terça-feira, 26 de agosto de 2014

Conhecendo o Alumínio e Suas Ligas, para Soldá-lo.

A soldagem do alumínio e suas ligas apresenta algumas peculiaridades em relação à soldagem dos aços, entretanto, é uma prática já consideravelmente dominada. A principal dificuldade associada à soldagem do alumínio e suas ligas esta relacionada à presença de uma fina camada de óxido refratário que se forma na superfície do metal e que lhe confere resistência à corrosão. A alta condutibilidade térmica e elétrica do alumínio, bem como o seu alto coeficiente de expansão linear, também influenciam significativamente nos requisitos de soldagem.
Neste post abordarei os requisitos e cuidados que devem ser considerados, durante a soldagem de alumínio e suas principais ligas comerciais nos processo de soldagem GTAW (TIG).
O alumínio e suas ligas não são magnéticos (tenha sempre em sua oficina um imã, para testar antes da soldagem se o material é magnético ou não) e possuem características antifagulhantes,  ou seja, se atritado com outro metal ou em uma superfície abrasiva (lixamento, por exemplo) não gera fagulhas.
Em seu estado puro, o alumínio possui alta flexibilidade e ponto de fusão de 660º C. Apesar de o ponto de fusão do alumínio e suas ligas ser relativamente baixo, a quantidade de calor necessária para fundi-los é igual, ou muitas vezes superior, àquela exigida para fundir o aço durante a soldagem. A elevada condutividade térmica provoca um alto escoamento do calor ao longo do material, dificultando o aumento da temperatura no local da soldagem. Por essa razão, em processos de soldagem por fusão, (TIG e MIG) por exemplo, é necessário um grande aporte de calor para que a fusão seja obtida.
O alumínio e suas ligas tem uma reação química com o oxigênio do ar atmosférico, que resulta na formação de óxidos do tipo Al2O3na superfície do metal, quando esta é exposta a meios oxidantes. A camada de óxido que se forma na superfície é muito fina, tenaz e refratária. A alta tenacidade dessa camada dificulta sua ruptura pela ação das tensões superficiais geradas durante sua própria formação. A camada produzida é contínua e impermeável, o que torna o alumínio passivo em meios oxidantes, ou seja, a camada de óxido age como uma barreira ao meio, interrompendo o processo corrosivo. Mesmo quando danificada ou removida a proteção é ainda bastante efetiva, pois a camada possui alto poder de regeneração, se recompondo rapidamente.
A camada, que é uma proteção contra a corrosão, é também uma barreira a ser vencida durante a soldagem, devido ao seu alto ponto de fusão. Enquanto o alumínio se funde a 660ºC, a camada de óxido só se funde quando a temperatura ultrapassa os 2.000ºC. Portanto, é importante estabelecer um mecanismo para retirada desse filme de óxido e, ao mesmo tempo, criar uma atmosfera que impeça a sua regeneração durante a operação de soldagem. Na soldagem ao arco elétrico com proteção gasosa (MIG e TIG), o próprio arco elétrico pode atuar no sentido de remover a camada de óxido (no caso da soldagem TIG é a metade da polaridade positiva (+) da corrente alternada, que remove o filme refratário), enquanto que a atmosfera de gás inerte impede a penetração do oxigênio e, consequentemente, a formação de óxidos para promover a regeneração da camada.
Vamos conhecer um pouco do alumínio e suas ligas.
Classificação e designação
As ligas de alumínio são encontradas em duas condições básicas: fundidas e trabalhadas. Independentemente do processo de fabricação, as ligas são basicamente designadas em função do principal elemento de liga presente. Os materiais trabalhados podem ser encontrados na forma de laminados planos, extrudados e forjados, enquanto que as ligas fundidas, na forma de lingotes ou peças acabadas.
O sistema de designação, apresentado pela Aluminum Association (AA), classifica as ligas de alumínio de acordo com os critérios apresentados a seguir e resumidos na tabela 1: 
  • Os materiais trabalhados são indicados por quatro dígitos: o primeiro classifica a liga pela série, segundo o principal elemento adicionado; o segundo dígito, se diferente de zero, indica modificação na liga básica; e o terceiro e quarto dígitos, para o alumínio comercial (série 1000), indicam o teor mínimo desse metal e, para as ligas, identificam composição específica.
  • Os materiais fundidos são designados com três dígitos, um ponto(.) e um quarto digito: o primeiro dígito indica a liga pela série, segundo o principal elemento adicionado; o segundo e terceiro dígitos caracterizam as ligas de composição especifica; e o quarto, que segue o ponto, indica, se for zero, peça fundida e, se for um, o material na forma de lingote; a colocação posterior de uma letra maiúscula (A, B...) assinala a modificação da liga básica.
  • Tabela 1 - Sistema de Classificação das ligas de alumínio em função dos principais elementos de adição.
 ALUMÍNIO E LIGAS TRABALHADAS
 Designação de série Indicação de composição
 1XXX Mínimo de 99% de alumínio
 2XXX Cobre
 3XXXManganês
 4XXXSilício
 5XXXMagnésio
 6XXXMagnésio e Silício
 7XXXZinco
 8XXXOutros elementos
 9XXXSérie não utlizada
 ALUMÍNIO E SUAS LIGAS FUNDIDAS
 Designação de série Indicação de composição
 1XX.XMínimo de 99% de alumínio
 2XX.XCobre
 3XX.XManganês
 4XX.XSilício
 5XX.XMagnésio
 6XX.XMagnésio e silício
 7XX.XZinco
 8XX.XOutros elementos
 9XX.XSérie não utilizada
Algumas ligas são endurecidas por tratamento térmico. O endurecimento é obtido pela fina precipitação de partículas a temperatura ambiente (envelhecimento natural) ou através de um aquecimento a temperatura não muito elevada (envelhecimento artificial).
As ligas que são suscetíveis ao endurecimento por tratamentos térmicos são aquelas que contêm cobre (série 2XXX), zinco (série 7XXX) e a combinação magnésio/silício (série 6XXX), sendo designadas como tratáveis termicamente. as ligas que não são tratáveis termicamente só podem ser endurecidas por um tratamento mecânico (deformação plástica). Como os tratamentos termomecânicos são muito importantes na determinação das propriedades finais do material, existe um sistema complementar indicando a condição de têmpera, isto é, o grau de endurecimento do material obtido por tratamento mecânico e/ou térmico. O sistema de designação é alfanumérico e posicionado após a designação referente à composição química (por exemplo: 2024 T4). As letras usadas são F, O, H, W e T, que representam as seguintes condições:
  • F - como fabricado: aplica-se aos produtos trabalhados que não tiveram controles especiais relacionados com tratamentos térmicos e/ou mecânicos.
  • O - recozido: utilizada para os produtos trabalhados que foram recristalizados e encontram-se na condição de menor dureza.
  • – encruado aplicada aos produtos trabalhados endurecidos por tratamento mecânico (deformação plástica) com ou sem tratamento térmico posterior para controle do grau de endurecimento. Essa letra é seguida de até três dígitos para indicar a condição específica de tratamento. O primeiro dígito indica a combinação específica de operações básicas, o segundo dígito indica a condição final de endurecimento, enquanto que o terceiro dígito designa variantes específicas (tabela 2).
  • W - solubilizado: corresponde a um tratamento térmico no qual ocorre completa solubilização das partículas e precipitados pelo aquecimento acima da temperatura de solubilização. Em seguida realiza-se um resfriamento brusco para manter, a temperatura ambiente, uma solução sólida supersaturada. Essa condição é indicada apenas para as ligas suscetíveis ao envelhecimento natural.
  • – tratado termicamente: aplicada aos produtos para obter uma situação estável da microestrutura (além da condição O ou F) e pode ser ou não seguida de tratamento mecânico; a letra recebe um ou mais dígitos conforme indicado na tabela 2.
Tabela 2 – Sistema de Classificação das ligas de alumínio em função do tratamento termomecânico
 Subdivisão para a têmpera H
 H1 - encruado somente
 H2 - encruado e parcialmente recozido
 H3 - encruado e estabilizado
HX2 - 1/4 duro HX4 - 1/2 duro HX8 - duro HX9 - extra duro
 Subdivisão para a têm T
 T1 - trabalho a quente + envelhecimento natural
 T2 - trabalho a quente + encruamento + envelhecimento natural
 T3 - solubilização + encruamento + envelhecimento natural
 T4 - solubilização + envelhecimento natural
 T5 - trabalho a quente + envelhecimento artificial
 T6 - solubilização + envelhecimento artificial
 T7 - solubilização + estabilização (superenvelhecimento)
 T8 - solubilização + encruamento + envelhecimento artificial
 T9 - solubilização + envelhecimento artificial + encruamento
 T10 - trabalho a quente + encruamento + envelhecimento artificial
 TX51 - alívio de tensões por deformação
 TX52 - alívio de tensões por compressão
 TX53 - alívio de tensões por tratamento térmico
O alumínio e suas ligas, também como outros metais, não conseguimos saber qual é o seu tipo de liga, somente olhando para o metal. Na tabela nº 3 abaixo, de acordo com o equipamento a possivel liga de alumínio utilizada.
AREA DE ATUAÇÃO
APLICAÇÕES
 INDUSTRIA AUTOMOTIVA
  • trocadores de calor, rodas, eixos (ligas 6061),
  • eixos de comando (liga 6061 forjada ou extrudada por impacto),
  • motores (ligas A356, A380, A319),
  • componentes de pára-choques, batentes e suportes (ligas 5052, 6009, 7021, 7004, 7021, 7029 para barras de face, ligas 6009, 6061, 7003, 7004, 7021, 7029 para reforços, e ligas 6009, 7021 para suportes),
  • acentos de eixos (ligas 2036 e 6010 para revestimento, ligas 6010, 7003, 7004, 7129 para pistas de rolamento),
  • piso de cargas (ligas 2036, 5182, 5754, 6009),
  • chassis e componentes estruturais (ligas 6009, 6061, 6063,      6082, 6005, 7005),
  • carroçaria (ligas 2036, 3004, 5052, 5182, 5754, 6009, 6010,    6022, 6111, 2008, 2010),
  • defletores de ar (liga 6463),
  • pistões,
  • cabeçotes (ligas A356, A380, A319)
  • molas (ligas 5454, 6061, A356.0)
  • elementos de suspensão (6061 forjado)
 INDÚSTRIA AEROESPACIAL
  • estruturas (ligas 2219, 2014, 2024, 7075, 2090),
  • mísseis (liga A357),
  • turbinas (liga 711.0),
  • equipamentos aeroespaciais (ligas 6061, 6013),
  • aeronaves (liga 355.0)
 INDÚSTRIA NAVAL
  • estruturas (ligas 6061, 5086, 5083),
  • equipamentos sujeitos a atmosfera marítima (ligas 518.0, 535.0)
  • revestimentos (ligas 5052, 5086, 6061, 5083),
  • unidades de dessalinização (ligas 5454, 5052),
  • tubos para parapeito (ligas 6061, 6063)
INDÚSTRIA BÉLICA
  • mísseis (ligas 2014, 2219),
  • placas de blindagem (ligas 5083, 7039, 2519),
  • pontes militares (liga 7039).
 INDÚSTRIAS DIVERSAS
  • bicicletas (ligas 6061, 6013, 7005, 7046, 5086),
  • bastões de baseball (ligas 7046, 7050),
  • trenós (liga 1100).
 INDÚSTRIA DE TRANSPORTES
  • tanques para transporte de produtos químicos (liga 5254),
  • linhas de vapor (liga 5454).
 CONTAINERS
  • vasos de pressão (liga 5456),
  • estrutura dos tanques (liga 5086),
  • tanques criogênicos e navais (liga 5083),
  • chapas (ligas 6061, 5454, 5086, 5052).
 Neste vídeo meu abaixo eu mostro alguns detalhes sobre como compreender o alumínio e suas ligas, é fundamental conhece-las para você saber  como soldá-los.

 
 
 

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