois fatores correlacionou os dados dos sinais com parâmetros de qualidade do processo, como simetria do flash, encurtamento axial, largura da zona termomecanicamente afetada (TMAZ) e o diâmetro médio dos grãos da TMAZ. Os resultados confirmaram que as mudanças nos parâmetros processo afetam significativamente os sinais de vibração, permitindo sua utilização para caracterizar a qualidade da solda. Essa abordagem inovadora não apenas possibilita uma verificação rápida da qualidade, mas também contribui para a automação e monitoramento avançado da Indústria 4.0.