Otimização de parâmetros de soldagem para a liga de alumínio 2219 soldada por soldagem por fricção linear com ferramenta de ombro duplo

Abstract

Dada a preocupação a respeito das taxas de emissão de carbono, sua contribuição para o efeito estufa, bem como outros impactos ambientais, a indústria aeroespacial concentra um grande esforço no desenvolvimento de novas técnicas de fabricação das aeronaves, aliando o emprego de materiais de baixo peso a novos processos de união dos materiais, aumentando a eficiência energética e reduzindo o impacto ambiental inerente a aviação. Dentro deste contexto, este trabalho foca em ilustrar o processo de otimização de parâmetros de soldagem para a liga de alumínio 2219, utilizando a técnica de Soldagem por Fricção Linear com Ferramenta de Ombro Duplo (do inglês Bobbin Tool Friction Stir Welding - BT-FSW), por meio de análises da microestrutura da junta soldada e por análise das propriedades mecânicas por meio de testes de tração e mapas de microdureza. A soldagem por fricção (FSW) consiste em uma das técnicas de soldagem de materiais leves de mais alto nível existentes atualmente. As soldas e testes foram conduzidos no instituto de pesquisa Helmholtz-Zentrum Hereon, mais precisamente no Departamento de Processamento de Materiais no Estado Sólido (WMP), em Geesthacht, Alemanha O estudo visa detalhar o processo de otimização dos parâmetros de soldagem, como velocidade de soldagem, velocidade de rotação e força aplicada entre os ombros da ferramenta de soldagem, examinando a influência dos mesmos nas características microestruturais e propriedades mecânicas. Soldas utilizando o processo BT-FSW foram produzidas com diferentes parâmetros de processo e, quando atingidos os parâmetros ótimos, as regiões soldadas foram analisadas com microscópios ópticos de alta precisão, além de terem sido submetidas a testes de tração e mapeamento de dureza a fim de se obter dados a respeito das propriedades mecânicas. Os resultados obtidos evidenciam uma melhora significativa em termos de refino da microestrutura, consequentemente ocasionando um acréscimo substancial nas propriedades mecânicas quando comparadas com as obtidas por técnicas mais convencionais de soldagem envolvendo a fusão do metal base. Este estudo reforça a possibilidade da utilização desta técnica de soldagem aplicada à indústria aeroespacial. XII Palavras-chave: Soldagem por Fricção com Ferramenta de Ombro Duplo (BT-FSW). Estudo de Microestrutura. Estudo de Propriedades Mecânicas

Due to the significant concerns existing today regarding carbon emission rates, their contribution to the greenhouse effect, as well as other environmental impacts, the aerospace industry is focusing a great effort on developing new aircraft manufacturing techniques. This involves using lightweight materials along with new material joining processes to increase energy efficiency and reduce the inherent environmental impact of aviation. Within this context, this work aims to illustrate the welding parameters optimization process for aluminum alloy 2219, using the Bobbin Tool Friction Stir Welding (BT-FSW) technique. This is done through analyses of the welded joint's microstructure and mechanical properties via tensile tests and microhardness mapping. Friction Stir Welding (FSW) is one of the highest-level welding techniques for lightweight materials available today. The welding and tests were conducted at the Helmholtz-Zentrum Hereon research institute, specifically in the Department of Solid-State Material Processing (WMP), in Geesthacht, Germany. The study aims to detail the welding process parameters optimization process, such as welding speed, rotation speed, and applied force between the welding tool shoulders, examining their influence on microstructural characteristics and mechanical properties. Welds using the BT-FSW process were produced with different process parameters, and when optimal parameters were achieved, the welded regions were analyzed with high-precision optical microscopes. They were also subjected to tensile tests and hardness mapping to obtain data on mechanical properties. The results demonstrate a significant improvement in terms of microstructure refinement, consequently leading to a substantial increase in mechanical properties when compared to those obtained by more conventional welding techniques involving base material fusion. This study reinforces the possibility of using this welding technique in the aerospace industry