Soldagem Dissimilar da Liga de Alumínio 5052 H34 e do Aço SAE 1020 pelo Processo Hybrid Friction Stir Welding Assistido por Plasma: Análise da Resistência Mecânica, do Desgaste da Ferramenta e dos Esforços de Soldagem

Abstract

Resumo: Esta pesquisa tratou da primeira aplicação do processo Hybrid Friction Stir Welding na soldagem dissimilar alumínio-aço com a utilização de uma fonte de pré-aquecimento por plasma. Um dos benefícios em se utilizar o pré-aquecimento da junta é a possibilidade de coalescer o material e reduzir sua resistência mecânica, viabilizando assim a utilização de ferramentas fabricadas em aço, além de tornar a mistura mais eficiente por meio da introdução da ferramenta diretamente na interface de soldagem (Offset igual a zero). Nesta pesquisa, foram realizadas juntas soldadas a topo do aço carbono SAE 1020 e da liga de alumínio 5052 H34 com 3 mm de espessura utilizando um cabeçote desenvolvido especialmente para essa aplicação, que foi adaptado a um robô antropomórfico COMAU NJ5000 de 6 graus de liberdade e capacidade de 500 kg. O pré-aquecimento das amostras foi realizado pela adaptação de uma máquina de corte a plasma, em que a temperatura e a corrente foram variadas em: 0 °C (sem pré-aquecimento), 250 °C (40 A), 350 °C (50 A) e 450 °C (60 A). O deslocamento da ferramenta (offset) foi variado em zero e -2,5 mm. Foi identificado o aumento da resistência mecânica das juntas com o aumento da temperatura de pré-aquecimento. Quando a temperatura de pré-aquecimento foi de 450 °C houve o aumento de aproximadamente 111% da resistência mecânica quando comparado ao processo sem pré-aquecimento. Foi verificado também a redução dos esforços de soldagem e do desgaste da ferramenta com o aumento da temperatura de pré-aquecimento.

Caracterização do Fluxo de Material Após a Soldagem Dissimilar do Aço SAE 1020 à Liga de Alumínio 5052 H34 pelo Processo Hybrid Friction Stir Welding Assistido por Plasma

“…Atualmente, os principais estudos relacionados ao processo visam superar a barreira existente na soldagem de materiais com temperatura de fusão mais elevada, como ligas a base de cobre, ferro e níquel. Para isso, diversos autores já estudaram a aplicação de fontes externas de calor, com o intuito de reduzir o desgaste da ferramenta pelo atrito e reduzir os esforços de soldagem [2][3][4][5][6][7][8][9][10]. Cota e Bracarense [2] apresentam uma breve revisão de literatura, em que foram identificados os trabalhos em que foram utilizadas fontes externas de calor para a viabilização da soldagem de materiais com maior ponto de fusão.…”

“…Para isso, diversos autores já estudaram a aplicação de fontes externas de calor, com o intuito de reduzir o desgaste da ferramenta pelo atrito e reduzir os esforços de soldagem [2][3][4][5][6][7][8][9][10]. Cota e Bracarense [2] apresentam uma breve revisão de literatura, em que foram identificados os trabalhos em que foram utilizadas fontes externas de calor para a viabilização da soldagem de materiais com maior ponto de fusão. Os autores citam como as principais fontes para o processo Hybrid Friction Stir Welding: chama; plasma; laser; indução; eletricidade; gás aquecido.…”

“…As pesquisas realizadas por Fukumoto [14] indicam que a resistência da junta é maior quando a ferramenta é parcialmente inserida no lado do aço, entretanto, são verificados efeitos indesejáveis como desgaste excessivo e até a quebra da ferramenta [11]. Sendo assim, uma das vantagens em se utilizar o pré-aquecimento da junta é a possibilidade de coalescer o material e reduzir sua resistência mecânica, viabilizando assim a utilização de ferramentas fabricadas em aço, além de tornar a mistura mais eficiente por meio da introdução da ferramenta diretamente na interface de soldagem (Offset igual a zero) [2]. Cota e Bracarense [2] verificaram que a utilização do pino inserido diretamente na interface de soldagem (offset igual a zero) proporciona maior resistência mecânica.…”

“…Sendo assim, uma das vantagens em se utilizar o pré-aquecimento da junta é a possibilidade de coalescer o material e reduzir sua resistência mecânica, viabilizando assim a utilização de ferramentas fabricadas em aço, além de tornar a mistura mais eficiente por meio da introdução da ferramenta diretamente na interface de soldagem (Offset igual a zero) [2]. Cota e Bracarense [2] verificaram que a utilização do pino inserido diretamente na interface de soldagem (offset igual a zero) proporciona maior resistência mecânica. Além disso, o pré-aquecimento favoreceu a inserção da ferramenta na interface de soldagem.…”

“…Este estudo é a continuidade dos trabalhos iniciados por Cota e Bracarense [2], e teve como objetivo caracterizar o fluxo de material após a soldagem dissimilar do aço carbono ao alumínio pelo processo Hybrid Friction Stir Welding assistido por plasma. Para isso, foram usados o aço carbono SAE 1020 e a liga de alumínio 5052 H34 com 3 mm de espessura, que foram unidos por meio de um cabeçote desenvolvido especialmente para essa aplicação e adaptado a um robô antropomórfico COMAU NJ5000 de 6 graus de liberdade.…”