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http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/40375
Title: | Estudo da soldabilidade e características termomecânicas de juntas NiTi-TiMo para fabricação de grampos ortopédicos. |
Other Titles: | Study of the weldability and thermomechanical characteristics of NiTi-TiMo joints for the manufacture of orthopedic staples. |
???metadata.dc.creator???: | OLIVEIRA, Letícia Gomes de. |
???metadata.dc.contributor.advisor1???: | MELO, Raphael Henrique Falcão de. |
???metadata.dc.contributor.advisor2???: | ARAÚJO, Carlos José de. |
???metadata.dc.contributor.referee1???: | AMORIM JÚNIOR, Wanderley Ferreira de. |
???metadata.dc.contributor.referee2???: | SILVA, Marcos Mesquita da. |
Keywords: | Ligas com memória de forma (LMF);Ligas de NiTi;Ligas de TiMo;Soldagem dissimilar;GTAW;Grampos ortopédicos;Prototipagem biomédica;Shape memory alloys (LMF);NiTi alloys;TiMo leagues;Dissimilar welding;GTAW;Orthopedic staples;Biomedical prototyping |
Issue Date: | 30-Aug-2024 |
Publisher: | Universidade Federal de Campina Grande |
Citation: | OLIVEIRA, Letícia Gomes de. Estudo da soldabilidade e características termomecânicas de juntas NiTi-TiMo para fabricação de grampos ortopédicos. 2024. 101 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2024 |
???metadata.dc.description.resumo???: | As ligas com memória de forma (SMAs), como NiTi, são conhecidas por sua excepcional resistência mecânica, notável resistência à corrosão e a capacidade inerente de recuperar sua forma original após deformação. Ligas de TiMo também têm atraído considerável atenção devido às suas propriedades promissoras. Pesquisas e desenvolvimentos contínuos nesses materiais buscam otimizar suas características para diversas aplicações, especialmente em dispositivos biomédicos. No entanto, a complexidade envolvida na fabricação de estruturas com geometrias intrincadas usando essas ligas frequentemente requer a criação de juntas permanentes por meio de soldagem. A soldagem de ligas dissimilares, como NiTi e TiMo, oferece um caminho para o desenvolvimento de estruturas complexas e dispositivos personalizados em aplicações ortopédicas, incluindo grampos. Este estudo examina o processo de soldagem a ponto por arco elétrico com gás tungstênio (GTAW), utilizando micropulsos em fios superelásticos dissimilares de NiTi e TiMo, cada um com diâmetro de 0,9 mm, para produzir protótipos de grampos ortopédicos. A pesquisa inicialmente focou na identificação dos parâmetros de soldagem ideais para obter juntas com resistência mecânica superior. Múltiplas combinações de configurações de potência e durações de soldagem foram testadas em sequências de pulsos duplos utilizando um aparelho de Microsoldagem. Ensaios de tração até a fratura e análises metalográficas das juntas soldadas, conduzidos por meio de microscopia óptica (OM), forneceram os dados críticos necessários para selecionar as duas condições de soldagem mais favoráveis. Essas condições selecionadas foram então aplicadas à fabricação de protótipos de grampos ortopédicos, utilizando fios sobrepostos e quatro pulsos angulares de soldagem. As juntas soldadas foram validadas por meio de testes de tração e flexão até a fratura, realizados a uma temperatura controlada de 37°C. Adicionalmente, os grampos foram submetidos a testes de ciclagem mecânica, simulando aberturas e fechamentos repetidos até um ângulo de 90° ao longo de 50 ciclos, na mesma temperatura, para avaliar sua resistência ao estresse mecânico, representativo das condições do corpo humano. Os protótipos de grampos soldados demonstraram a capacidade de suportar cargas superiores a 7 N mantendo suas propriedades superelásticas. É possível inferir que foi possível fabricar protótipos de grampos ortopédicos por soldagem a partir de fios dissimilares de NiTi-TiMo. |
Abstract: | Shape memory alloys (SMAs), such as NiTi, are renowned for their exceptional mechanical strength, remarkable corrosion resistance, and inherent ability to recover their original shape after deformation. TiMo alloys have also garnered considerable attention due to their promising properties. Ongoing research and development efforts in these materials aim to optimize their characteristics for various applications, particularly in biomedical devices. However, the complexity involved in manufacturing structures with intricate geometries using these alloys often necessitates the creation of permanent joints through welding. The welding of dissimilar alloys, such as NiTi and TiMo, offers a pathway for developing complex structures and custom devices in orthopedic applications, including clamps. This study examines the gas tungsten arc spot welding (GTAW) process, using micro-pulses on dissimilar superelastic NiTi and TiMo wires, each with a diameter of 0.9 mm, to produce prototypes of orthopedic clamps. The research initially focused on identifying the optimal welding parameters to achieve joints with superior mechanical strength. Multiple combinations of power settings and welding durations were tested in double pulse sequences using a micro-welding apparatus. Tensile tests to fracture and metallographic analyses of the welded joints, conducted through optical microscopy (OM), provided critical data needed to select the two most favorable welding conditions. These selected conditions were then applied to the fabrication of orthopedic clamp prototypes, using overlapped wires and four angular welding pulses. The welded joints were validated through tensile and bending tests to fracture, conducted at a controlled temperature of 37°C. Additionally, the clamps were subjected to mechanical cycling tests, simulating repeated openings and closings up to a 90° angle over 50 cycles, at the same temperature, to evaluate their resistance to mechanical stress, representative of human body conditions. The welded clamp prototypes demonstrated the ability to withstand loads exceeding 7 N while maintaining their superelastic properties. It can be inferred that the production of welded orthopedic clamps from dissimilar NiTi-TiMo wires is feasible. |
Keywords: | Ligas com memória de forma (LMF) Ligas de NiTi Ligas de TiMo Soldagem dissimilar GTAW Grampos ortopédicos Prototipagem biomédica Shape memory alloys (LMF) NiTi alloys TiMo leagues Dissimilar welding GTAW Orthopedic staples Biomedical prototyping |
???metadata.dc.subject.cnpq???: | Engenharia Mecânica. |
URI: | http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/40375 |
Appears in Collections: | Mestrado em Engenharia Mecânica. |
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LETÍCIA GOMES DE OLIVEIRA - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2024.pdf | 1.21 MB | Adobe PDF | View/Open |
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