Estudo da viabilidade da soldagem dissimilar ponto por fricção entre as ligas de alumínio AA5654-H24 e magnésio AZ31-O

Abstract

A Soldagem Ponto por Fricção (SpF) é um processo de união por estado sólido destinado à soldagem de juntas sobrepostas, adequado para soldagem de materiais leves como, por exemplo, ligas de alumínio e de magnésio para aplicações estruturais. O processo consiste essencialmente no aquecimento por atrito e na deformação plástica dos componentes, produzidos pela interação de uma ferramenta rotativa não consumível com as superfícies a serem unidas (sem poça de fusão). A gama de componentes e materiais para os quais a SpF pode ser usado está em contínua expansão e o processo rapidamente se tornou uma tecnologia industrial atraente. A demanda por estruturas leves está aumentando rapidamente em ambas as indústrias: automotiva e aeronáutica, fomentada pela crescente competitividade do mercado, motivando as indústrias à otimização de seus processos visando à redução do consumo de combustível em veículos e a adequação as questões ambientais. Estes fatores fazem do processo SpF um grande atrativo na substituição ou no uso complementar de tecnologias consagradas como soldagem ponto por resistência elétrica e a LASER (indústria automotiva) e rebitagem (indústria aeronáutica). Neste trabalho foi feito um estudo da viabilidade da soldagem dissimilar entre as ligas de Alumínio AA5754-H24 e Magnésio AZ31-O através do processo SpF. O estudo teve como objetivo avaliar os efeitos dos parâmetros de processo na microestrutura, na geometria da junta e no desempenho mecânico, além de buscar a otimização do processo para as ligas em estudo. A relação entre a qualidade da junta e os parâmetros da SpF foi estudada usando o Método Taguchi. A análise por Taguchi foi feita para determinar o conjunto dos parâmetros mais eficazes, dentro do intervalo investigado, sobre a qualidade das juntas soldadas. Tal otimização foi feita por meio do estudo do comportamento das soldas sob solicitação monotônica de cisalhamento. Juntas sobrepostas foram produzidas utilizando a condição de soldagem otimizada, combinando os parâmetros ótimos de posicionamento, velocidade de rotação, tempo de permanência, profundidade de penetração e força de fixação. Os resultados obtidos demonstram que soldas de boa qualidade podem ser produzidas com este processo. No entanto, a formação de uma camada intermetálica (Al12 Mg17) na interface da solda resulta em uma solda com nenhuma ductilidade e, portanto, com pouca aplicação na engenharia.

Friction spot welding (FSpW) is a spot-like solid-state joining process suitable for welding lightweight materials e.g. aluminium and magnesium alloys for structural applications. The process that essentially relies on frictional heating and plastic deformation of workpieces produced by the interaction of a non consumable rotating tool with that of the surfaces to be joined (no melting point of bulk material). The range of components and materials for which FSpW can be used is expanding continuously and process has quickly become a significant industrial technology. The demand for lightweight structures is increasing rapidly in both automotive and aeronautical industries aiming fuel consumption reduction and also attendance to the environment issues. The process has show potential applicability to complementary use together with other well established techniques such as resistance and LASER spot welding and riveting. In this work a study of feasibility of dissimilar Friction Spot Welding between AA5754-H24 Aluminium Alloy and AZ31-O Magnesium Alloy. The objectives were the assessment of the welding parameters on the strength, microstructure and geometry of the joint, as well as the optimization of the process. The relationship between the joint quality and laser spot welding parameters was studied using Taguchi design of experiment method. Taguchi analysis was made to determine the most effective parameters in the investigated range on the quality of laser welded joints. The methodology used for the optimization of the welding parameters was the study of the behavior of welds under shear load. Overlap joints were produced using the optimum welding condition, combining the optimal parameters for displacement, rotation speed, dwell time, plunge depth and clamping ring. The results revealed that visually sound welds can be produced using FSpW. However, the formation of a thin, intermetallic layer at the interface (Al12 Mg17) results in welds exhibit virtually no ductibility and therefore would have little engineering application.