Caracterização e levantamento de curva J-R em junta soldada AA 5083 pelo processo Friction Stir Welding

Abstract

A crescente demanda por materiais leves, resistentes e duráveis tem incentivado o uso do alumínio e suas ligas na indústria, especialmente nos setores aeronáutico, automotivo e naval. Entre essas ligas, o alumínio 5083 se destaca por sua elevada resistência mecânica, excelente resistência à corrosão e boa conformabilidade, sendo amplamente utilizado em estruturas sujeitas a cargas elevadas. Nesse contexto, a soldagem por fricção (FSW) surge como um processo promissor para unir ligas de alumínio no estado sólido, evitando problemas típicos dos processos convencionais com fusão, como defeitos microestruturais e degradação de propriedades mecânicas. O FSW utiliza uma ferramenta rotativa com pino e ombro que gera calor e promove mistura plástica do material, resultando, na maioria das vezes, em juntas soldadas com microestrutura refinada e elevada qualidade. O presente trabalho caracterizou a liga de alumínio 5083 soldada por FSW, avaliando microestrutura, propriedades mecânicas e tenacidade à fratura. Ensaios de microdureza e dobramento confirmaram penetração adequada da solda e uniformidade de propriedades, enquanto os ensaios de tração indicaram bom comportamento mecânico do metal base e das juntas, com pequenas variações. As análises de fractografia e as curvas J-R e δ-R demonstraram que as juntas soldadas apresentam maior tenacidade à fratura em relação ao metal base, evidenciada por stretch zone mais extensa e fratura dúctil estável. Os resultados confirmam que o FSW é uma técnica eficiente para a produção de juntas de alumínio 5083 com alto desempenho estrutural, promovendo melhoria na microestrutura e na resistência à propagação de trincas, reforçando seu potencial para aplicações industriais que exigem segurança e durabilidade.

The increasing demand for lightweight, strong, and durable materials has driven the use of aluminum and its alloys in industry, particularly in the aerospace, automotive, and naval sectors. Among these alloys, aluminum 5083 stands out for its high mechanical strength, excellent corrosion resistance, and good formability, being widely used in structures subjected to high loads. In this context, friction stir welding (FSW) emerges as a promising process for joining aluminum alloys in the solid state, avoiding typical issues associated with conventional fusion welding, such as microstructural defects and degradation of mechanical properties. FSW employs a rotating tool with a pin and shoulder that generates heat and promotes plastic mixing of the material, resulting, in most cases, in welds with refined microstructure and high quality. This study characterized aluminum 5083 welded by FSW, evaluating microstructure, mechanical properties, and fracture toughness. Microhardness and bending tests confirmed adequate weld penetration and uniformity of properties, while tensile tests indicated good mechanical performance for both the base metal and the welds, with minor variations. Fractography analyses and J-R and δ-R curves showed that the welded joints exhibit higher fracture toughness compared to the base metal, evidenced by a larger stretch zone and stable ductile fracture. The results confirm that FSW is an effective technique for producing highperformance aluminum 5083 joints, enhancing microstructure and resistance to crack propagation, highlighting its potential for industrial applications requiring safety and durability.