Friction stir welding de juntas T em ligas de alumínio dissimilares para aplicações navais

Palavras-chave: Friction stir welding,Ligas de alumínio,Juntas T,Microestrutura,Propriedades mecânicas,Friction Stir Welding,Aluminum alloys,T-joints,Microstructure,Mechanical properties

O processo Friction Stir Welding (FSW) é um processo de soldadura no estado sólido, desenvolvido pelo The Welding Institute, reino Unido, na década de 90 do século passado. O processo foi desenvolvido para a soldadura de ligas de alumínio similares, mas, posteriormente verificou-se que podia ser usado em juntas em ligas dissimilares em alumínio, ou mesmo noutros metais. Embora o processo já esteja muito estudado, há aspetos que não estão esclarecidos, como, por exemplo, a influência da geometria da junta ou das propriedades dos respetivos materiais na qualidade das soldaduras, principalmente em juntas dissimilares. O objetivo desta tese é analisar a soldabilidade de juntas T dissimilares e tridissimilares de ligas de alumínio distintas (AA2017-T4, AA 5083-H111 e AA6082-T6) por FSW. Nas soldaduras dissimilares são consideradas duas preparações de junta, T-Lap e T-Butt, e duas ferramentas com pino de geometria variável, uma com ponta piramidal e outra cónica roscada. Além disso as ligas AA5083-H111 e AA6082-T6, alternam como skin ou como stinger. Nas soldaduras tridissimilares considera-se apenas a junta T-Butt e a ferramenta de ponta cónica roscada. Aqui as ligas AA5083-H111 e AA2017-T4 alternam de posição no skin, entre o lado do avanço e o do recuo. Para todos os casos, estuda-se especificamente a influência da geometria da junta e da ferramenta, dos principais parâmetros do processo e da posição das ligas na junta na morfologia, microestrutura e comportamento mecânico de soldaduras produzidas. É também analisada a influência da geometria da ferramenta e da posição das ligas na força e binário desenvolvidos nas soldaduras. No caso de juntas dissimilares verificou-se que é possível obter soldaduras sem defeitos com qualquer das ferramentas e das preparações de junta utilizadas. As soldaduras em juntas T-butt têm a vantagem de não requer maquinagem posterior. As soldaduras em que a liga AA5083 é localizada no skin requerem velocidade de rotação da ferramenta baixa, mas o rácio entre a velocidade de rotação e a de avanço da ferramenta deve ser elevado para evitar defeitos. Os parâmetros de soldadura influenciam a qualidade das soldaduras, verificando-se a formação de defeitos em soldaduras realizadas com velocidade de avanço elevada. As juntas com a liga 5083-H111 como skin apresentam melhor comportamento à fadiga do que as que usam a liga 6082-T6 nessa posição. O aumento da velocidade de soldadura aumenta a resistência mecânica e o comportamento à fadiga das soldaduras. No caso de juntas tridissimilares verificou-se que é possível produzir soldaduras sem defeitos, independentemente da liga (5083-H111 ou 2017-T4) que se situa do lado do avanço ou recuo. Contudo, a posição das ligas influencia muito a morfologia do nugget. O aumento da velocidade de soldadura aumenta a probabilidade de formação de defeitos no nugget. O posicionamento da liga mais resistente (AA2017-T4) no lado de avanço proporciona soldaduras com melhores propriedades mecânicas e melhor resistência à fadiga. No estudo do comportamento dos binários em soldaduras dissimilares e tridissimilar em junta T, observou-se que, a velocidade de soldadura, a geometria da ferramenta e a posição dos materiais influenciam os valores médios dos binários e das temperaturas máximas alcançadas na soldadura. Finalmente, as ferramentas com pinos progressivos geram ciclos térmicos com temperaturas máximas mais elevadas em comparação com as ferramentas de pino simples.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias