Processamento por Fricção Linear: uma técnica de melhoria da resistência à fadiga de juntas soldadas

Palavras-chave: Resistência à fadiga,Soldadura MIG,Processamento por Fricção Linear,Ligas de alumínio,Soldadura por Fricção Linear,Fatigue strength,Metal inert gas Welding,Friction Stir Processing,Aluminium Alloys,Friction Stir Welding

Elementos ou estruturas soldadas são muito comuns em equipamentos mecânicos, sendo estes bastante suscetíveis a falhas por fadiga dado a presença do acidente geométrico (cordão de soldadura) e de defeitos de soldadura muito comuns sobre tudo em soldaduras de ligas de alumínio que por sua vez são bastante utilizadas na industria em geral, pelo que se torna um objeto de estudo importante encontrar formas e técnicas alternativas das tradicionais (refusão, shootpeening, laserpeening, entre outras) para melhorar a performance à fadiga de juntas soldadas nas ligas de alumínio. Sendo a técnica do processamento for fricção linear (PFL) uma tecnologia recente que já demostrou ser excelente para eliminar defeitos e promover modificações macro e microestruturais em matérias não soldados, foi então pensada a sua adaptação para este trabalho e ser aplicada em duas juntas diferentes (topo a topo e em T) soldadas por MIG/GMAW (processo tradicionalmente utilizado para soldar por fusão ligas de alumínio, em atmosfera de gás inerte) e em duas ligas de alumínio distintas (6082-T651 e 5083-H111). Assim, numa primeira fase, o objetivo principal passou pela análise da influência no comportamento mecânico à fadiga em juntas de liga de alumínio soldadas por MIG/GMAW pós-processadas pelo processamento por fricção linear. Passando este estudo não só pela realização de ensaios de fadiga e a sua análise, mas também por realizar análises complementares como análises metalográficas e morfológicas, análises de durezas, análises de resultados de ensaios estáticos (ensaios de tração), análises fractográficas e medição de tensões residuais. Tanto para as juntas topo a topo como em T soldadas por MIG/GMAW e posteriormente processadas utilizando o PFL registrou-se um incremento da resistência á fadiga de entre 30% a 55% para uma vida de 1000000 ciclos dependendo da razão de tensões (R=0 e R=-1), da junta e da liga de alumínio estudada o que compete perfeitamente com outras técnicas mais complexas como shotpeening, laserpeening, refusão, entre outros. A aplicação do PFL provocou a alteração geométrica que diminuiu a concentração de tensões, a introdução de uma camada fina de material refinado e a eliminação de defeitos deixados pela soldadura MIG/GMAW no pé do cordão de soldadura (zona crítica) o que permitiu aumentar o período de iniciação e de nucleação de fendas por fadiga, sendo o incremento mais influenciado pela introdução de uma camada fina de material refinado e a eliminação de defeitos da soldadura MIG/GMAW. Numa segunda fase surgiu a questão de perceber se seria mais vantajoso utilizar o processo MIG/GMAW para soldar as juntas T e posteriormente processar as zonas críticas das soldaduras conseguidas ou aplicar diretamente a soldadura por fricção linear em juntas T. Assim conseguir um termo comparativo, mas também dar um contributo para o desenvolvimento de soldaduras em T por SFL dado a dificuldade em realizar estas soldadura com raios de concordância bem definidos evitando diminuição de espessura e defeitos. Esta parte também passou por análises semelhantes à da primeira fase. Foram conseguidas soldaduras de junta T utilizando a SFL com raios bem definidos, sem defeitos e sem diminuição de espessura em ambas as ligas de alumínio que revelaram um comportamento à fadiga melhor do que as juntas T soldadas por MIG/GMAW, assim como as juntas T soldadas por SFL que apresentaram defeitos do tipo linha de óxidos tiveram uma performance à fadiga mais baixa. O comportamento à fadiga das soldaduras T soldadas por SFL mostraram estar ligeiramente a cima da performance à fadiga das juntas T soldadas por MIG/GMAW pelo que seria mais económico e simples aplicar a SFL diretamente nas juntas T do que soldas as juntas T por MIG/GMAW e posteriormente processá-las com o PFL.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias