Análise microestrutural e avaliação das superfícies de fratura em quadro de bicicleta com junta soldada em liga de alumínio 6061-T6

Authors

  • Moniel de Oliveira Ferreira
  • Gilberto Garcia del Pino
  • Antônio Claudio Kieling
  • Marcos Dantas dos Santos
  • José Costa de Macedo Neto
  • Lucilene Maciel Coelho
  • José Luis Valin Rivera
  • Meylí Valin Fernández

DOI:

https://doi.org/10.46814/lajdv5n2-023

Keywords:

Alumínio 6061-T6, Solda TIG, Microestrutura, Fratura em quadro de bicicleta

Abstract

A fabricação de bicicletas, concentrada no Polo Industrial de Manaus (PIM), é um setor de destaque, produzindo milhares de unidades mensalmente. O desenvolvimento das bicicletas ao longo dos anos é explicado, com o foco na busca por materiais inovadores para os quadros, com ênfase no alumínio e compósitos de fibra de carbono. O presente estudo avalia a superfície de fratura em quadros de bicicleta, especificamente na junta soldada por processo TIG, em liga de alumínio 6061-T6, utilizando testes não-destrutivos a partir de normas vigentes, e análises metalográficas. Foi observado que as falhas ocorreram a partir do cordão de solda, que apresenta defeitos de descontinuidade de solda e falta de fusão em grande parte do perímetro da junta soldada. Estudos anteriores confirmam que a descontinuidade é um concentrador de tensões severo, podendo facilitar a iniciação de trincas, além de reduzir a seção efetiva da solda para resistir a esforços mecânicos, levando à ruptura do componente durante o uso. Portanto, é necessário um monitoramento mais rigoroso no processo de soldagem, assim como treinamentos aos operadores e maiores investimentos em tecnologias de soldagem avançadas a fim de otimizar os processos de fabricação, garantindo a confiabilidade do produto.

References

IBGE | Cidades@ | Amazonas | Manaus | Pesquisa | Produto Interno Bruto dos Municípios | Available from: https://cidades.ibge.gov.br/brasil/am/manaus/pesquisa/38/47001?tipo=ranking

Galvin P, Morkel A. MODULARITY ON INDUSTRY STRUCTURE: THE CASE OF THE WORLD THE EFFECT OF PRODUCT BICYCLE INDUSTRY. https://doi.org/101080/13662710120034392. 2010;8(1):31–47. DOI: https://doi.org/10.1080/13662710120034392

- Carbon fiber frame can transform ordinary bicycle into an E-bike. Reinforced Plastics. 2015, 1;59(3):108–9. DOI: https://doi.org/10.1016/j.repl.2015.02.028

- Agyekum EO, Fortuin KPJK, van der Harst E. Environmental and social life cycle assessment of bamboo bicycle frames made in Ghana. J Clean Prod. 2017, 1;143:1069–80. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.12.012

. Suthahar P, Arunkumar R, Rajeshwaran M, Asaithambi T, Parthasarathy S. Design and analysis of bicycle frame by using metal matrix composites. Mater Today Proc. 2023 May 26;

- Garcia del Pino, G.; DIAZ, F. R. V.; RIVERA, J. L.; KIELING, A. C.; TORRES, A. R. Evaluation of composite materials with fiber of curauá pineaple (Ananas Erectifolius). Review of Research. v.4, n1, p.1-7, 2015.

Kandemir, A.; Longana, M.L.; Panzera, T.H.; Garcia del Pino, G.G.; Hamerton, I.; Eichhorn, S.J. Natural Fibres as a Sustainable Reinforcement Constituent in Aligned Discontinuous Polymer Composites Produced by the HiPerDiF Method. Materials 2021, 14, 1885. ttps://doi.org/10.3390/ma14081885 DOI: https://doi.org/10.3390/ma14081885

.Lin CC, Huang SJ, Liu CC. Structural analysis and optimization of bicycle frame designs. Advances in Mechanical Engineering [Internet]. 2017; 9(12). doi/10.1177/1687814017739513 DOI: https://doi.org/10.1177/1687814017739513

PR Oliveira, LJ da Silva, TH Panzera , GG del Pino and F Scarpa; Transverse fastening reinforcement of sandwich panels with upcycled bottle caps core; Journal of Composite Materials 0(0) 1–9; DOI: 10.1177/0021998320960522. DOI: https://doi.org/10.1177/0021998320960522

Garcia del Pino G., Kieling A. C., Bezazi A., Panzera T. et al. Hybrid polyester composites reinforced with curauá fibres and nanoclays, Fibres and Polymers. 2020; 21, 399-406. DOI 10.1007/s12221-020-9506-7 DOI: https://doi.org/10.1007/s12221-020-9506-7

. Suthahar P, Arunkumar R, Rajeshwaran M, Asaithambi T, Parthasarathy S. Design and analysis of bicycle frame by using metal matrix composites. Mater Today Proc. 2023 May 26; DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.05.355

Antonio Claudio Kieling, Genilson Pereira Santana, Maria Cristina Dos Santos, José Costa de Macedo Neto, Gilberto Garcia del Pino, Marcos Dantas Dos Santos. Wood-plastic Composite Based on Recycled Polypropylene and Amazonian Tucumã (Astrocaryum aculeatum) Endocarp Waste, Fibers Polym 22, 2834–2845 (2021). https://doi.org/10.1007/s12221-021-0421-3. DOI: https://doi.org/10.1007/s12221-021-0421-3

Ligas de Alumínio - Metalthaga [Internet]. [cited 2023 Aug 9]. Available from: https://metalthaga.com.br/ligas-de-aluminio/

Fernández, M.V.; González, M.J.A.; Oyanadel, R.B.; Rivera, J.L.V.; Soto, A.R.; Ortega, A.G.; Ketterer, C.G.; Alvarez, A.A.; Diaz, F.R.V.; García del Pino, G. Effect of Nanometric Particles of Bentonite on the Mechanical Properties of a Thermoset Polymeric Matrix Reinforced with Hemp Fibers. Polymers 2023, 15, 1571. [CrossRef] DOI: https://doi.org/10.3390/polym15061571

Fernández, M.V.; Rivera, J.L.V.; Rodríguez, F.P.; Losada, H.F.; Abreu, M.E.F.; Diaz, F.R.V.; Soto, A.R.; Alvarez, A.A.; Quinteros, R.; Ketterer, C.G.; et al. Mechanical Characterization of a Polymer/Natural Fibers/Bentonite Composite Material with Implementation of a Continuous Damage Model. Appl. Sci. 2023, 13, 2677. [CrossRef] DOI: https://doi.org/10.3390/app13042677

–Da Silva V. U. N.; Garcia del Pino G., Dos Santos C. H; A. Bezazi; Azevedo S. G. R.; Kieling A. C.; Dos Santos M. D.; Torres A. R. Desenvolvimento de compósitos de resina epóxi com fibra vegetal de curauá sem tratamento químico. Latin American Journal of Development. v. 4, n. 4, p. 343-357. Doi: 10.46814/lajdv4n2- 005. 2022. DOI: https://doi.org/10.46814/lajdv4n2-005

- Mendes C. S., Garcia del Pino G., Bezazi A., Boumediri H., Neto J. C., Torres A. R., Kieling A. C., Garcia S. D. Comparative performance comparison of Toolox44 tool steel versus SAE H13 for hot forging. Latin American Journal of Development. v. 3, n. 3, p. 1181-1197. Doi: 10.46814/lajdv3n3- 014. 2021. DOI: https://doi.org/10.46814/lajdv3n3-014

Silva A. R. V., Macêdo N.J. C., Miranda A. G., Verçosa L. A., Garcia del Pino G., Rodrigues R. A., Nascimento D. A., Influência do tratamento térmico de normalização na microestrutura e propriedades mecânicas do aço SAE 1035 utilizado em motocicletas, ATENAS. 2021. DOI: 10.22533/at.ed.6222105043. DOI: https://doi.org/10.22533/at.ed.6222105043

Callens A, Bignonnet A. Fatigue design of welded bicycle frames using a multiaxial criterion. Procedia Eng. 2012, 1;34:640–5. DOI: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.04.109

Soares RC, da Rosa E, Sousa AIF. Assessment of fatigue damage in welded aluminum joints subjected to multiaxial stress state. Heliyon. 2023 1;9(4):e15196. DOI: https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e15196

. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM A751: Standard Test Methods, Practices, and Terminology for Chemical Analysis of Steel Products. United States, 2014;

Ding M, Zhang P lei, Zhang Z yu, Yao S. Direct-soldering 6061 aluminum alloys with ultrasonic coating. Ultrason Sonochem. 2010 1;17(2):292–7. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2009.10.007

6061 Liga | Densidade, força, dureza, ponto de fusão. Available from: https://material-properties.org/pt-br/liga-6061-densidade-resistencia-dureza-ponto-de-fusao/

. Rontescu C, Cicic TD, Amza CG, Chivu O, Dobrotă D. Choosing the optimum material for making a bicycle frame. Metalurgia. 2015 1;54(4):679–82.

. Ribeiro PMT. Análise dinâmica de um quadro de bicicleta. 2013. Available from: https://repositorio-aberto.up.pt/handle/10216/69186.

Maisonnette D, Suery M, Nelias D, Chaudet P, Epicier T. Effects of heat treatments on the microstructure and mechanical properties of a 6061 aluminium alloy. Materials Science and Engineering: A. 2011;528(6):2718–24. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2010.12.011

. Ahmad R, Abdulmalik SS. The Effect of Microstructure and Mechanical Properties of Aluminium Aa6061 before and after Heat Treatment Using TIG. Applied Mechanics and Materials 2014 [cited 2023 465–466:881–5. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.465-466.881

. Weman K. TIG welding. Welding Processes Handbook. 2012; 1;63–9. DOI: https://doi.org/10.1533/9780857095183.63

. Brandão SM, Silva W de P. Material Didático do Curso de Engenharia Mecânica da UniEVANGÉLICA. 2018; Available from: https://www.esab.com.br/br/pt/education/blog/processo_soldagem_tig_gtaw

. Schwedersky MB, Dutra JC, Okuyama MP, Gonçalves e Silva RH. Soldagem TIG de elevada produtividade: influência dos gases de proteção na velocidade limite para formação de defeitos. Soldagem & Inspeção. 2011, 16(4):333–40. DOI: https://doi.org/10.1590/S0104-92242011000400004

. Savage WF, Nippes EF, Agusa K. Effect of Arc Force on Defect Formation in GTA Welding. 2022

. Siddesh Kumar NM, Dhruthi, Pramod GK, Samrat P, Sadashiva M. A Critical Review on Heat Treatment of Aluminium Alloys. Mater Today Proc. 2022; 58:71–9. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.12.586

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Published

2023-11-10

How to Cite

FERREIRA, M. de O.; DEL PINO, G. G.; KIELING, A. C.; DOS SANTOS, M. D.; DE MACEDO NETO, J. C.; COELHO, L. M.; RIVERA, J. L. V.; FERNÁNDEZ, M. V. Análise microestrutural e avaliação das superfícies de fratura em quadro de bicicleta com junta soldada em liga de alumínio 6061-T6. Latin American Journal of Development, [S. l.], v. 5, n. 2, p. 775–792, 2023. DOI: 10.46814/lajdv5n2-023. Disponível em: https://ojs.latinamericanpublicacoes.com.br/ojs/index.php/jdev/article/view/1446. Acesso em: 19 apr. 2024.
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