Soldagem do Alumnio e Suas Ligas

A soldagem do alumnio e suas ligas apresenta algumas peculiaridades em relao soldagem dos aos, entretanto, uma prtica j consideravelmente dominada. A principal dificuldade associada soldagem do alumnio e suas ligas esta relacionada presena de uma fina camada de xido refratrio que se forma na superfcie do metal e que lhe confere resistncia corroso. A alta condutibilidade trmica e eltrica do alumnio, bem como o seu alto coeficiente de expanso linear, tambm influenciam significativamente nos requisitos de soldagem.O alumnio e suas ligas no so magnticos (tenha sempre em sua oficina um im, para testar antes da soldagem se o material magntico ou no) e possuem caractersticas antifagulhantes, ou seja, se atritado com outro metal ou em uma superfcie abrasiva (lixamento, por exemplo) no gera fagulhas.

Em seu estado puro, o alumnio possui alta flexibilidade e ponto de fuso de 660 C. Apesar de o ponto de fuso do alumnio e suas ligas ser relativamente baixo, a quantidade de calor necessria para fundi-los igual, ou muitas vezes superior, quela exigida para fundir o ao durante a soldagem. A elevada condutividade trmica provoca um alto escoamento do calor ao longo do material, dificultando o aumento da temperatura no local da soldagem. Por essa razo, em processos de soldagem por fuso, (TIG e MIG) por exemplo, necessrio um grande aporte de calor para que a fuso seja obtida.

O alumnio e suas ligas tem uma reao qumica com o oxignio do ar atmosfrico, que resulta na formao de xidos do tipo Al2O3 na superfcie do metal, quando esta exposta a meios oxidantes. A camada de xido que se forma na superfcie muito fina, tenaz e refratria. A alta tenacidade dessa camada dificulta sua ruptura pela ao das tenses superficiais geradas durante sua prpria formao. A camada produzida contnua e impermevel, o que torna o alumnio passivo em meios oxidantes, ou seja, a camada de xido age como uma barreira ao meio, interrompendo o processo corrosivo. Mesmo quando danificada ou removida, a proteo ainda bastante efetiva, pois a camada possui alto poder de regenerao, se recompondo muito rapidamente.A camada, que uma proteo contra a corroso, tambm uma barreira a ser vencida durante a soldagem, devido ao seu alto ponto de fuso. Enquanto o alumnio se funde a 660C, a camada de xido s se funde quando a temperatura ultrapassa os 2.000C. Portanto, importante estabelecer um mecanismo para retirada desse filme de xido e, ao mesmo tempo, criar uma atmosfera que impea a sua regenerao durante a operao de soldagem. Na soldagem ao arco eltrico com proteo gasosa (MIG e TIG), o prprio arco eltrico pode atuar no sentido de remover a camada de xido (no caso da soldagem TIG a metade da polaridade positiva (+) da corrente alternada, que remove o filme refratrio), enquanto que a atmosfera de gs inerte impede a penetrao do oxignio e, consequentemente, a formao de xidos para promover a regenerao da camada.

Classificao e Designao

As ligas de alumnio so encontradas em duas condies bsicas: fundidas e trabalhadas. Independentemente do processo de fabricao, as ligas so basicamente designadas em funo 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 peas acabadas.O sistema de designao, apresentado pela Aluminum Association (AA), classifica as ligas de alumnio de acordo com os critrios apresentados a seguir e resumidos na tabela 1:Os materiais trabalhados so indicados por quatro dgitos: o primeiro classifica a liga pela srie, segundo o principal elemento adicionado; o segundo dgito, se diferente de zero, indica modificao na liga bsica; e o terceiro e quarto dgitos, para o alumnio comercial (srie 1000), indicam o teor mnimo desse metal e, para as ligas, identificam composio especfica. Os materiais fundidos so designados com trs dgitos, um ponto(.) e um quarto digito: o primeiro dgito indica a liga pela srie, segundo o principal elemento adicionado; o segundo e terceiro dgitos caracterizam as ligas de composio especifica; e o quarto, que segue o ponto, indica, se for zero, pea fundida e, se for um, o material na forma de lingote; a colocao posterior de uma letra maiscula (A, B...) assinala a modificao da liga bsica.

Tabela 1 - Sistema de classificao das ligas de alumnio em funo dos principais elementos de adio.

ALUMNIO E LIGAS TRABALHADAS

Designao de srieIndicao de composio

1XXXMnimo de 99% de alumnio

2XXXCobre

3XXXMangans

4XXXSilcio

5XXXMagnsio

6XXXMagnsio e Silcio

7XXXZinco

8XXXOutros elementos

9XXXSrie no utlizada

ALUMNIO E SUAS LIGAS FUNDIDAS

Designao de srieIndicao de composio

1XX.XMnimo de 99% de alumnio

2XX.XCobre

3XX.XMangans

4XX.XSilcio

5XX.XMagnsio

6XX.XMagnsio e silcio

7XX.XZinco

8XX.XOutros elementos

9XX.XSrie no utilizada

Algumas ligas so endurecidas por tratamento trmico. O endurecimento obtido pela fina precipitao de partculas a temperatura ambiente (envelhecimento natural) ou atravs de um aquecimento a temperatura no muito elevada (envelhecimento artificial).

As ligas que so suscetveis ao endurecimento por tratamentos trmicos so aquelas que contm cobre (srie 2XXX), zinco (srie 7XXX) e a combinao magnsio/silcio (srie 6XXX), sendo designadas como tratveis termicamente. As ligas que no so tratveis termicamente s podem ser endurecidas por um tratamento mecnico (deformao plstica). Como os tratamentos termomecnicos so muito importantes na determinao das propriedades finais do material, existe um sistema complementar indicando a condio de tmpera, isto , o grau de endurecimento do material obtido por tratamento mecnico e/ou trmico. O sistema de designao alfanumrico e posicionado aps a designao referente composio qumica (por exemplo: 2024 T4). As letras usadas so F, O, H, W e T, que representam as seguintes condies:

F - como fabricado: aplica-se aos produtos trabalhados que no tiveram controles especiais relacionados com tratamentos trmicos e/ou mecnicos.O - recozido: utilizada para os produtos trabalhados que foram recristalizados e encontram-se na condio de menor dureza.H - encruado: aplicada aos produtos trabalhados endurecidos por tratamento mecnico (deformao plstica) com ou sem tratamento trmico posterior para controle do grau de endurecimento. Essa letra seguida de at trs dgitos para indicar a condio especfica de tratamento. O primeiro dgito indica a combinao especfica de operaes bsicas, o segundo dgito indica a condio final de endurecimento, enquanto que o terceiro dgito designa variantes especficas (tabela 2).W - solubilizado: corresponde a um tratamento trmico no qual ocorre completa solubilizao das partculas e precipitados pelo aquecimento acima da temperatura de solubilizao. Em seguida realiza-se um resfriamento brusco para manter, a temperatura ambiente, uma soluo slida supersaturada. Essa condio indicada apenas para as ligas suscetveis ao envelhecimento natural. T - tratado termicamente: aplicada aos produtos para obter uma situao estvel da microestrutura (alm da condio O ou F) e pode ser ou no seguida de tratamento mecnico; a letra T recebe um ou mais dgitos conforme indicado na tabela 2.

Tabela 2 - Sistema de classificao das ligas de alumnio em funo do tratamento termomecnico.

Subdiviso para a tmpera 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

Subdiviso para a tmpera T

T1 - trabalho a quente + envelhecimento natural

T2 - trabalho a quente + encruamento + envelhecimento natural

T3 - solubilizao + encruamento + envelhecimento natural

T4 - solubilizao + envelhecimento natural

T5 - trabalho a quente + envelhecimento artificial

T6 - solubilizao + envelhecimento artificial

T7 - solubilizao + estabilizao (superenvelhecimento)

T8 - solubilizao + encruamento + envelhecimento artificial

T9 - solubilizao + envelhecimento artificial + encruamento

T10 - trabalho a quente + encruamento + envelhecimento artificial

TX51 - alvio de tenses por deformao

TX52 - alvio de tenses por compresso

TX53 - alvio de tenses por tratamento trmico

O alumnio e suas ligas, tambm como outros metais, no conseguimos saber qual o seu tipo de liga, somente olhando para o metal. Na tabela n 3 abaixo, de acordo com o equipamento a possivel liga de alumnio utilizada.

Tabela 3 - Principais aplicaes das ligas de alumnio.

REA DE ATUAOAPLICAES

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 pra-choques, batentes e suportes (ligas 5052, 6009, 7021, 7004, 7021, 7029 para barras de face, ligas 6009, 6061, 7003, 7004, 7021, 7029 para reforos, 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),- carroaria (ligas 2036, 3004, 5052, 5182, 5754, 6009, 6010, 6022, 6111, 2008, 2010),- defletores de ar (liga 6463),- pistes,- cabeotes (ligas A356, A380, A319)- molas (ligas 5454, 6061, A356.0)- elementos de suspenso (6061 forjado)

INDSTRIA AEROESPACIAL- estruturas (ligas 2219, 2014, 2024, 7075, 2090), - msseis (liga A357),- turbinas (liga 711.0),- equipamentos aeroespaciais (ligas 6061, 6013),- aeronaves (liga 355.0).

INDSTRIA NAVAL- estruturas (ligas 6061, 5086, 5083), - equipamentos sujeitos a atmosfera martima (ligas 518.0, 535.0)- revestimentos (ligas 5052, 5086, 6061, 5083),- unidades de dessalinizao (ligas 5454, 5052),- tubos para parapeito (ligas 6061, 6063).

INDSTRIA BLICA- msseis (ligas 2014, 2219),- placas de blindagem (ligas 5083, 7039, 2519),- pontes militares (liga 7039).

INDSTRIAS DIVERSAS- bicicletas (ligas 6061, 6013, 7005, 7046, 5086), - bastes de baseball (ligas 7046, 7050),- trens (liga 1100).

INDSTRIA DE TRANSPORTES- tanques para transporte de produtos qumicos (liga 5254), - linhas de vapor (liga 5454).

CONTAINERS- vasos de presso (liga 5456)- estrutura dos tanques (liga 5086),- tanques criognicos e navais (liga 5083),- chapas (ligas 6061, 5454, 5086, 5052).

Soldagem das ligas de alumnio.

A maioria das ligas de alumnio compatvel com os processos tradicionais de unio (soldagem a arco com proteo gasosa, soldagem por resistncia eltrica e brasagem). A soldagem com eletrodos revestidos (SMAW), largamente empregada em aos, no muito comum na unio do alumnio e suas ligas.

Os processos a arco com proteo gasosa GMAW e GTAW (MIG e TIG respectivamente) so empregados com sucesso na grande maioria das ligas de alumnio fundidas ou trabalhadas, com exceo de algumas ligas Al-Cu que apresentam melhores caractersticas de unio quando soldadas por resistncia eltrica.

Preparao para a soldagem.

A obteno de bons resultados na soldagem do alumnio e suas ligas exige a adoo de certos cuidados especiais no armazenamento e manuseio dos materiais de base e de adio, na preparao da junta, na prpria operao de soldagem e na limpeza e acabamento da junta. A contaminao do material, em qualquer etapa do processamento, representar a gerao de descontinuidades, instabilidade no processo de soldagem e/ou baixo desempenho da junta soldada. Esses cuidados so comuns a todos os processos de soldagem aplicados ao alumnio e suas ligas, demandando apenas sua adequada adaptao, em funo das diferenas operacionais entre os processos de soldagem.

O primeiro ponto importante a ser tratado aps a especificao das ligas a serem utilizadas na soldagem (materiais de base e de adio) o armazenamento e manuseio desse material, de modo a evitar a sua contaminao. Prevenindo a contaminao durante o armazenamento e o manuseio, reduz-se o esforo e o custo associado descontaminao previamente soldagem.

A melhor recomendao para o trabalho com as ligas de alumnio consiste na designao de uma rea fsica especfica e exclusiva para esse material, com ferramentas e acessrios adequados. A limpeza nesse local deve ser um item de especial ateno, pois muitos contaminantes so oriundos do ambiente de fabricao industrial comum (leo, graxa, partculas de abrasivos, limalhas de ferro etc.). O ambiente para armazenamento deve ser coberto, seco e com temperatura uniforme para evitar a exposio e condensao de gua na superfcie do material.

O alumnio muito suscetvel formao de porosidade durante a soldagem. O maior responsvel por essa ocorrncia o hidrognio, normalmente introduzido na forma de hidrocarbonetos (leos e graxas) e umidade (gua). A condensao de gua na superfcie do material particularmente indesejvel, pois a gua acumulada entre as chapas produz uma fina camada de xido hidratado, que alm de ser uma fonte de hidrognio para formao de porosidade, uma barreira dieltrica que produz instabilidade no arco eltrico. Portanto, quando houver necessidade de armazenar chapas de ligas de alumnio por um longo perodo, sugere-se que elas sejam protegidas com uma cobertura impermevel.

Na preparao para soldagem, as etapas seguintes so as que envolvem o corte e a preparao do chanfro. As ligas de alumnio so cortadas e conformadas pelos processos tradicionalmente empregados para essas operaes, excluindo-se os processos oxi-combustveis, que no se aplicam devido ao ponto de fuso dessas ligas ser inferior temperatura de ignio da reao de oxidao. O corte mecnico uma alternativa muito utilizada devido boa qualidade da superfcie obtida, havendo a possibilidade, entretanto, de ocorrer deformaes, principalmente nas bordas, dependendo do mtodo de corte mecnico empregado. O corte plasma e o laser so alternativas que esto crescendo, face maior disponibilidade desses processos e sua alta flexibilidade para cortar geometrias complexas com grande preciso e de forma muito rpida.

A ltima etapa preliminar montagem para soldagem a limpeza dos componentes da junta. Essa etapa requerida para retirar os contaminantes acumulados nas etapas anteriores e a camada de xido que existe na superfcie das ligas de alumnio. Quanto menor for a quantidade de contaminantes presente, menores sero o custo e o tempo para uma limpeza efetiva.

A limpeza deve ser efetuada to prximo do momento da soldagem quanto possvel, pois a camada de xido comea a se regenerar imediatamente aps a sua remoo. Existem dois mtodos diferentes de limpeza: qumica e mecnica. A limpeza qumica pode variar desde a simples aplicao de um solvente (acetona ou lcool) at um ataque qumico com soluo de soda castica e/ou cido ntrico para decapagem da superfcie do material. No caso da limpeza por ataque qumico, se a soldagem for executada logo aps essa limpeza, pode-se dispensar a limpeza mecnica. No caso da limpeza com solvente, a limpeza mecnica previamente soldagem recomendada. A limpeza mecnica , em geral, efetuada com uma escova de ao inoxidvel, exclusiva para a limpeza de peas de alumnio.

Pr-aquecimento - Em alguns casos, nos quais se vai soldar peas muito espessas, o pr-aquecimento recomendado para evitar que o calor aportado pelo processo de soldagem escoe atravs do material sem produzir a fuso localizada. O pr-aquecimento deve ser estabelecido e controlado criteriosamente, pois pode modificar sensivelmente as propriedades do metal base. Deve-se, portanto, optar por processos de soldagem com alto aporte de calor para evitar a necessidade de pr-aquecimento em peas no muito espessas. Para selecionar a temperatura de pr-aquecimento deve-se considerar a liga que est sendo soldada, o processo e parmetros de soldagem, a espessura do material e a configurao da junta. Em geral, a temperatura de pr-aquecimento situa-se na faixa de 100C a 150C, no devendo exceder o limite de 200C. O tempo de pr-aquecimento deve ser o mnimo possvel para evitar maior deteriorao das propriedades mecnicas da junta soldada.

Metais de adio

A Tabela abaixo - mostra a seleo dos metais de adio em funo dos metais base para a soldagem do alumnio.

Como Utilizar Este Grfico Para Escolha da (Vareta) Metal de Adio.

Selecione as ligas base a serem unidas (uma na coluna lateral esquerda, e a outra na linha superior).

Encontre o bloco onde a coluna e a linha se cruzam.

Este bloco contm filas horizontais de letras (A, B, C ou D) representativas das ligas que se encontram na mesma fila, no final direita. As letras em cada fila mostram os graus de A a D para as caractersticas listadas no topo de cada coluna W, S, D, C, T e M;

Analise as caractersticas da solda produzida por cada um dos metais de adio. Voc ver que possvel escolher entre as caractersticas, at selecionar o metal de adio que melhor se enquadre nas suas necessidades.

Tabela de seleo de metal de adio

Exemplo:

Na unio de metais de base de classificao 3003 e 1100, encontre o bloco onde eles se cruzam. Agora, note que o metal de adio 1100 proporciona excelente dutilidade (D), resistncia a corroso (C), desempenho em temperaturas elevadas (T) e compatibilidade visual aps anodizao (M), com boa facilidade de soldagem (W) e resistncia (S).

Entretanto, se facilidade de soldagem e resistncia so os itens mais importantes, e ductilidade e compatibilidade visual podem ser levemente sacrificados, a liga 4043 pode ser usada com mais vantagens.

Dicas Prticas Para Soldagem do Alumnio e Suas Ligas, com o Processo TIG.

Limpeza - Antes de fazer qualquer solda, no esquea Limpeza, limpeza, Limpeza, e mais Limpeza. todos os livros e manuais recomendam que se utilize escovas para limpeza de alumnio com fios de ao inoxidveis. Quando trabalhava para a white Martins, fui em um cliente que fazia umas soldas de alumnio belssimas e escovava o cordo de solda com uma escova com fios de ao carbono. Dei a ele uma escova de ao inox, mas ele jogou fora porque no ficou bonita igual a de ao carbono. Depois disto fiquei mais inclinado a utilizar a escova de ao carbono. Ele (o cliente) j solda deste jeito a mais de 20 anos as mesmas peas para uma multinacional eltrica, nunca oxidaram por causa disso. Eu utilizo muito este disco de limpeza abaixo.

Pr aquecimento - Para alumnio fundidos, sempre pr-aquea a pea em torno de 100C, veja as recomendaes de pr aquecimento grifadas em amarelo, nesta pagina acima.Posio da tocha - No posicione a tocha com a mesma inclinao que voc utiliza para os aos. Posicione a tocha mais em p. D a mnima inclinao possvel, em torno de 5 a 10Tipo de tocha TIG - Utilize uma tocha refrigerada a gua.Controle Remoto de Amperagem, Tipo Pedal ou Manual Montado no Punho da Tocha - Durante a soldagem a pea vai esquentando e a poa de solda vai ficando muito difcil de controlar. Por essa razo um controle remoto de amperagem obrigatrio. Depois que adquiri um controle remoto de amperagem manual, como este da foto abaixo, facilitou muito a soldagem. No me arrependi.

Tipo de bocais- Utilize bocais e difusores "gas lens". Como estes nas imagens abaixo. Estes tipo de bocais e difusores daro uma melhor distribuio do gs de proteo no cordo de solda.

Mquinas de solda - Se voc puder adquira uma inversora de alta tecnologia, o mercado hoje esta com boas mquinas e com bons preos. Esquea essas "gambiarras" de aparelhos de alta frequncia montados em mquinas de eletrodo comuns. Voc s vai brincar de soldar, quando precisar realmente de soldar, ficar sem poder faz-lo.Tcnica Bocal Colado "Walk the Cup" - Voc no conseguir soldar alumnio com esta tcnica.Seleo do Eletrodo de Tungstnio - Os manuais recomendam eletrodos de tungstnio puro de cor de identificao (verde) porque formam uma ponta abaulada melhor do que os outros tipos, necessrio para corrente alternada. No utilize estes eletrodos eles contaminam com muita facilidade e voc passa mais tempo preparando os eletrodos do que soldando. Algumas mquinas de solda de alta tecnologia tais como; Miller e Kemppi recomendam eletrodos de tungstnio com Crio, de cor de identificao (cinza). Porm se voc utilizar eletrodo de tungstnio com Lantnio, (cor de identificao laranja ou dourada) voc no se arrepender eles suportam mais o desgaste durante a soldagem, e voc poder ajustar a bola na ponta dele com o controle de limpeza "Clean" na mquina de solda. Este eletrodo com lantnio, tambm permitir que voc utilize eletrodos de menores dimetros, para no ter uma poa de solda to grande. Seleo do Gs de Proteo: Aqui no Brasil, as misturas de gases que tem Hlio em sua composio so muito caras, Se for possvel e estiver dentro do seu custo, a utilizao de um gs de proteo com 75% de Argnio e 25% de Hlio, mais o eletrodo de tungstnio com lantnio, facilitar muito a execuo da solda. Normalmente utilizamos argnio puro, com pureza industrial de 99.99%, porm se porosidade for um problema, utilize argnio com 99.998% ou 99.999% de pureza.Seleo do metal de adio - Para uma preciso de escolha utilize a tabela acima. Porm mantenha em sua oficina, varetas de 1,6mm, 2,4mm e 3,2mm de dimetro, em material ER 4043. possvel fazer a maioria das soldas com esta vareta de adio. Tambm se forem anodizadas e tratadas ps soldagem utilizem a tabela acima.Comprimento do arco eltrico (distancia do bocal at a pea) - Encontre um ponto ideal, onde o comprimento do seu arco eltrico esteja perto o suficiente. Seno voc contaminar o eletrodo de tungstnio e perdera mais tempo preparando ele de novo do que soldando alumnio.Distncia do eletrodo para fora do bocal cermico - Deixe o eletrodo para fora do bocal o suficiente para voc ver a ponta dele, e consequentemente o arco eltrico.