Soldagem por FSW de ligas de alumínio Alcalad AA2024-T3 e AA7075-T6

Abstract

A soldagem das ligas de alumínio AA2024-T3 e AA7075-T6 sempre foi um obstáculo para indústria devido à alta suscetibilidade a trincas durante o processo de soldagem ao arco elétrico. Estas ligas são largamente utilizadas na indústria aeronáutica devido a sua alta resistência mecânica e baixo peso específico do alumínio, sendo que o método de união mais utilizado é a rebitagem. Com o advento da soldagem por FSW, surge uma nova oportunidade de união destas ligas sendo que os estudos apresentados até o momento demonstram excelentes propriedades mecânicas da junta. “Friction Stir Welding” – FSW é uma técnica de soldagem desenvolvida em 1991 pelo “The Welding Institute” (TWI) na Inglaterra. Esta solda tem a vantagem de ocorrer no estado sólido, que preserva as propriedades mecânicas das ligas, ao contrário dos métodos de soldagem convencionais que envolvem fusão e produzem, em grande parte, microestruturas com baixas propriedades mecânicas. No processo FSW uma ferramenta de alta resistência mecânica com um determinado perfil é rotacionada de forma a gerar atrito nas peças a serem soldadas. Este atrito gera calor suficiente para aumentar a ductilidade e misturar o material na junta, consolidando o mesmo, sem a ocorrência de fusão. O objetivo deste trabalho é determinar um conjunto de parâmetros através do processo FSW, para soldagem de chapas das ligas Alclad AA2024-T3 e AA7075-T6 com 1,8 mm de espessura, utilizando uma fresadora universal de alta rigidez. Para isso foram desenvolvidas duas geometrias de ferramentas para os quais um conjunto de parâmetros resultasse em soldas livres de defeitos. Uma vez obtidas estas soldas, as mesmas foram testadas através da medição de microdureza, ensaios de dobramento e tração para verificação das propriedades mecânicas resultantes comparadas ao do metal base. Observou-se que algumas juntas, dependendo dos parâmetros e da ferramenta utilizados, não demonstraram ductilidade adequada durante os ensaios de dobramento, embora não apresentassem defeitos na análise macrográfica. Da mesma forma, a resistência mecânica apresentada pelas mesmas atingiu no máximo 70% do metal base, demonstrando ser a técnica, uma boa alternativa a rebitagem. Por fim, para liga AA2024-T3, pode-se obter um conjunto de parâmetros que resultasse em uma solda com as propriedades finais desejadas, ou seja, livre de defeitos, ductilidade adequada e boa resistência à tração.

The welding of AA2024-T3 and AA7075-T6 clad aluminum alloys was always an obstacle to the industry due to cracking susceptibility during arc welding process. These alloys are largely used in the aeronautical industry because of their high mechanical strength and low density, being riveting the most widely used method to join them. The advent of friction stir welding (FSW) presents itself as a new opportunity to join these alloys and the present research demonstrates excellent mechanical properties of the joint. Friction stir welding is a welding technique that was developed in 1991 at The Welding Institute (TWI) in England. This welding method has the advantage to be a solid state process that preserves the mechanical properties of alloys, to the contrary of conventional fusion welding techniques that produce microstructures with low mechanical properties. In the FSW process a high strength tool with a given profile is rotated in order to generate friction in the parts to be welded. This friction generates enough heat to soften and stir the material, joining them without fusion. The objective of this work is to determine a set of parameters using the FSW process to weld a 1,8 mm thick AA2024-T3 and AA7075-T6 aluminum clad sheet using a stiff milling machine. For this purpose, development of two tool geometries with a set of parameters to obtain defect-free welded joints was utilized. These welded joints were investigated using microhardness, bending and tension testing to verify the mechanical properties in comparison with the base metal. It was noted that, dependent upon the parameters and tools used for welding, the joints did not show adeq uate ductility during the bending testing, even if the macrographic analysis demonstrate no defects. In the same way, the joint mechanical strength is 70% of base metal, showing that this technique is a good alternative for riveting method. Finally, for the AA2024-T3 aluminum alloy, it was obtained the desired properties for the joints, with no defects, good ductility and tension strength.