Análise comparativa de soldaduras em estado sólido e por fusão

Palavras-chave: Friction Stir Welding,TIG,Aço Galvanizado,Aço Macio,Friction stir welding,TIG,Mild steel,Galvanized steel

Nesta tese é realizada uma análise comparativa de soldaduras em juntas topo-a-topo em chapas de 1mm de espessura, em estado sólido, produzidas pelo processo Friction Stir Welding (FSW), e por fusão, produzidas pelo processo Tungsten Inert Gas (TIG). Os materiais base são três aços de baixo teor em carbono. Um aço macio tradicionalmente utilizado na indústria automóvel, o aço DC01, e dois aços galvanizados, tradicionalmente utilizados em construção metálica, o aço DX51 D+Z e o aço DX51D. As soldaduras TIG foram realizadas no aço DC01, utilizando corrente contínua e corrente pulsada. As soldaduras por FSW foram realizadas em ambos os metais base. Para os aços galvanizados foram testadas duas ferramentas com pinos de geometria cónica de diferentes dimensões. A análise comparativa assentou na realização de inspeção visual e de testes de caracterização mecânica e microestrutural. Para a caracterização microestrutural foram preparadas amostras da secção transversal de todas as soldaduras para observação por microscopia ótica. A caracterização mecânica incluiu a realização de ensaios de dureza e de tração uniaxial. De modo a avaliar a resistência local, em tração, das diferentes zonas das soldaduras, a aquisição da deformação foi realizada recorrendo a técnicas de Correlação Digital de Imagem (DIC). A inspeção visual revelou que todas as soldaduras estavam isentas de descontinuidades macroscópicas visíveis, ou seja, isentas de fendas, cavidades ou poros. Apesar disso, as soldaduras por fusão apresentaram deformações importantes junto ao cordão de soldadura, as quais podem ser classificadas como um fator de não-conformidade com vista à aplicação industrial das mesmas. Ao contrário do registado para as soldaduras TIG, as soldaduras em estado sólido não apresentaram deformações importantes. Este resultado está sem dúvida associado à menor quantidade de calor adicionado, durante a soldadura por FSW, e ainda, à utilização de mecanismos de fixação rígidos para o constrangimento dos metais base durante a operação de soldadura. Finalmente, é ainda importante referir que enquanto as soldaduras por fusão apresentavam um aumento de espessura significativo no cordão de soldadura, em resultado da utilização de metal de adição, as soldaduras por FSW apresentavam apenas uma ligeira diminuição de espessura em relação ao metal base adjacente. Importantes diferenças entre as soldaduras por fusão e em estado sólido foram também registadas aquando da caracterização microestrutural. Com efeito, enquanto as soldaduras por fusão apresentavam uma estrutura de grão grosseiro, característico das estruturas de solidificação, e Zonas Termicamente Afetadas (ZTA) extensas, independentemente do tipo de corrente de soldadura utilizada, as soldaduras em estado sólido apresentavam uma estrutura de grão refinado, característico de estruturas recristalizadas, e ZTAs menos extensas do que as registadas nas soldaduras por fusão. Nas soldaduras em estado sólido, com os aços galvanizados, foi ainda registada a presença de alguma heterogeneidade microestrutural, na região do nugget, cuja origem não foi possível clarificar com recurso às técnicas de análise utilizadas no âmbito da tese. Finalmente, os ensaios de dureza revelaram um importante aumento de resistência, nas soldaduras, em relação aos metais base, independentemente do procedimento de soldadura adotado. Em resultado deste aumento de resistência na região da soldadura, a eficiência mecânica em tração, de todas as ligações, foi de 100%, isto é, todas as ligações sofreram rotura no metal base para valores de deformação nulos na região da soldadura. Este tipo de comportamento foi registado tanto para as soldaduras por fusão, que apresentavam um importante aumento de espessura na zona fundida (ZF), como para as soldaduras em estado sólido, que apresentavam uma ligeira diminuição de espessura na zona termo-mecanicamente afetada (ZTMA).

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias