Soldagem de Materiais de Alumínio

Comparando com o ferro, o alumínio tem as seguintes características referentes à soldagem:

• O alumínio tem uma elevada afinidade com o oxigênio, levando à formação de mais ou menos camadas de óxidos ou inclusões fortemente desenvolvidos, respectivamente.
• Tem uma elevada condutividade térmica e alongamento térmico, mostra retração de alta tensão e tem intervalo de fusão grande, dependendo da liga.
• Além disso, tem uma solubilidade alta de hidrogênio na fase líquida que diminui rapidamente durante a solidificação.

O processo de soldagem inclui as seguintes influências sobre o material:

• Por meio de fusão pode ser ligado através de um metal de adição ou queima de elementos de liga definidos, respectivamente.
• O aporte de calor durante a soldagem conduz a uma espécie de solução de tratamento térmico, recristalização, envelhecimento, ou recozimento de recuperação, dependendo do material e da quantidade de calor, ou seja, a distância com a zona de fusão. O enfraquecimento do material é uma consequência disto.

Devido ao ponto de vista metalúrgico os seguintes requisitos devem ser colocados sobre a formação de uma junta soldada:

• O Material deve ser apropriado para a soldagem, ou seja, não deve tender a trincas. Além disso, uma resistência necessária deve ser obtida, uma capacidade de deformação necessária deve ser garantida e um grau suficiente de resistência a corrosão deve ser dada, assim como um possível efeito de coloração durante a anodização, o material base deve ser adequado. Além disso, poros ou inclusões podem ocorrer de forma limitada dependendo apenas das exigências colocadas.

Soldabilidade A soldabilidade de ligas de alumínio é definida em relação a resistência à trinca da solda. Distingue-se entre dois tipos de trincas, dependendo do mecanismo responsável pelo trincamento e local da trinca, ou seja, a solidificação e ligação da trinca. Os primeiros devem ocorrer dentro da zona de fusão e é dependente da característica de solidificação, ou seja, a composição química do material.

Mistura eutética suficiente, sem intervalo de temperatura crítica, sem tendência a trincas, porque cristais de alumínio estão soltos na mistura eutética, mas com o risco de formação de grãos no limite de contração.          

Fig.1: Os diferentes tipos de solidificação de ligas de alumínio.

Fig.2: Sensibilidade relativa a trincas versus composição de solda para vários sistemas binários de alumínio.

A trinca de fusão ocorre predominantemente na zona afetada pelo calor (ZAC) e é causada pela fusão ou liquação de fases eutética ou componentes de pontos de fusão baixo (pontos de fusão abaixo do ponto de fusão de materiais a granel), com ocorrência simultânea de escoamento.

Os parâmetros que influenciam metalurgicamente são entre outros, a composição e a microestrutura do material base. A sensibilidade a trinca relativa de um material é influenciada pelo metal de adição. A sensibilidade de trincamento pode ser reduzida por meio de combinações adequadas do metal base e os metais de adição.

Resistência

O amolecimento do material em materiais não tratáveis ao calor e deformados a frio, ocorre por meio da entrada de calor durante a soldagem por recristalização e recuperação. Além disso, um grão grosso pode ser formado.

Assim, a têmpera-0 é o estado a ser menos influenciado pela soldagem.

Ligas tratáveis com calor em sua maioria perdem a sua resistência, pela crescente ou dissolução de precipitações de fase. Para a extensão da perda de resistência, além disso, a sensibilidade de têmpera do material é de grande importância. Depois a velocidade de resfriamento na soldagem é necessária, para criar condições suficientes de envelhecimento com a maioria dos materiais não pode ser obtido, de modo que a resistência do material base não influenciou, não podendo ser adquirido mais.

Em relação à sensibilidade de têmpera de ligas do tipo AlZnMg são uma exceção. Estas ligas distinguem-se por uma sensibilidade de têmpera baixa, ou seja, a resistência obtida após o envelhecimento é um pouco influenciada pela velocidade de resfriamento. Por exemplo, os mesmos valores para a o teste de tensão de 0,2% são obtidos com a liga PT EW-7020 com o resfriamento ao ar após o resfriamento com água. Isso significa que após a soldagem de um material de resfriamento ao ar é o suficiente para obter depois, por exemplo natural de envelhecimento, os valores de resistência obtidos desta têmpera. Estes tipos de ligas são chamados de auto envelhecimento.

Tratamentos térmicos pós-soldagem para a obtenção da concentração fina pode ser realizado no componente em si, principalmente. Isso significa que o material pode ser processado naturalmente no envelhecimento e depois pode ser envelhecida artificialmente ou solubilizados novamente. Isso, no entanto exige, por um lado equipamentos adequados, e por outro lado pode ser visto que o envelhecimento da parte eventualmente necessárias, após o tratamento térmico, leva à solução de determinados problemas de modo que há limites na prática.

Como a soldabilidade, também a resistência da solda é influenciada pelo metal de adição. Aqui, sensibilidade a trincas e resistência geralmente são contrários uns aos outros.

Resistência à Corrosão

Com juntas de solda em alumínio puro e ligas de alumínio não tratáveis com calor a resistência à corrosão é apenas reduzida. Em materiais que contenham uma maior quantidade de Mg (>3,5%Mg), que está a ser observado, no entanto, que nenhuma mudança estrutural reduz a resistência à corrosão aparecem devido ao aporte de calor durante a soldagem. Assim, no intervalo de temperatura de 100-230º precipitações anódicas (fase β) podem ser formados nos contornos de grãos, que impedem a resistência a corrosão sob tensão e corrosão intergranular. Devido ao fato de que relativamente longos períodos de recozimento na escala de temperatura crítica são necessárias, as mudanças deste tipo não devem ocorrer por processos de soldagem normalmente aplicados.

Com o calor muitas ligas de alumínio tratáveis, a maior resistência contra a corrosão sob tensão é obtida pelo envelhecimento artificial ou mesmo sobre o envelhecimento. Portanto, a resistência à corrosão nas zonas afetadas pelo calor dessas ligas é afetada pelo aporte térmico durante a soldagem.

A deterioração da resistência à corrosão pode ainda ser dada por uma diferença de potencial entre a base e do material de enchimento. Por exemplo, com 7000 materiais de uma correspondente ZAC influenciada reage como um ânodo para o material de base, bem como a um material de adição de 5000. A consequência é uma elevação do ataque corrosivo local.

Porosidade no cordão de solda

A causa dos poros pode ser o comportamento de solidificação do material de alumínio soldado ou, o que é principalmente o caso, eles são formados por gases.

Poros metalúrgicos ocorrem predominantemente em alumínio puro, onde a transição líquido-sólido é tão rápida que cavidades formadas durante a contração de solidificação não podem ser preenchidas novamente por escoamento plástico posterior líquido-metal.

Em ligas com um intervalo de solidificação este fenômeno também pode ocorrer, se o fluxo de derretimento é residual por braços dendríticos.

Inclusões gasosas são geradas por gases que, antes da solidificação da fusão não podem escapar mais. Esses gases podem, por exemplo, ser originados a partir do gás de proteção ou a partir do ar e ser girados em certo movimento no banho.

A principal causa de poros gasosos no alumínio é, no entanto, o hidrogênio dissolvido na poça de fusão. Devido à alta afinidade do metal com o oxigênio da água existente é reduzida e o hidrogênio é dissolvido na poça de fusão. Devido ao fato que a solubilidade do hidrogênio diminui com a temperatura durante a solidificação, é consideravelmente reduzido e os poros gerados são distribuídos uniformemente.

Portanto, o material de base e o metal de adição não devem introduzir hidrogênio e o gás de proteção deve ser muito puro. Além disso, óleo ou gordura e a película de óxido devem ser removidas antes da soldagem, assim como a umidade deve ser mantida longe.

Fig.8: Fontes de hidrogênio durante a soldagem MIG (de acordo com a sua)

Além disso, os canais de poros mais ou menos definidos (wormholes) pela redução do material durante a solidificação no final de um cordão pode ser formada (cratera final). Se eles não estão localizados muito profundo que podem ser completamente removidos por refusão do final do cordão. A fim de evitar canais com poros profundos equipamentos de soldagem com “programa de preenchimento de cratera” estão disponíveis.

Comportamento da anodização

As diferenças de tamanho de grão e segregações dos elementos de liga, ambos podem levar a desvios na cor durante a anodização. Devido ao fato de que o material é influenciado tanto pelo metal de adição e aporte de calor durante o processo de soldagem, devem ser tomadas medidas adequadas de precaução, se exige uma boa aparência na junta de solda produzida.

Assim, com ligas do tipo AlMgSi excessivas precipitações de Mg₂Si na ZAC devem ser evitados através de um aporte de calor adequado e o metal de adição S-AlSi5 deve ser substituído por eletrodos que contenham Mg. Além disso, o conteúdo da liga e traços de elementos no metal de adição deve ser tão baixo quanto possível.

O efeito protetor da camada de anodização não se prejudica pelas diferenças de cor.

Resumo

Na tabela a seguir é dado para matérias EN AW-5083 (EN AW-AlMg4,5Mn0.7) e EN-AW-6082

(EN AW-AlAi1MgMn) para selecionar o material de adição dependendo das propriedades requeridas na junta de solda.

Tabela 1: Resumo para seleção de metais de adição

Além disso, uma atribuição recomendada de metas de base e de adição para soldagem por fusão de ligas preparadas pode ser retirado da tabela a seguir. Tabela 2: Especificação de metal base e de adição para soldagem por fusão de ligas de alumínio forjado.

Regras gerais:

Metais de adição de alta liga na maioria dos casos podes ser soldado com baixa sensibilidade a trincas. Se um dos matérias soldados é uma liga com Mg, o metal de adição deve ser escolhido de acordo.

Informação: O metal de adição S-AlSi5 mais favorável para ligas AlMgSi em relação a soldabilidade, resulta em uma solda de baixa resistência do que S-AlMg e cria alta concentração de ozônio.

Preparação da solda

Para a preparação da solda de MIG e TIG o perfil da junta prevista na norma DIN 8552, parte 1 é válida. Para soldagem de topo, em uma camada é recomendado chanfrar as bordas da chapa nos lados da raiz. Assim, é possível uma melhor formação da raiz.

As bordas da solda e as áreas vizinhas devem ser livres de gordura, bem como seca (ver também a porosidade da solda). Além disso, depois do desengordura mento a camada de óxido deve ser removida antes da solda, usando por exemplo uma escova para materiais “brancos”. É verdade que logo em seguida uma camada de óxido novo é formada; no entanto nessa camada, é relativamente fina e tem uma espessura uniforme.

Pré-aquecimento

O pré-aquecimento é necessário, se não houver penetração suficiente, pode ser obtido devido à alta condutividade térmica do alumínio. Deve-se observar se as camadas de óxido nas bordas da solda não ficarão muito grossas devido a tempos longos de pré-aquecimento ou de excesso de O₂ no gás de aquecimento. Além disso, a influência da temperatura de pré-aquecimento e tempo as propriedades do material devem ser observadas, em especial com as ligas tratáveis com calor e materiais deformados a frio, bem como matérias que contenha maiores quantidades de Mg.Tabela 3:Valores normalizados para a temperatura de pré-aquecimento e o tempo de pré-aquecimento para soldagem de ligas de alumínio forjado.

Gases de proteção

Para o alumínio o gás argônio puro e misturas de argônio/hélio provam ser bons. Com o hélio a força do arco e, portanto, a penetração e a eficiência de deposição são maiores na mesma corrente. Com um arco de argônio, essencialmente, o resultado é um arco mais estável.

Usando adição de hélio no gás de proteção também deve ser observado que, devido à menor densidade de He o volume de gás é 2,5 a 3 vezes maior é necessário a fim de obter o mesmo efeito de blindagem como com Ar.

O efeito da adição de oxigênio ao gás de proteção inerte é controverso, isto é, há tanto declarações positivas como negativas. Afirma-se que a adição de oxigênio melhora consideravelmente a penetração, mas dependendo do teor de O₂ um aumento de precipitado de Mg pode ocorrer e os depósitos negros posem ser formados na superfície do cordão de solda.

Tabela 4:Influência do aumento de concentração de hélio no gás de proteção argônio

Especificação/Instrução   – Metal de adição DIN 1732 Parte 1

Folhas:                             – Preparação da solda DIN 8552 Parte 1

                                         – Soldagem MIG de Al: Folhas de instrução DVS 0913 e DVS 0933

Tabela 6: Comparação especificação DIN EN – especificação DIN antiga

*) A composição não é idêntica com DIN EN

Esse texto foi traduzido por alunos da fatec-sp
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