Análise microestrutural e avaliação mecânica de juntas soldadas por fricção e mistura mecânica (FSW) da liga de alumínio 5182-O

Abstract

A procura cada vez mais intensa por redução de peso e consequente diminuição do consumo de combustível dos veículos automotores e aeronaves, tem proporcionado um crescimento constante na utilização do alumínio e suas ligas nos diversos setores da indústria de manufatura. No entanto, a dificuldade de união em juntas de alumínio que atendam requisitos de alta resistência à fratura e à fadiga, tem intensificado as pesquisas por novas tecnologias em seu processo de soldagem. Neste contexto, o processo de soldagem denominado Friction Stir Welding (FSW), vem ganhando espaço nas pesquisas e também na indústria. Neste processo, uma ferramenta não consumível é projetada especialmente para ser introduzida nas juntas das chapas a serem soldadas, gerando calor e misturando mecanicamente o material da junta, consolidando a solda. Este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos dos parâmetros de soldagem FSW, na consolidação das propriedades mecânicas das soldas produzidas, na microestrutura, além de buscar a otimização do processo para a liga em estudo. Para tanto, a geometria da ferramenta foi projetada, fabricada e testada, de forma a definir os parâmetros ideais para obtenção de juntas soldadas sem defeitos. Uma máquina fresadora CNC foi utilizada para a execução dos testes. As soldas foram produzidas em chapas de alumínio da liga Al 5182-O com espessura de 3,25mm, com velocidade rotacional da ferramenta mantida constante em 500 rpm e velocidades de soldagem de 50, 100, 150, 200 e 250 mm/min. A ferramenta foi inclinada em um ângulo de 1º, todas as soldas foram realizadas com sentido horário de rotação, após a realização dos testes as juntas soldadas foram submetidas a uma série de ensaios destrutivos e não destrutivos caracterizando cada teste realizado. Juntas de topo com penetração completa e livre de defeitos foram produzidas com velocidades de soldagem de 100, 150, 200 e 250 mm/min, enquanto com a velocidade de soldagem de 50 mm/min resultou em defeito do tipo vazio na zona da mistura no lado do avanço, defeito este caracterizado através de inspeção por microtomografia, o que fez com que as soldas produzidas com esta velocidade de soldagem rompessem na junta soldada. Em todas as velocidades de soldagem a caracterização através de microscopia óptica na seção transversal das soldas revelou um refino microestrutural, obtido pelo fenômeno de recristalização dinâmica, que resultou em um aumento nos valores de dureza na zona da mistura. Os resultados obtidos demostram que soldas de boa qualidade podem ser produzidas com este processo. Além disso, foi estabelecida uma correlação entre a história térmica associada ao processo de FSW, a microestrutura produzida e o desempenho mecânico das juntas soldadas.

The increasingly intense demand for weight reduction and consequent reduction of the fuel consumption of motor vehicles and aircraft , has provided a steady growth in the use of aluminum and its alloys in various sectors of the manufacturing industry , but the difficulty in joining together aluminum that meet high fracture resistance and fatigue , has intensified the research for new technologies in the process of welding. In this context , the welding process called Friction Stir Welding ( FSW ) has been gaining ground in research and also in industry . In this process , non-consumable tool is specially designed to be inserted in the joints of the plates to be welded, generating heat and mechanically mixing the gasket material, consolidating the weld. This study aimed to evaluate the effects of welding parameters FSW , the consolidation of the mechanical properties of the welds produced, microstructure, and seek to optimize the process for the alloy under study. For this, the geometry of the tool is designed, manufactured and tested in order to define the optimal parameters for obtaining welded joints without defects. A milling machine CNC was used for the tests. The welds were produced in sheets of aluminum alloy Al 5182-O with a thickness of 3,25mm with rotational speed of the tool maintained constant at 500 rpm and welding speeds of 50, 100, 150, 200 and 250 mm / min, the tool was tilted at an angle of 1°, all welds were performed with clockwise direction of rotation, after the tests the welded joints were subjected to a series of destructive testing and nondestructive characterizing each test performed. Butt welding with full penetration and free defects were produced with welding speeds of 100, 150, 200 and 250 mm / min, while with the welding speed 50 mm / min resulted in failure of the void type in the zone of the mixture side of the advance, this defect characterized by inspection by microtomography, which has meant that the welds produced with this welding speed would break the joint weld. In all welding speeds characterization by optical microscopy in cross section of welds revealed a microstructure refining, obtained by dynamic recrystallization phenomenon, for which resulted in an increase in the hardness values in the mixing zone. The results demonstrate that good quality welds can be produced with this process. Moreover, a correlation between the thermal history associated with the process produced the microstructure and mechanical performance of welded joints was established.