2.20 - aluminio e suas ligas
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Engenharia das Soldadura - Metalurgia da Soldadura, Alumínio e suas ligasTRANSCRIPT
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Módulo: 2.20 - Alumínio e suas ligas
Formador: Guilherme Santos
Pós Graduação em Engenharia Soldadura
2015
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Objectivos Pedagógicos
Compreender em detalhe a metalurgia, campo de
aplicação e a soldabilidade do Alumínio e suas Iigas.
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Temas a discutir
• Classificação do alumínio e ligas de alumínio (puro, ligas trabalhadas a frio, tratadas térmicamente) ISO/TR 15608
• Soldabilidade do alumínio e ligas de alumínio (amaciamento da ZTA, porosidade e fissuração a quente, diagramas de fissuração, distorsão)
• Limpeza da camada de óxido (limpeza catódica.....
• Processos de soldadura aplicáveis
• Materiais de adição (selecção, armazenamento e manuseamento)
• Gases de protecção
• Detalhes de concepção
• Preparação de juntas
• Recomendações gerias
• Aplicações e problemas especiais (estruturas leves, criogenia)
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Resultados esperados
• Explicar detalhadamente a metalurgia do alumínio e
das ligas de alumínio;
• Explicar a soldabilidade do alumínio e das ligas de
alumínio incluindo juntas dissimilares;
• Explicar detalhadamente os processos de soldadura
aplicáveis e tipos de consumíveis para o alumínio e
ligas de alumínio;
• Explicar detalhadamente o campo de aplicação do
alumínio e ligas de alumínio;
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Principais actividades
utilizadoras do Alumínio
• Meios de transporte: aviões, barcos, bicicletas, auto-tanques, etc.
• Embalagens: papel alumínio, Tetra Pak, latas, panelas,etc.
• Construção Civil: janelas, portas, divisórias, etc.
• Utilização doméstica: utensílios cozinha, ferramentas, etc.
• Linhas de transporte de electricidade
• Recipientes criogénicos até –200ºC
• Fabrico de caldeiras
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Principais características do
Alumínio e ligas
• Boa resistência à oxidação do ar ambiente e à corrosão
• Elevada resistência (AlZnCuMn~=700 N/mm2)
• Bom condutor eléctrico e térmico (5x aço; 65%Cu)
• Mantém a resistência ao impacto a baixa temperatura
• Boa formabilidade
• Reciclável
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• Propriedades físicas
• Propriedades químicas
• Propriedades mecânicas
• Outras propriedades
Características do Alumínio
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1- Baixa densidade
2- Elevada condutibilidade eléctrica
3- Elevada condutibilidade térmica
4- Baixo ponto de fusão
5- Módulo de elasticidade baixo
6- Coeficiente de dilatação linear elevado
7- Elevado calor especifico
Características do AlumínioPropriedades físicas
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Caracterização do AlumínioPropriedades físicas
• Densidade: a densidade do Al é a menor de todos os metais com
excepção do Mg, o que lhe confere uma enorme vantagem sempre que
o factor peso for preponderante (ex. Material de transporte).
• Condutibilidade eléctrica: O Al puro tem a melhor condutibilidade
a seguir ao Cu (67%). Para igualar a condutibilidade do Cu necessita
multiplicar a sua secção condutora por 1,67; no entanto o seu peso
é metade do Cu. As ligas têm uma condutibilidade mais baixa.
• Estas propriedades tem pouca influência sobre a soldabilidade do Al.
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Caracterização do AlumínioPropriedades físicas
• Condutibilidade térmica: Esta propriedade é das mais elevadas entre
os metais, sendo cerca de 50% da do Cu; no entanto é à volta de 5x a do
aço. A sua importância na soldabilidade das ligas de alumínio é muito
grande.
• Ponto de fusão: O Al tem uma temperatura de fusão de 660ºC,
comparativamente baixo com os outros metais industriais.
• Módulo de elasticidade: O Al tem um módulo de elasticidade baixo
quando comparado com o aço (~3x). Esta desvantagem em termos de
resistência é compensada pelo menor peso. Uma chapa de Al com a
rigidez idêntica à do aço pesa ~50% menos (ex.Material de transporte)
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Caracterização do AlumínioPropriedades físicas
• Coeficiente de expansão linear :
O alumínio, com o aumento da temperatura sofre uma dilatação linear, que é cerca de 2x a do aço. Esta característica causa grandes problemas na sua soldadura, como distorções e fissuração a quente.
• Calor específico:
Comparativamente com os outros metais correntes, com excepção do Mg, o alumínio necessita de uma quantidade calor muito maior para aquecer uma determinada massa, apesar do seu baixo ponto de fusão, daqui resulta que, considerando estas características físicas, para soldar o alumínio é necessário uma energia calorífica praticamente idêntica à usada para o aço
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Caracterização do AlumínioPropriedades físicas
Propriedade Alumínio Cobre Aço Inox 304 Magnésio
Densidade 2,7 8,96 7,85 8,02 1,74
Cond. Eléctrica (% IACS) 62 100 10 2 38
Cond. Térmica (W/m.ºC) 222 394 46 21 159
Cf. Exp.Linear 20º(mil/m) 2,3 1,64 1,2 1,73 2,58
M. Elasticidade (Mpa) 69000 110000 200000 200000 45000
Calor especif. (J/Kg.ºC) 940 376 496 490 1022
T. fusão 660 1083 1450 1400 651
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Condutibilidade eléctrica
do Alumínio
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- A principal propriedade química é a formação do óxido superficial
(Al2O3), duro e tenaz e que é responsável pela sua excelente resistência à corrosão em vários meios.
- Este óxido forma-se naturalmente ao ar ambiente.
- A sua espessura varia desde 1 a 80 μm.
- A camada de óxido é porosa absorvendo humidade e produtos contaminantes, o que causa problemas na soldadura.
- O óxido é mau condutor eléctrico.
- O óxido é insolúvel no alumínio líquido e impede a sua molhagem.
Caracterização do AlumínioPropriedades químicas:
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- O alumínio puro tem uma resistência mecânica baixa; no entanto por deformação mecânica ou por meio de adição de um ou mais elementos de liga a sua resistência pode ser aumentada;
- A ductilidade do Al puro é elevada e mesmo as ligas de elevada resistência mecânica apresentam razoável ductilidade.
- A sua tenacidade não diminui a baixas temperaturas, sendo por isso cada vez mais utilizado em aplicações criogénicas.
Caracterização do AlumínioPropriedades mecânicas
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Caracterização do Alumínio
Propriedades mecânicas
O Alumínio puro apresenta baixa resistência mecânica para
aplicações estruturais, razão pela qual a maioria dos
produtos em Alumínio são fabricados a partir de ligas, com
o objectivo de conseguir as características pretendidas.
A maior parte das ligas existentes são soluções sólidas de
um ou mais elementos dissolvidos na matriz de Alumínio.
A melhoria das propriedades mecânicas destas ligas é obtida
por deformação plástica (encruamento) ou por T.T. de
têmpera e revenido.
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Propriedades mecânicas
do Alumínio
Ligas de Al
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Resistência à corrosão
• A resistência à corrosão do Al e suas ligas é-lhe dada pela presença da alumina (Al2O3), pois o metal puro é pouco resistente.
• Este óxido forma-se muito rapidamente na presença do ar e da água (mais rapidamente na água).
• A alumina dissolve-se com produtos químicos (ácidos fortes e alcális).
• Quando o filme é removido o metal corrói-se rapidamente. O filme é estável com 4<Ph>9 e também com ácido nítrico concentrado (Ph=1) e hidróxido de amónia (Ph=13).
• A resistência à corrosão pode ser aumentada por tratamento de anodização
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Resistência à corrosão
• A maioria das ligas de alumínio apresenta boa resistência à corrosão:- Ambientes naturais- Água fresca- Água do mar- Muitos solos- Substâncias químicas- Maior parte dos alimentos
• Recipientes de paredes finas são capazes de resistir à perfuração.
• Por vezes o alumínio apresenta mau aspecto resultante de alguns pontos escuros de oxidação localizada, mas que não afectam sobremaneira a sua durabilidade.
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Resistência à corrosão
• A resistência à corrosão do Al e suas ligas depende:
- Do ambiente (rural, industrial, marítimo, solos, etc);
- Da composição química da liga;
• O Al comercialmente puro e as ligas Al-Mn, Al-Mg e Al-Mg-Siapresentam boa resistência à corrosão sendo por isso empregues em estruturas de embarcações.
• As ligas Al-Cu e Al-Zn-Mg não apresentam boa resistência à corrosão em ambiente marítimos, pelo que devem ser pintados ou “cladding”.
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Outras propriedades
- Não magnético;
- Não produz faíscas;
- Elevada reflexividade;
- Não tóxico;
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Classificação do Alumínio e ligas
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Classificação do alumínio
• Alumínio puro
• Ligas de Alumínio
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Série Tipo de liga
1XXX Alumínio não ligado e grau de pureza (Al =/ >99,0%)
2XXX Ligas com Cobre (Al-Cu)
3XXX Ligas com Manganês (Al-Mn)
4XXX Ligas com Silício (Al-Si)
5XXX Ligas com Magnésio (Al-Mg)
6XXX Ligas com Magnésio e Silício (Al-Mg-Si)
7XXX Ligas com Zinco (Al-Zn)
8/9XX Ligas c/outros elementos (8) ou pouco usuais (9)
Classificação das ligas de Alumínio (UNS)
“trabalháveis”
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Série Tipo de liga
1XXX Industrias química e eléctrica, decoração, reflectores, etc.
2XXX Peças para aeronaves, hélices, rebites
3XXX Peças uso geral, latas bebidas, reservatórios, arquitectura
4XXX Eléctrodos e varetas soldadura, chapas cladding,
5XXX Industria naval, química, contentores, transportes,..
6XXX Produtos extrudidos, material transporte, pontes,
7XXX Componentes estruturais de aeronaves
8/9XX Industria aeroespacial
Principais aplicação das ligas de Alumínio
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Classificação do Alumínio
e suas ligas (ISO/TR 15608)
Grupo Tipo de liga
21 Alumínio puro c/ menos de 1% de impurezas (Al>99%)
22 Ligas Alumínio não tratadas térmicamente (Al-Mn e Al-Mg)
23 Ligas Alumínio tratadas térmicamente (Al-Mg-Si e Al-Zn-Mg)
24 Ligas com Silício (Al-Si)
25 Ligas Alumínio-Silício-Cobre (Al-Si-Cu)
26 Ligas Alumínio-Cobre (Al-Cu)
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• O Alumínio puro, usado industrialmente, é fornecido com um graude pureza entre 99,00% e 99,99%.• Existem ainda variedades de Alumínio com graus de pureza superiores, caso do Alumínio electrolítico (99,9%), 99,99% e mesmo 99,999%.
• Estes 2 últimos casos devem ser considerados para aplicações muitorestritas, tendo em conta o seu elevado preço.• A sua resistência à corrosão aumenta com a pureza, aplicando-se no manuseamento de hidrocarbonetos, ácidos nítrico, sulfúricos, amoníaco.• Associado ao alumínio existem sempre impurezas em teores muitobaixos, como o Fe, Ti, Cu, Zn e Si, as quais afectam bastante a resistência mecânica e a condutibilidade eléctrica.
Alumínio puro
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Teor de impurezas permitidas de
acordo com a UNE 38 111
Qualidade
Impurezas admissíveis (%)
Si + Fe Ti Cu + Zn Total
Al 99,7 % <0,3 <0,03 <0,03 0,3 max
Al 99,5 % <0,5 <0,03 <0,05 0,5 max
Al 99,0 % <1,0 <0,03 <0,1 1,0 max
Al 98,0 % <2,0 <0,03 <0,2 2,0 max
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Influência das impurezas na
resistência mecânica do Alumínio
Pureza Al (%)
Tensão rotura (Mpa)
Tensão cedência (Mpa)
Alongamento (%)
Al 99,999 (recozido) 41 a 45 12 a 15 40 a 50
Al 99,98(recozido) 40 a 70 15 a 40 28 a 55
Al 99,5 (recozido) 70 (min) 30 30 (min)
Al 99,0 (recozido) 80 (min) 40 4 (min)
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Influência das impurezas na
condutibilidade eléctrica e térmica
do Alumínio
Pureza Al (%)
Condutibilidade eléctrica(m/Ώmm2)
Condutibilidade térmica(W/m.K)
Al 99,98 37,6 232
Al 99,5 34 a 36 210 a 220
Al 99,0 33 a 34 205 a 210
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Em virtude de o alumínio puro ser um metal macio, dúctil e com baixaresistência mecânica (~50 N/mm2) é possível melhorar estas características por:
• Endurecimento por deformação a frio
• Tratamento térmico de têmpera e revenido
• Formação de ligas
Ligas de alumínio
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Ligas de Alumínio
• Elementos principais : Cu, Mn, Si, Mg e Zn;
• Elementos secundários (afinadores de grão/ propriedades
especiais;
• Impurezas (Fe, Si);
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Ligas de Alumínio
• Os elementos secundários mais importantes são o Fe, Cr,
V, Zr, Ni, Bi e o Ti.
• A sua função é melhorar a aptidão aos T.T., a resistência
mecânica, a resistência à corrosão e outras propriedades.
• A presença destes elementos pode ter grande influência na
soldabilidade da liga, devendo portanto ser tomados em
consideração na escolha dos metais de adição e dos
parâmetros de soldadura.
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Ligas de Alumínio
As ligas de Alumínio são classificadas, segundo a aplicação, em:
• Ligas forjadas (trabalháveis);
• Ligas vazadas (fundição);
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Ligas de Alumínio
As ligas de alumínio forjadas, como chapas, perfis, vergalhões,
fios, etc, são obtidas por processos mecânicos (extrusão, laminagem,
trefilagem e forjamento), e são consideradas “trabalháveis”.
As ligas de alumínio vazadas são obtidas por fundição e
vazamento de Al liquido em moldes. São ligas endurecíveis por
precipitação e nunca por tratamento mecânico.
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• Alumínio puro
• Ligas tratáveis térmicamente: Ligas cujas propriedades podem ser modificadas por T.T.
(endurecidas por solução sólida).
• Ligas não tratáveis térmicamente:Ligas cujas propriedades não se alteram por T.T.
(endurecidas apenas por deformação mecânica a frio)
Classificação do alumínio
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• As ligas tratáveis térmicamente contêm além do Al, Cu, Mg, Si e Zn, cuja solubilidade no alumínio aumenta com a temperatura, tornando possível por T.T. aumentar a resistência da liga.
• Para estas ligas o principal tratamento é de solubilização e envelhecimento para causar endurecimento por precipitação.
• O T.T. consiste em pôr os elementos da liga em solução sólida, aquecendo-a a uma temperatura elevada e arrefecê-la de seguida rapidamente provocando a sua sobre-saturação. Seguidamente a liga deve ser mantida a uma temperatura mais baixa por forma a provocar uma precipitação controlada dos elementos da liga.
• Estas ligas podem ser submetidas a um (T.T.) para recuperarem as características mecânicas perdidas durante a soldadura.
Classificação das ligas
de Alumínio
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• As ligas tratáveis térmicamente, após a solubilização, ficam em situação instável, pois os elementos de liga formam compostos intermetálicos precipitados na matriz, que têm tendência para se libertar.
• Estes precipitados são muito finos e distribuem-se uniformemente na matriz provocando o endurecimento da liga.
• Esta precipitação pode ocorrer à temperatura ambiente e por períodos de tempo mais longos e designa-se por envelhecimentonatural ou ser ser acelerado por aquecimento a temperaturas entre 120 a 200ºC por algumas horas, designando-se por envelhecimento artificial.
Classificação das ligas
de Alumínio
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• As ligas não tratáveis térmicamente caracterizam-se por apenas
poderem melhorar as suas propriedades mecânicas por
deformação a frio (encruamento).
• Para obter este resultado deve ocorrer uma deformação mecânica
na estrutura cristalográfica, que aumenta a resistência mecânica e
diminui a ductilidade.
• Estas ligas, quando aquecidas (soldadura) perdem parte da sua
resistência mecânica, a qual apenas pode ser recuperada por
trabalho a frio adicional.
• São produzidas com vários graus de têmpera (H)
Classificação das ligas
de Alumínio
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Processo endurecimento por formação de solução sólida
É um processo que provoca uma distorção da rede cristalina, a qual
por sua vez origina barreiras ao movimento das deslocações.
As propriedades mecânicas, dureza, resistência à tracção e limite
elástico aumentam por via dessas barreiras.
Endurecimento das
ligas de Alumínio
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Processo endurecimento por precipitação
É um processo baseado na fraca solubilidade de partículas finas de
alguns elementos de liga, as quais originam barreiras ao
movimento das deslocações e por consequência aumentam as
propriedades mecânicas.
Este processo também é conhecido por “envelhecimento
metalúrgico”.
Endurecimento das
ligas de Alumínio
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Processo endurecimento por formação de várias fases
É um processo baseado na formação de uma 2ª ou mais fases,
sendo que estas apresentam propriedades mecânicas mais elevadas.
Endurecimento das
ligas de Alumínio
![Page 43: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/43.jpg)
• O cobre (Cu) apresenta uma solubilidade no Alumínio quase
nula à temperatura ambiente e de 5,7% a 547ºC.
• Por esta razão cria-se uma 2ª fase (CuAl2), a qual endurece
bastante a liga Al-Cu.
Grafico cobre slv
Influência dos elementos de liga
no endurecimento
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• O manganês (Mn) é um elemento muito utilizado no
endurecimento das ligas de alumínio (Mn<1,5%), por formar com
este uma solução sólida, de efeito muito acentuado.
• Forma uma família de ligas com o alumínio (Al-Mn) que
endurecem por trabalho mecânico.
• É também usado como elemento secundário nas ligas Al-Cu-(Mn)
e Al-Mg-Si-(Mn).
Influência dos elementos de liga
no endurecimento
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• O silício (Si) é um elemento que baixa o ponto de fusão da liga e
melhora a sua fluidez, propriedades muito importantes nos metais
de adição e no fabrico de peças por fundição.
Influência dos elementos de liga
no endurecimento
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• O magnésio (Mg) é um elemento muito utilizado no
endurecimento das ligas de alumínio, por formar com este uma
solução sólida, de efeito muito acentuado.
Influência dos elementos de liga
no endurecimento
![Page 47: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/47.jpg)
• O Zinco , ao contrário do Mg, do Si e do Cu não tem qualquer
acção endurecedora nas ligas binárias Al-Zn (baixa distorção da
rede cristalina), apesar de ter um diâmetro atómico muito
próximo do Al.
• O Zn quando combinado como Cu e o Mg confere ás ligas
elevada resistência mecânica.
• A adição de Mg ás ligas Al-Zn melhor o seu envelhecimento,
por precipitar compostos de MgZn2.
Influência dos elementos de liga
no endurecimento
![Page 48: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/48.jpg)
Influência dos elementos de liga
no endurecimento
Elemento Solubilidade max.
(% peso)
Temperatura
ºC
Cobre
Magnésio
Manganês
Silício
Zinco
Mg2Si
MgZn2
5,7
17,4
1,8
1,59
30,6
1,8
16,9
548
450
658
577
275
595
475
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Gráficos
Influência dos elementos de liga
no endurecimento
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Ligas de Alumínio
Não tratáveis térmicamente
Tratáveis térmicamente
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• O 1º digito indica a série a que as ligas pertencem de acordo com o
elemento químico que apresenta maior teor na composição da liga;
• O 2º digito indica a modificação da liga original ou o limite de
impurezas no caso da alumínio puro.
• Os últimos 2 dígitos indicam a liga ou a pureza do alumínio
Exemplos:1050 (Al não ligado, s/ controle impurezas, 99,5%)
1080 ( Al não ligado, s/ controle impurezas, 99,8%)
1350 ( Al não ligado, c/ controle impurezas, 99,5%)
Identificação numérica: série 1xxx
Identificação das ligas de Al
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Identificação das ligas de Al
• O 1º digito indica a série a que as ligas pertencem de acordo com o
elemento químico que apresenta maior teor na composição da liga;
• O 2º digito indica a modificação da liga original: o algarismo 0
indica a liga original e os algarismos 1...9 as modificações.
• Os últimos 2 dígitos são arbitrários; servem para distinguir as
diferentes ligas da série.
Exemplos:5056 (liga Al-Mg original)
5456 ( liga Al-Mg modificada)
2017 (liga Al-Cu original)
2117 (liga Al-Cu modificada)
Identificação numérica: séries 2xxx – 8xxx
![Page 53: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/53.jpg)
Identificação das ligas
de Alumínio
• Os tratamentos térmicos a que as ligas foram sujeitas com vista ao
seu endurecimento é adicionada à identificação numérica.
Exemplo: 2014-T6
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A norma europeia DIN EN 573classifica as ligas segundo 2 critérios:
• Na identificação numérica, (DIN EN 573-1)
os materiais seguem a mesma classificação de 4 dígitos, conforme a
AA, mas precedidas de EN AW xxxx.
• Exemplo: EN AW-2117
• Na identificação alfanumérica (DIN EN 573-3) são apresentados
os elementos da liga principal e secundário e respectivos teores.
Exemplo: AlCu2.5Mg (2117)
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ligas de alumínio
Têmpera
• Designa-se por têmpera o estado que o material adquire por uma acção externa, a frio ou a quente ou pela combinação de ambos, adquirindo por força dessa acção alterações na suas estrutura e propriedades mecânicas.
• A identificação do estado de têmpera assenta em letras e algarismos que indicam as operações a que a liga foi sujeita.
• No caso de existirem variantes à operação realizada são acrescentados novos dígitos.
![Page 56: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/56.jpg)
ligas de Alumínio
Estados principais de Têmpera
Ligas Não Tratadas Térmicamente
• “F” – Sem tratamento (como fabricado);• “O” – Recozido;• “H” – Encruado;
H1x – Encruado e sem TT adicional;
H2x – Encruado e parcialmente recozido;H3x – Encruado e estabilizado;H4x – Encruado com acabamento no forno;
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ligas de alumínio
Têmpera
• Para designar o tipo de deformação a que foram submetidas as
ligas usa-se a letra H seguida de 2 ou 3 dígitos (H1x ou H1xx).
O 3º dígito só é usado quando se pretende um controle especial,
ou quando algumas características da liga são afectadas.
Designação da Q de trabalho mecânico sofrido
1 1/8 Duro 6 3/4 Duro
2 ¼ Duro 8 Totalmente Duro
4 1/2 Duro 9 Extra Duro
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![Page 59: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/59.jpg)
ligas de Alumínio
Estados principais de Têmpera
Ligas Tratadas Térmicamente
• “W” – Solubilizado. Aplica-se a algumas ligas que envelhecem naturalmente à temperatura ambiente após tratamento de solubilização;Têmpera instável: o tempo para envelhecimento natural pode ser determinado:W 2h
• “T” – Tratado térmicamente (T1....T9; Tx51, Tx52)Produz propriedades mecânicas estáveis, diferentes de F, O, H, com ou sem encruamento suplementar
![Page 60: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/60.jpg)
ligas de Alumínio
Estados principais de Têmpera
T1 Temperada e envelhecida naturalmente
T2 Temperada, trabalhada a frio e envelhecida naturalmente
T3 Solução sólida, trabalhada a frio e envelhecida naturalmente
T4 Solução sólida e envelhecida naturalmente
T5 Temperada e envelhecida artificialmente (revenida)
T6 Solução sólida e envelhecida artificialmente (revenida)
T7 Solução sólida e estabilizada
T8 Solução sólida, trabalhada a frio e envelhecida artificialmente
T9 Solução sólida, envelhecida artificialmente e trabalhada a frio
T10 Temperada, trabalhada a frio e revenida
![Page 61: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/61.jpg)
Identificação das
ligas de Al vazadas
As ligas de Alumínio vazadas, são identificadas por:
3 dígitos+ 1 decimal
Exemplo: 2xx.x
![Page 62: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/62.jpg)
Série Tipo de liga
1XX.X Alumínio não ligado e grau de pureza (Al =/ >99,0%)
2XX.X Ligas com Cobre (Al-Cu)
3XX.X Ligas com Silício e adições de cobre e magnésio
4XX.X Ligas com Silício (Al-Si)
5XX.X Ligas com Magnésio (Al-Mg)
6XX.X Grupo não utilizado
7XX.X Ligas com Zinco (Al-Zn)
8/9X.X Ligas c/ Estanho (8);outros elementos (9)
Classificação das ligas de Alumínio
Fundição
![Page 63: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/63.jpg)
Série Liga Principais aplicações
1XX.X Al puro Contactos eléctricos
2XX.X Al-Cu-Mg Indústria aeronáutica
3XX.X Al-Si-Mg e Al-Si-Cu Várias
4XX.X Al-Si Pistões motores
5XX.X Al-Mg Navios, barcos
6XX.X Não existe Não especificado
7XX.X Al-Zn e Al-Zn-Mg Indústria aeronáutica
8XX.X Al-Sn Várias-Ligas baixo ponto de fusão
Aplicações das ligas de Alumínio
Fundição
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Caracterização das séries
![Page 65: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/65.jpg)
Propriedades do Alumínio e ligas
Al puro 99,5% (1050)
A série 1xxx - Alumínio comercialmente puro, é caracterizada por:
• Excelente resistência à corrosão;
• Elevada condutibilidade térmica e eléctrica;
• Baixas propriedades mecânicas (> trabalho a frio)
• Boa aptidão para ser trabalhada:
• Boa soldabilidade
• Equipamento químico, condutores eléctricos, chapas Alclad, reflectores, decoração, etc. (liga mais usada 1050- Al 99,5)
![Page 66: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/66.jpg)
Propriedades do Alumínio e ligas
Al-Cu
• A série 2xxx tem como elemento de liga principal o Cobre, o qual aumenta consideravelmente a resistência mecânica do Al.
• Este grupo de ligas é tratável térmicamente;
• A liga Al-Cu é especialmente usada nas situações onde se pretende boa resistência a temperaturas moderadas;
• Principal aplicação em peças para motores de avião e para o fabrico de hélices e rebites.
![Page 67: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/67.jpg)
Propriedades do Alumínio e ligas
Al-Cu
• A maioria das ligas deste grupo é considerada não soldávelpelos processos de arco eléctrico, por terem grande sensibilidade à fissuração a quente, com excepção das 2219 e 2519 (Cu~6%) que apresentam boa soldabilidade; no entanto algumas delas são facilmente maquináveis;
• Para evitar o problema da fissuração nas soldáveis, usam-se metais de adição com baixo ponto de fusão (ex. ligas AlSi5).
• Todas as ligas da série 2xxx são difíceis de ligar por brasagem; no entanto são soldadas por resistência sem dificuldade.
• Esta liga apresenta uma resistência à corrosão mais baixa que a generalidade das ligas de Alumínio, podendo mesmo ser sujeita à corrosão intergranular.
![Page 68: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/68.jpg)
Propriedades do Alumínio e ligas
Al-Mn
• A série 3xxx, tem como elemento principal de liga o Manganês (<1,5%), formando com o Alumínio um conjunto de ligas não tratáveis térmicamente.
• Possui resistência moderada, embora superior à das ligas da série 1xxx, elevada ductilidade e excelente resistência à corrosão;
• Podem melhorar-se as propriedades mecânicas por tratamento mecânico.
• A sua soldabilidade é boa e não tende a fissurar a quente.
• Aplicada no fabrico de panelas (3003), latas de bebidas (3004), tanques de armazenamento, toldos, ....
![Page 69: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/69.jpg)
Propriedades do Alumínio e ligas
Al-Si
• O Silício, (série 4xxx), forma com o Alumínio uma liga tratável térmicamente, com ponto de fusão mais baixo e excelente fluidez (Si<12%). A liga mais usada é a 4043 (AlSi5).
• Possui resistência moderada (~120N/mm2)
• Podem melhorar-se as propriedades mecânicas e a resistência à corrosão por tratamento mecânico.
• A sua soldabilidade é boa e é menos sensível à fissuração a quente.
• Aplicações arquitectónicas, fio de soldadura, ligas brasagem, chapas de “cladding”, ....
![Page 70: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/70.jpg)
Propriedades do Alumínio e ligas
Al-Mg
• O Magnésio, (série 5xxx), forma com o Alumínio uma liga não tratável térmicamente, com excelente soldabilidade e boa resistência à corrosão. A mais usada é a 5356 (AlMg5)
• As ligas com teor de Mg<2.5% são sensíveis à fissuração a quente se forem soldadas com MA da mesma composição. A solução passa por empregar MA com teor de Mg~5%.
• É a liga com maior resistência das não tratadas térmicamente (250 N/mm2).
• Perde ductilidade quando soldada com metais de adição AlSi.
• Tem uma aplicação muita vasta, como sejam o fabrico de contentores, vagões ferroviários, tanques de armazenamento de produtos químicos, caldeiras, estruturas, barcos, etc.
![Page 71: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/71.jpg)
Propriedades do Alumínio e ligas
Al-Mg-Si
• Nas ligas da (série 6xxx), o Silício e o Magnésio, combinados formam um composto intermetálico Mg2Si, que é o responsável pela dureza da liga.
• As ligas da série 6xxx apresentam 2 características que justificam a sua maior utilização relativamente ás outras ligas de alumínio: o endurecimento por precipitação e a facilidade de poderem ser extrudidas.
• Comparativamente com as outras ligas endurecidas por precipitação, como as Al-Cu e Al-Zn-Mg, apresentam maior facilidade para serem trabalhadas, melhor soldabilidade e maior resistência à corrosão.
• Aplicada em material de transporte, construção, pontes.......
![Page 72: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/72.jpg)
Propriedades do Alumínio e ligas
Al-Zn
• O Zinco, (série 7xxx),conjuntamente com adições de Mg e Cu
formam com o Alumínio uma liga tratável térmicamente, com
elevada resistência mecânica e boa resistência à corrosão sob tensão.
• A soldabilidade destas ligas, por fusão, divide-se em 2 grupos:
- Boa soldabilidade para as ligas Al-Zn-Mg (300 a 450 Mpa)
- Praticamente insoldáveis para as ligas Al-Zn-Mg-Cu (~700MPa)
(a presença do Cobre contribui para a fissuração a quente).
• É uma liga muito utilizada em aeronáutica
![Page 73: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/73.jpg)
Propriedades do Alumínio e ligas
Al-Li
• A série 8xxx contém, além do Alumínio, elementos de liga
menos usuais, como o Lítio, entre outros.
• A maioria destas ligas não é soldável.
• São utilizadas fundamentalmente na indústria aeroespacial.
![Page 74: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/74.jpg)
Propriedades do Alumínio e ligas
Ligas vazadas
• As ligas obtidas por fundição não podem ser classificadas como
as ligas forjadas em termos de trabalháveis e não trabalháveis,
porque na sua maioria as séries contém um ou mais ligas que não
correspondem à mesma classificação.
• Por essa razão as ligas vazadas são normalmente designadas
sobretudo pelo tipo de vazamento, em molde de areia, molde
permanente e molde metálico.
• A soldabilidade destas ligas depende, além do seu tipo, também
do molde de vazamento.
![Page 75: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/75.jpg)
Soldabilidade do Alumínio
e suas ligas
![Page 76: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/76.jpg)
Principais dificuldades
na soldadura do Al
1. Elevada condutibilidade térmica e calor específico
2. Filme de óxido
3. Porosidades
4. Fissuração
5. Distorções
6. Amaciamento da ZTA
![Page 77: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/77.jpg)
Soldabilidade do Alumínio
e suas ligas
• A elevada condutibilidade térmica tem uma grande influência na soldabilidade destas ligas ( 5x maior que a do aço), exigindo fontes de energia muito potentes para compensar as perdas de calor. No entanto esta propriedade tem a vantagem de proporcionar uma solidificação mais rápida do banho de fusão, resultando uma velocidade mais rápida que no aço.
• Calor específico: O alumínio necessita de uma quantidade calor muito maior para aquecer uma determinada massa, apesar do seu baixo ponto de fusão, daqui resulta que, considerando estas características físicas, para soldar o alumínio é necessário uma energia calorífica praticamente idêntica à usada para o aço
![Page 78: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/78.jpg)
Soldabilidade do Alumínio
e suas ligas
Condutibilidade térmica
(cal/ºC.cm.seg.)
Calor específico
(cal/ºC.g)
Alumínio 0,53 0,215
Aço carbono 0,18 0,110
![Page 79: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/79.jpg)
Soldabilidade do Alumínio
e suas ligas
Comparação entre a condutibilidade térmica do aço e do alumínio
![Page 80: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/80.jpg)
Soldabilidade do Alumínio
e suas ligas
• Estes materiais apresentam na sua superfície uma fina camada de
óxido, a qual dificulta imenso a soldadura devido ao seu elevado
ponto de fusão (~ 2050 ºC), dureza e tenacidade.
• A existência deste óxido na superfície do banho de soldadura
dificulta igualmente a ligação entre o metal fundido e as faces do
chanfro.
• A camada de óxido é porosa e estável
![Page 81: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/81.jpg)
Principais dificuldades
na soldadura do Al
1.Filme de óxido
O óxido de alumínio pode ser removido pelos seguintes processos:
- Químicos (limpeza por solventes e/ou decapagem)- Mecânicos (lixamento, escovamento, etc)- Eléctricos (acção de limpeza catódica pelo arco)- Metalúrgicos (acção escorificante de um fluxo)
A limpeza metalúrgica é usada nos processos SER, oxigás e brasagem.
Em função da elevada reactividade do Al, a remoção da camada de óxido pelos processos químicos e mecânicos deve ser realizada imediatamente ou no máximo até 8 horas, antes da soldadura.
![Page 82: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/82.jpg)
Principais dificuldades
na soldadura do Al
3- Porosidades (causas)
• As porosidades na soldadura por fusão são devidas à presença do
H2 (principalmente), que não é solúvel no alumínio.
• A solubilidade do H2 aumenta muito com a temperatura.
• As principais fontes de H2 são a camada de óxido, os gases de
protecção e o metal de base e de adição.
• O Oxigénio e o azoto não constituem problema quanto ás
porosidades, dada a sua grande afinidade para o alumínio
![Page 83: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/83.jpg)
Principais dificuldades
na soldadura do Al
3- Porosidades (causas)
• A presença de pequenas quantidades de poros esféricos dispersos
uniformemente no cordão de soldadura não afecta sobremaneira a
resistência mecânica da junta.
• Pelo contrário, se a quantidade for significativa e concentrada, a
resistência e a ductilidade poderão ser seriamente afectadas.
![Page 84: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/84.jpg)
Principais dificuldades
na soldadura do Al
3- Porosidades (fontes)
- Metal de base e de adição velhos ou sujos
- Parâmetros de soldadura inadequados
- Protecção gasosa insuficiente ou pouco pura
- Técnica de soldadura errada
- A configuração e preparação da junta
![Page 85: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/85.jpg)
Soldabilidade do Alumínio
e suas ligas
• O alumínio tem um coeficiente de dilatação muito elevado (3x aço) o que conduz a:- Distorções muito acentuadas (modificações de forma).- Fissurações. - Tensões residuais.
• O ponto de fusão do Al é muito baixo (660ºC), no entanto não apresenta qualquer indicação de inicio da fusão (mudança de cor).
• A solidificação do banho de fusão é rápida, pelo que o risco de aprisionamento de gases é elevado.
• A entrega térmica é sensivelmente a mesma que para o aço, apesar da temperatura de fusão ser muito inferior, devido à condutibilidade térmica e calor de fusão.
![Page 86: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/86.jpg)
Principais dificuldades
na soldadura do Al
4- Fissuração
As ligas de alumínio são normalmente sujeitas a fissurações, as
quais podem ser do tipo:
Fissuração a quente: na solidificação e de liquação
Fissuração por corrosão sob tensão
![Page 87: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/87.jpg)
Fissuração a quente
• A fissuração a quente ocorre normalmente no cordão de soldadura,
podendo surgir igualmente na ZTA, adjacente à linha de fusão, e é
fundamentalmente provocada por tensões de origem térmica que
surgem durante o arrefecimento da zona da soldadura.
• O aparecimento de fissuras na soldadura do alumínio é devida à
perda de resistência mecânica ou ductilidade do metal de adição ou da
ZTA, em temperaturas elevadas.
![Page 88: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/88.jpg)
Principais dificuldades
na soldadura do Al
4- Fissuração a quente: causas principais
• Intervalo de solidificação da liga muito grande
• Coeficiente de dilatação térmico elevado
• Gradiente térmico elevado
• Elevado constrangimento ou rigidez da junta
• Relação largura do cordão/penetração incorrecta (Factor de forma)
![Page 89: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/89.jpg)
Soldabilidade do Alumínio
e suas ligas
Curvas de sensibilidade à fissuração.A fissuração por solidificação é favorecida pela presença de Si, Mg e Cu.
A escolha do MA deve ter em atenção a sua composição por forma a
evitar as composições químicas críticas quanto à fissuração.
![Page 90: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/90.jpg)
Principais dificuldades
na soldadura do Al
• A fissuração na solidificação ocorre interdendríticamente no metal depositado e manifesta-se como uma linha no centro do cordão ou na cratera no fim da soldadura.
• Está dependente das características de solidificação dos metais, ou seja das suas composições químicas.
• Este tipo de fissuração está essencialmente ligada à presença de elementos de liga e é mais importante nas ligas com Mg e Si, ( formação de Mg2Si), e um importante volume sólido no liquido, originando tensões que conduzirão à fissuração
![Page 91: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/91.jpg)
MMetal base com
adição igual ou não
MMetal Base com
adição material diferente
Limite de
soldabilidade
Fácil de soldar
Sensibilidade à fissuração
![Page 92: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/92.jpg)
Fissuração a quente no Alumínio
![Page 93: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/93.jpg)
Principais dificuldades
na soldadura do Al
A fissuração de liquação ocorre predominantemente na ZTA, seguindo uma trajectória ao longo de alguns contornos dos grãos parcialmente fundidos. À volta dos grãos formam-se filmes líquidos que não conseguem suportar as tensões de contracção durante a solidificação.
É provocada pela fusão ou liquação de fases eutéticas ou constituintes que tenham temperaturas de fusão mais baixas que o material de base
As ligas das séries 6xxx e 7xxx são muito sensíveis a esta fissuração.
Para evitar este tipo de fissuração deve usar-se um MA com temperatura de fusão mais baixa que o MB (exemplo: 4043=AlSi5).
A utilização dum MA muito corrente (5356=AlMg5) nestas ligas, pode provocar a fissuração apesar da boa aptidão para soldadura.
![Page 94: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/94.jpg)
Soldabilidade do Alumínio
e suas ligas
Medidas para redução da sensibilidade à fissuração a quente:
• Aumento da velocidade de soldadura: diminui a E.T. , reduz o gradiente térmico e consequentemente as tensões residuais;
• Utilização do pré-aquecimento: actua por redução do gradiente térmico e por consequência reduz igualmente as tensões residuais;
• Alteração da composição química do metal fundido: o MA deve ser escolhido tendo em consideração evitar composição química do cordão fora da zona crítica e grandes diluições;
• Alterar o tipo de junta: por forma a diminuir a diluição e reduzir a sensibilidade à fissuração
![Page 95: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/95.jpg)
Soldabilidade do Alumínio
e suas ligas
Distorções
• Devido ao elevado coeficiente de dilatação térmico, o alumínio e as
ligas são muito sujeitos a empenos nas soldaduras e a fissuração sob
o cordão (fissuração a quente).
• A soldadura feita a baixa velocidade e com bastante M.A. aumenta
as deformações e a tendência à rotura.
![Page 96: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/96.jpg)
Soldabilidade do Alumínio
e suas ligas
Amaciamento da ZTA (1)
• A resistência mecânica das varias ligas é conseguida por:
- endurecimento por encruamento
- endurecimento por precipitação (TT)
• Estes 2 processos de endurecimento são bastante sensíveis à
temperatura elevada na operação de soldadura, tendo como
consequência o amaciamento da ZTA.
• Por consequência a escolha do metal de adição deve ser muito
criteriosa.
![Page 97: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/97.jpg)
Soldabilidade do Alumínio
e suas ligas
Amaciamento da ZTA (2)
• As chamadas ligas NTT (Al puro e ligas Al-Mn e Al-Mg) têm um
limite elástico muito baixo, sendo normalmente endurecidas por
encruamento, que lhes aumenta o limite elástico.
• A soldadura destes materiais provoca um amaciamento na ZTA,
devido à recristalização da estrutura encruada, sendo necessário para
recuperar as características mecânicas, uma martelagem a frio da
soldadura.
![Page 98: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/98.jpg)
Soldabilidade do Alumínio
e suas ligas
Amaciamento da ZTA (3)
• As ligas TT (Al-Si-Mg e Al-Zn-Mg) têm elevada resistência conseguida à custa de TT de endurecimento por precipitação.
• A soldadura destas ligas conduz à exagerada coalescência dos precipitados ou mesmo à sua entrada em solução, cujo resultado é o amaciamento da ZTA.
• No entanto, algumas das ligas (Al-Zn-Mg) têm a particularidade de, após o amaciamento, voltarem a endurecer por envelhecimento ao fim de algumas horas. São no entanto muito sensíveis à fissuração a quente, devendo a escolha do MA ser feita de modo a evitar esta dificuldade.
• A solução para minimizar o amaciamento nestas ligas é usar processos de soldadura com baixa e limitada entrega térmica ( por pontos).
![Page 99: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/99.jpg)
Soldabilidade do Alumínio
e suas ligas
Sobre-envelhecimento
• Algumas ligas, após a soldadura, envelhecem naturalmente à
temperatura ambiente, recuperando a sua resistência
mecânica na ZTA após algumas horas. É o caso das ligas
AL-Zn-Mg com 3,5 a 4,5 de Zn e 0,5 a 1,5 de Mg.
• Outras ligas necessitam, após soldadura, de tratamento de
têmpera e envelhecimento para recuperarem as suas
características mecânicas na ZTA (ligas Al-Cu-Mg).
![Page 100: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/100.jpg)
Soldabilidade do Alumínio
e suas ligas
• Qualquer que seja a liga, a soldadura provoca um recozimento local,
que faz diminuir as propriedades do metal (TT ou mecânico).
• Para compensar esta diminuição devem ser tomadas algumas
medidas:
- Sobrespessura na zona da junta;
- Colocação da junta em posição não sujeita a grandes tensões, para
não por em perigo a resistência do conjunto;
![Page 101: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/101.jpg)
Soldadura do Alumínio e suas ligas
Processos aplicáveis
![Page 102: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/102.jpg)
Soldadura do Alumínio e suas ligas
Processos aplicáveis
• O Alumínio e suas ligas podem soldar-se pela maioria dos processos de soldadura por fusão, brasagem e soldadura no estado sólido.
• A soldadura por fusão pode fazer-se pelos processos com maior densidade de energia, MIG, TIG, Resistência, Plasma, LASER e Feixe de electrões.
• Os processos MIG, TIG e Resistência são os mais correntes.
• Os processos Plasma e Feixe de electrões são usados em aplicações especiais.
• A soldadura SER e Oxigás empregam-se apenas para reparações, pequenos trabalhos, ou quando não existem outros meios.
• O processo arco submerso não se aplica ao alumínio.
![Page 103: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/103.jpg)
Soldadura do Alumínio e suas ligas
Processo TIG
• O processo TIG é muito usado para soldar o alumínio e as suas
ligas, sobretudo em pequenas e médias espessuras.
• A corrente de soldadura usada correntemente é CA (AC), que tem
características que lhe permitem romper a camada de óxido,
embora se possa usar corrente DC- e DC+ em aplicações especiais.
• A corrente AC pode ser de onda sinusoidal, caso das fontes de
energia convencionais (necessita de HF sempre ligada), ou
rectangular (trapezoidal), caso das fontes inversoras.
• O gás de protecção é o Argon, embora se use por vezes com
adições de Hélio.
![Page 104: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/104.jpg)
Soldadura do Alumínio e suas ligas
• O processo TIG também pode usar corrente DC+ mas apenas para aplicações em espessuras muito baixas (e<1,5 mm).
• Em soldadura DC+ o eléctrodo de tungsténio deve ter um diâmetro muito superior ao que seria necessário para DC- e AC, para a mesma intensidade. Por exemplo para uma intensidade de 125A em DC- um eléctrodo de 1,6mm é suficiente ao passo que para a mesma corrente em DC+ deve ter 6 mm.
• Pode usar-se corrente DC- para soldar alumínio em espessuras maiores, em aplicações mecanizadas e com controle apertado da altura do arco.
Processo TIG
![Page 105: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/105.jpg)
Soldadura do Alumínio e suas ligas
• O eléctrodo mais usado na soldadura do alumínio é o W puro.
• O eléctrodo zirconiado (WZr) apresenta algumas vantagens na
soldadura AC do alumínio, por suportar intensidades mais elevadas
e durar mais tempo que o puro. Também é menos sensível a
contaminações, tanto do banho de fusão como do próprio eléctrodo,
por manter a ponta esférica mais estável,
• O eléctrodo W+Th não é recomendado para soldadura do alumínio
em AC porque o arco é mais instável. No entanto é o tipo preferido
para soldadura TIG automática com DC+.
Processo TIG
![Page 106: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/106.jpg)
• O processo MIG é muito usado na soldadura do alumínio e suas ligas, oferecendo comparativamente com os outros processos aplicáveis, mais vantagens e bons resultados finais:
• Velocidade de execução elevada (baixas distorções);
• ZTA pequena;
• Elevadas taxas de depósito;
• Facilidade operatória em qualquer posição (densidade , tensão superficial e velocidade de arrefecimento do Al);
• Soldaduras sólidas e resistentes;
• Baixos custos operacionais;
Soldadura do Alumínio e suas ligas
Processo MIG
![Page 107: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/107.jpg)
Soldadura do Alumínio
e suas ligas
• Equipamento de soldadura adequado ao processo;
• Estado de funcionamento dos vários órgãos devido à elevada velocidade de alimentação do fio (alimentador, tocha, etc);
• Gás de soldadura e respectivo caudal;
• Limpeza do MB e do MA.
• Tipo e geometria da Junta
Processo MIG: Factores de sucesso:
![Page 108: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/108.jpg)
Soldadura do Alumínio
e suas ligas
1- Regulação dos parâmetros para uma transferência estável e
sem salpicos;
2- Cordão sem defeitos e com bom aspecto;
Processo MIG: Principais dificuldades:
![Page 109: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/109.jpg)
Soldadura do Alumínio
e suas ligas
Processo MIG
Tipo de transferência Aplicação
Transferência por “Spray” Usual
Transferência Globular Não se utiliza- Fusão incompleta
Transferência por C.C. Não se utiliza- Faltas de fusão
Transferência por arco pulsado Bom- todas as posições
![Page 110: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/110.jpg)
Soldadura do Alumínio
e suas ligas
• Elevada velocidade de alimentação do fio fazendo com que este bata contra o MB sem dar tempo ao escorvamento do arco;
• Por outro lado, dado que o fio é macio, ao bater no MB a ponta dobra-se, aumentando a área de contacto eléctrico, mas diminuindo o calor desenvolvido pelo curto-circuito;
• Também o facto de a superfície do metal estar oxidada, e deste óxido ser refractário e mau condutor eléctrico, dificulta a passagem da corrente e a produção de calor;
• Fio com superfície rugosa, absorvendo humidade e impurezas;
• Difícil utilização de fios de baixo diâmetro;
Processo MIG: Principais dificuldades:
![Page 111: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/111.jpg)
Soldadura do Alumínio
e suas ligas
Um bom alimentador deve poder permitir ao soldador (ou operador) ajustar os tempos e velocidades de alimentação do fio no inicio e fim da soldadura.
Processo MIG: Características do Alimentador de arame:
![Page 112: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/112.jpg)
Soldadura do Alumínio
e suas ligas
1 - Os roletos são peças de fundamental importância no sistema de alimentação do fio, devido ao facto de o alumínio ser macio e poder ser amolgado pela pressão de aperto excessiva, criando instabilidade na alimentação.
2 - Sempre que possível usar alimentadores com 4 roletos, aumentando a área de contacto com o fio em vez de agir sobre o aperto dos roletos.
3 - Escolher roletos com entalhe em U ou V mais adequados ao fio de alumínio, por forma a evitar amolgamento.
Processo MIG: Características do Alimentador de arame:
![Page 113: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/113.jpg)
Soldadura do Alumínio
e suas ligas
4 - O mecanismo de travagem da bobine de alimentação de fio é muito importante para evitar arranques e paragens bruscas.
5 – Deve ter-se em atenção a pressão de aperto do mecanismo de travagem da bobine que pode levar ao alongamento e estricção do fio, se o aperto for exagerado. Esta pressão deve ser ajustada à medida que o fio for sendo consumido.
Processo MIG: Características do Alimentador de arame:
![Page 114: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/114.jpg)
Soldadura do Alumínio
e suas ligas
Devido ás características do fio de soldadura e da velocidade de alimentação elevada ocorre frequentemente a dobragem do fio no interior da conduta, impedindo a sua alimentação contínua e regular com a consequente instabilidade no arco e mesmo sucessivas interrupções.
Processo MIG: Tochas de soldadura
![Page 115: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/115.jpg)
Soldadura do Alumínio
e suas ligas
• Sistema PUSH-PULL
• Pistola com bobine incorporada
• Tocha mais curta (2,5 m)
• Tocha com conduta especial (Weldsnake 6m)
Processo MIG: Tochas de soldadura
![Page 116: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/116.jpg)
Soldadura do Alumínio
e suas ligas
• Por forma a reduzir o atrito no interior da conduta de fio esta deve ser feita de materiais grafitados, nylon ou teflon.
• A conduta deve ser soprada periodicamente com gás (Ar, N2) ou ar comprimido seco.
• Por forma a diminuir o atrito entre o fio e o interior da conduta o cabo da tocha deve estar o mais direito possível.
• Os fabricantes de equipamentos disponibilizam normalmente bicos de contactos específicos para alumínio.
Processo MIG: Tochas de soldadura
![Page 117: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/117.jpg)
Soldadura do Alumínio
e suas ligas
• A superfície do alumínio é bastante porosa, tanto no MB como no MA, absorvendo com facilidade humidade e impurezas, que são fontes de porosidade.
• As bobines de fio vêm de fabrica embaladas com protecção contra estes agentes, devendo portanto ter-se o cuidado de conservá-las adequadamente após a abertura, para evitar contaminações.
• O alimentador de arame deve ser do tipo fechado (bobine no interior), caso contrário deve usar-se uma protecção para o fio.
• Deve ser evitado qualquer contacto com o fio com as mãos ou luvas sujas.
Processo MIG: Cuidados com o fio de soldadura
![Page 118: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/118.jpg)
Soldadura do Alumínio
e suas ligas
• O processo MIG exige maiores cuidados com a qualidade do fio de soldadura, além do rigor dimensional e estado de superfície, dado as elevadas taxas de fusão e de arrefecimento do metal depositado, originando aprisionamento de gases.
• Em consequência dessa maior dificuldade em eliminar os gases aumenta a quantidade de poros no cordão de soldadura.
• As propriedades mecânicas da junta soldada podem ser bastante afectadas em função do tamanho, distribuição e relação volumétrica dos poros no cordão.
Processo MIG: Cuidados com o fio de soldadura
![Page 119: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/119.jpg)
Soldadura do Alumínio e suas ligas
Processo MIG
• Faltas de fusão / baixa penetração;
• Elevado nível de projecções;
• Perfuração da chapa;
• Porosidades;
• Fissuração a quente
Principais problemas na soldadura do Al:
![Page 120: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/120.jpg)
Soldadura do Alumínio e suas ligas
Processo MIG
• Parâmetros de soldadura baixos
• Falta de pré- aquecimento
• Necessário usar mistura Argon-Hélio
• Diâmetro de arame baixo
Principais problemas na soldadura do Al: Faltas de fusão /
penetração
![Page 121: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/121.jpg)
Soldadura do Alumínio e suas ligas
Processo MIG
• Material de adição inadequado
• Entrega térmica elevada
• Má qualidade do material de base
Principais problemas na soldadura do Al: Fissuração a quente
![Page 122: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/122.jpg)
Soldadura do Alumínio e suas ligas
Processo MIG
• Metal de adição sujo ou velho
• Material de base velho ou sujo
• Parâmetros de soldadura inadequados
• Protecção gasosa insuficiente ou com impurezas
• Técnica de soldadura inadequada
Principais problemas na soldadura do Al: Porosidades
![Page 123: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/123.jpg)
Soldadura do Alumínio e suas ligas
Processo MIG Pulsado
• A tecnologia “inverter” pelo facto de permitir uma adequação da forma de onda ás especificidades do Al, consegue uma melhor transferência das suas gotas.
• Com esta tecnologia consegue-se uma melhoria das projecções, que são devidas à baixa densidade do Al, por se conseguir uma transferência tipo “spray”.
• A melhoria da penetração é conseguida através de um pico de corrente elevada.
![Page 124: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/124.jpg)
Soldadura do Alumínio e suas ligas
Processo MIG Pulsado
• O Al no estado liquido apresenta uma elevada solubilidade do H2 ao contrário do que sucede no seu ponto de solidificação.
• Por esta razão a forma de onda tem de ter em consideração estes aspectos ao nível do comprimento do arco para reduzir as porosidades (arco curto, inclinação da tocha...)
• Os equipamentos MIG com arco pulsado têm a capacidade de reagir em tempo real aos fenómenos do arco eléctrico, sendo a solução ideal para soldar este material.
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Soldadura do Alumínio e suas ligas
Processo MIG Pulsado
• Limita as projecções;
• Melhor controlo da penetração;
• Reduz a entrega térmica;
• Melhora a fluidez da gota de metal;
• Aumenta a velocidade de soldadura;
• Produz deformações mais baixas
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Soldadura do Al e suas ligas
Processo Resistência
• O alumínio é difícil de soldar por resistência devido ás suas características físicas: elevada condutibilidade eléctrica, térmica e calor de fusão.
• Estas propriedades tornam difícil o aquecimento localizado aliada a uma resistência de contacto baixa, A camada de alumina na zona de contacto tem de ser removida antes da soldadura.
• Necessidade de equipamentos com características adequadas ao alumínio, nomeadamente controle preciso da corrente, tempo de soldadura e força de aperto (soldadura rápida).
• As ligas da série 2xxx são facilmente soldáveis por este processo.
Principais dificuldades:
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Caracterização do Alumínio
Soldabilidade das ligas vazadas
A soldabilidade destas ligas é bastante influenciada pelo tipo
de fundição (moldes, fundição à pressão, areia), dado que o
estado de superfície da peça é de primordial importância
para o sucesso da operação de soldadura.
Ligas soldáveis: 319.0; 355.0; 356.0 443.0; 444.0; 520.0;
535.0; 710.0; 712.0
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Soldadura do Al e suas ligas
Processo Brasagem
• A brasagem do alumínio é um processo muito antigo e prático de fazer ligação de componentes e que continua a ter largo campo de aplicação, nomeadamente em situações que os outros processos correntes não conseguem (ex. peças de acesso difícil).
• Uma desvantagem do processo é que todo o conjunto tem de ser aquecido à temperatura de brasagem, próxima da fusão do MB, sendo necessários fixar os componentes para evitar distorções devidas ao seu próprio peso (juntas auto-fixantes,uso de gabaritos).
• As ligas TT podem ser temperadas mergulhando-as em água e se necessário, submetê-las a um tratamento de envelhecimento.
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Soldadura do Al e suas ligas
Processo Brasagem
• Necessita de fluxos desoxidantes activos (corrosivos), que devem
ser eliminados após a soldadura, normalmente com lavagem de
água quente, embora existam no mercado fluxos não corrosivos.
• A diferença de temperatura entre o MB e o MA é normalmente
muito estreita, dificultando a brasagem.
• Exige soldadores experientes para controlarem a temperatura de
trabalho sem fundirem o MB.
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Soldadura do Al e suas ligas
Processo Brasagem
Métodos de brasagem usuais no alumínio:
• Brasagem a maçarico
• Brasagem automática a chama
• Brasagem em forno
• Brasagem por imersão em banho de sal
• Brasagem a vácuo
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Soldadura do Al e suas ligas
Processo Brasagem
Ligas de alumínio (trabalháveis)
• A maioria das ligas de alumínio podem ser ligadas por brasagem.
• Ligas NTT:
Dentro deste grupo as mais fáceis de soldar são as séries 1xxx (1050 e 1100) e 3xxx (3003, 3004). As ligas da série 5xxx com Mg>2,0% são difíceis de brasar , porque os fluxos disponíveis comercialmente não conseguem remover eficientemente os óxidos (excepção: 5005).
• Ligas TT
As ligas deste grupo brasáveis são a 6061 e 6063. As ligas da série 2xxx e as ligas 7001, 7075 e 7018 não são recomendadas para brasagem por não existirem ligas adequadas (tf MB<tf MA).
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Soldadura do Al e suas ligas
Processo Brasagem
Ligas de alumínio (vazadas)
• As ligas de alumínio fundidas são pouco adequadas ao processo por apresentarem características que dificultam a brasagem:
• Superfície rugosa, dificultando a molhagem e a capilaridade.
• Possuem gases e contaminantes em quantidades significativas, que se expandem durante a brasagem, criando um efeito de empolamento
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Soldadura do Al e suas ligas
Processo Brasagem
Metais de adição para brasagem
• Os metais de adição usados na brasagem do alumínio, são ligas Al-Si de composição eutética ou próximo dela, que têm um ponto de fusão mais baixo que as ligas a brasar, embora existam MB com ponto de fusão mais baixo, sendo por isso impraticável a brasagem.
• O metal de adição mais usual é o 4047- AlSi12 (12% Si) com temperatura de fusão mais baixa que o alumínio (577-582ºC)
• Os metais de adição estão disponíveis nas formas usuais, vareta, folha, pó e pasta metálicos misturados com fluxo e chapa “Clad” (com revestimento de metal de adição de um ou dos dois lados).
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Soldadura do Al e suas ligas
Processo Brasagem
Tipos de juntas
• As juntas recomendadas para brasagem do alumínio são as do tipo T e sobrepostas.
• É importante ter em consideração a folga da junta para garantir a capilariedade, sendo usual para os vários métodos folgas entre 0,13 e 0,25 mm.
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Soldadura do Al e suas ligas
Processo Brasagem (fraca)
• O alumínio e ligas também podem ser ligadas por brasagem fraca.
• Todos os aspectos apresentados anteriormente relativamente à brasagem forte são aplicáveis a esta brasagem.
• Os metais de adição, no caso da brasagem fraca, são à base de estanho, zinco cádmio e chumbo.
• As brasagens mais resistentes mecanicamente e à corrosão são as que contêm zinco.
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Soldadura do Alumínio e suas ligas
Processo LASER
• Principais vantagens:
- Processo rápido
- Flexível
- Menores entregas térmicas
- Menores ZTA’s
- Baixa distorção
- Automatização
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Soldadura do Alumínio e suas ligas
Processo LASER
• Principais desvantagens:
- Reflexividade
- Alinhamento rigoroso
- Dilatação elevada
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Soldadura do Alumínio e suas ligas
Processo OXIGÁS
Processo Oxigás:
• O processo Oxigás é utilizado apenas em reparações e soldaduras sem exigências de resistência mecânica.
• A sua principal vantagem é a simplicidade do equipamento.• As suas maiores desvantagens são a necessidade de fluxo
desoxidante, a baixa velocidade do processo, a largura da ZTA, as deformações e as imperfeições.
• É usado principalmente em pequenas espessuras.• É recomendável o uso do acetileno, com um ligeiro excesso, para
evitar a formação de óxidos.• O desoxidante, que é muito corrosivo, deve ser eliminado logo
após a soldadura, normalmente com lavagem de água quente.
![Page 139: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/139.jpg)
•O alumínio pode ser soldado com eléctrodos revestidos, usando uma fonte de energia com característica estática de corrente constante.
•As principais dificuldades residem na volatização do Aldurante a transferência (lenta), na necessidade de eliminação do óxido e no fácil abatimento do MB.
•O processo SER é pouco utilizado devido à falta de homogeneidade do cordão de soldadura e apenas em reparações, pequenas soldaduras e pouco importantes.
Soldadura do Alumínio e suas ligas
Processo SER
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Soldadura do Alumínio e suas ligas
Processo SER
Principais aspectos a ter em conta no processo SER:
• Os eléctrodos para soldadura do alumínio são muito absorventes de humidade. As embalagens devem ser estanques e uma vez abertas os eléctrodos devem ser conservados bem secos.
• Deve ser feita uma boa limpeza do MB e do eléctrodo.
• Necessidade de pré-aquecimento do MB em espessuras grandes e peças complicadas.
• Eliminação da escória entre passes e no final da soldadura devido ao seu caracter corrosivo e tenaz, por intermédio de meios mecânicos (escova e picadeira) e lavagem com água quente ou dissolvente.
• A espessura mínima a soldar é de 3 mm. Acima de 6 mm deve ser feito um chanfro em V (60 a 90º). Para espessuras maiores é usado um chanfro em U.
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Soldadura do Alumínio e suas ligas
Processo SER
Principais aspectos a ter em conta no processo SER (cont.):
• Os eléctrodos para soldadura do alumínio são basicamente de 2 tipos: alumínio puro (1100) e alumínio-silício (4043);
• Alguns fabricantes disponibilizam outros metais de adição de acordo com necessidades específicas, produzidos a partir de metais de base existentes, em fio ou vareta, adicionando-lhe revestimento com fluxo desoxidante;
• Os eléctrodos de alumínio trabalham em corrente DC+
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8- Metais de adição
![Page 143: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/143.jpg)
Metais de adição
• Os metais de adição utilizados pelos vários processos, para soldadura do alumínio, seguem as especificações de materiais da secção II do ASME, parte C (Varetas, eléctrodos e Metal de adição), especificamente a norma AWS A5.3 e A5.10 “Aluminum and Aluminum Alloys Bare Welding Rods and Electrodes”.
• Tanto os eléctrodos como as varetas e fios são classificados com base na composição química da liga utilizada na sua fabricação.
• A nomenclatura que a especificação A5.10 usa para classificar os consumíveis é composta por 4 dígitos (“Aliminum Associaton”) precedidos das letras E para eléctrodos, ER para fios e varetas.
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Escolha do metal de adição
• O metal de adição deve originar, após a diluição no metal
de base, uma composição fora dos pontos de elevada
susceptibilidade à fissuração.
• A diluição depende de:
- Volume de metal depositado
- Penetração no M.B.
![Page 145: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/145.jpg)
Escolha do metal de adição
• A escolha do metal de adição mais adequado para soldar os
diversos materiais nas variadas aplicações pode ser simples,
como no caso de estruturas fabricadas com ligas correntes.
• No caso de ligas complexas e fabricações com requisitos
especiais, a definição do material de adição mais adequado é
bastante mais complicado, exigindo um estudo criterioso.
![Page 146: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/146.jpg)
Escolha do metal de adição
A escolha do metal de adição, em particular para os processos MIG
e TIG, é baseada nos seguintes factores:
- Composição química do material (liga);
- Aspectos metalúrgicos;
- Aspectos mecânicos;
![Page 147: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/147.jpg)
Escolha do metal de adição
• Composição química do MB
• Geometria da junta
• Diluição
• Resistência mecânica e ductilidade do MA
• Tendência à fissuração a quente
• Resistência à corrosão em serviço
• Comportamento do MA em temperaturas elevadas
• Fluidez do MA
• Alimentação de fio no processo MIG
• Diferença de tonalidade entre o MB e o MA
![Page 148: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/148.jpg)
Escolha do metal de adição
A escolha do metal de adição deve responder aos seguintes factores:
• Evitar a fissuração da soldadura
• Ter uma resistência mecânica compatível com o MB
• Ter boa resistência à corrosão
• Ter boas propriedades à temperatura de serviço
• Ter cor semelhante ao MB após anodização
![Page 149: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/149.jpg)
Escolha do metal de adição
• As ligas não tratadas térmicamente, regra geral, podem ser soldadas com MA com composição semelhante ao MB, por forma a minimizar a fissuração;
• As ligas tratadas térmicamente devem ser soldadas com um MA com uma temperatura de fusão inferior ao MB e uma resistência mecânica o mais próxima possível do MB.
• A sensibilidade à fissuração pode ser minimizada usando MA com teores de Si e Mg relativamente elevados.
![Page 150: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/150.jpg)
Escolha do metal de adição
Resistência mecânica compatível com o MB:
• Para soldadura das ligas NTT o consumível deverá ter uma resistência mecânica idêntica ao MB (valores obtidos no estado bruto de soldadura).
• Nas ligas TT a escolha do MA é mais limitada, dado que a resistência mecânica a considerar deverá ser a obtida após TT, e os consumíveis não são especialmente adaptados aos mesmos TTsofridos pelo MB.
• O metal de adição da série 2xxx, ER 2319, produz juntas soldadas com boas propriedades após TT nas ligas 2219 e 2014.
• Os MA das séries ER 1xxx ou 5xxx produzem cordões com muito boa ductilidade, sendo por isso usados nas soldaduras onde se pretende boa deformação plástica após soldadura.
![Page 151: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/151.jpg)
Escolha do metal de adição
Resistência á corrosão:
• O MA a seleccionar para resistir ao ambiente corrosivo específico deve em princípio ter uma composição química idêntica ao MB.
• Os metais de adição de alto teor de Mg têm, regra geral, uma boa resistência à corrosão generalizada; no entanto a sua utilização na soldadura de ligas das séries 1xxx, 3xxx ou 6xxx poderá criar zonas anódicas.
![Page 152: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/152.jpg)
Escolha do metal de adição
Propriedades à temperatura de serviço:
• Regra geral, os metais de adição recomendados nas tabelas fornecidas pelos fabricantes são adequados a trabalharem nas mesmas temperaturas dos MB.
• Alguns metais de adição da série 5xxx com teor de Mg>3%, como os ER 5356, Er 5556 e ER 5654, não deverão ser usados em temperaturas de serviço < 60ºC, por poderem originar fissuração por corrosão sob tensão.
![Page 153: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/153.jpg)
Escolha do metal de adição
Coloração idêntica ao MB após tratamento de anodização :
• A composição química do MA influencia a coloração da soldadura após anodização.
• Os elementos que mais contribuem para este efeito são o Si e o Cr.
• O silício torna as soldaduras escuras (cinzentas ou negras).
• O crómio produz uma coloração amarelada.
• As ligas 1xxx , 3003, 5005 e 5050 podem ser soldadas com o metal de adição ER 1188, sem grande diferença de cor.
• As ligas das séries 5xxx e 6xxx podem ser soldadas com o metal de adição ER 5356, sem grande diferença de cor.
![Page 154: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/154.jpg)
Metais de adição usuais
• Alumínio puro: 1100 e 1188
• Alumínio Cobre: Liga 2319
• Alumínio Silício: Ligas 4043, 4643, 4047 e 4145
• Alumínio Magnésio: Ligas 5356, 5183 e 5556
• Alumínio Magnésio: Liga 5554
• Alumínio Magnésio: Liga 5654
• Casos especiais
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Metais de adição
Alumínio puro (Al)
• Muitas aplicações industriais nas áreas da electricidade e da química usam alumínio puro ou com pequenas adições de elementos de liga na sua soldadura.
• As ligas mais usadas são a 1100 e a 1188
• A liga 1100 é mais corrente e contém uma pequena % de Cu.
• A liga 1188 não contém cobre mas possui tolerâncias mais apertadas para as impurezas, daí a sua maior aplicação em situações de maior resistência à corrosão.
![Page 156: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/156.jpg)
Metais de adição
Ligas 2319 (Al-Cu)
• Esta liga tem uma composição química idêntica ao MB.
• É utilizada para soldar as ligas forjadas Al-Cu 2014, 2036, e 2219 e as ligas fundidas da mesma familia.
• Consegue uma resistência mecânica e ductilidade maiores que as ligas da série 4xxx (Al-Si) sempre que as juntas soldadas forem submetidas a T.T.
![Page 157: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/157.jpg)
Metais de adição
Ligas 4043, 4643, 4047 e 4145 (Al-Si)
• Destas ligas, a 4043 (AlSi5) foi desenvolvida para a soldadura das ligas tratáveis térmicamente, em particular da série 6xxx.
• Possui uma boa fluidez, molhagem e baixo ponto de fusão e é menos sensível à fissuração com as ligas da série 6xxx.
• Produz um acabamento superficial do cordão brilhante.
• Estas ligas não são adequadas à soldadura das ligas com Mg (5xxx), devido à formação de um composto Mg-Si que provoca uma diminuição da ductilidade e aumento da tendência à fissuração.
![Page 158: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/158.jpg)
Metais de adição
Ligas 4043, 4643, 4047 e 4145 (Al-Si)
• A liga a 4643 (AlSi5) contém uma pequena % de Mg, sendo indicada para soldar MB da série 6xxx com espessuras > 10 mm e que após a soldadura sejam submetidas a T.T. de solubilização.
• A composição química do cordão de soldadura, pelo facto de o MA conter Mg, responde melhor ao T.T. de solubilização, sem depender tanto da diluição como seria o caso se o MB fosse a liga 4043.
![Page 159: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/159.jpg)
Metais de adição
Ligas 4043, 4643, 4047 e 4145 (Al-Si)
• As ligas 4047 e 4145 foram desenvolvidas especialmente para o processo de brasagem, tendo por essa razão temperatura de fusão mais baixa e muito boa fluidez.
• A 4047 pode ser usada em substituição da 4043, dado ter mais Si (~12%) e desse modo minimizar a tendência para a fissuração a quente e produzir cordões com resistência ao corte ligeiramente superior.
• A liga 4145 além da brasagem também pode ser usada em MB da (série 2xxx: Al-Cu) tanto trabalháveis como fundidas, embora com resistência inferior à 2319.
![Page 160: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/160.jpg)
Metais de adição
Ligas 5356, 5183 e 5556 (Al-Mg)
• Estas ligas estão indicadas, em primeiro lugar, para soldar as
ligas Al-Mg (série 5xxx), que contêm alto teor de Mg (5%).
• A 5356 é a mais universal de todas as ligas usadas na
soldadura do Al, devido à sua compatibilidade com a maioria
dos MB, por apresentar boa resistência mecânica e também
por ser mais rígida, o que melhora a alimentação de fio no
processo MIG. .
![Page 161: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/161.jpg)
Metais de adição
Ligas 5356, 5183 e 5556 (Al-Mg)
• A liga 5183 têm uma resistência mecânica ligeiramente superior à 5356, sendo por isso uma alternativa sempre que se pretenda maior resistência.
• A 5556 é também outra alternativa ás anteriores sendo a que apresenta resistência mais elevada.
• Qualquer destas ligas pode soldar além das ligas da série 5xxx entre si ou com ligas da série 6xxx e 7xxx, tratadas térmicamente, salvo em aplicações sob tensão, por períodos prolongados e temperaturas de serviço acima dos 650ºC (exemplo: reservatórios sob pressão, navios petroleiros com carga aquecida, etc)
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Metais de adição
Liga 5554 (Al-Mg)
• A liga 5554 foi especialmente desenvolvida para soldar o MB do tipo 5454, desenvolvido para aplicações em temperaturas elevadas, não sendo sensível à corrosão sob tensão.
• As ligas 5454 e 5554 contêm um teor de Mg<3%, fundamental para poderem ser usadas em altas temperaturas.
• A liga 5554 é recomendada para soldar juntas dissimilares entre o MB 5454 e as ligas da série 6xxx, devido à sua menor sensibilidade à fissuração.
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Metais de adição
Ligas 5654 (Al-Mg)
• Uma aplicação típica do alumínio são os reservatórios para armazenamento de água oxigenada (peróxido de hidrogénio), que é muito reactivo, exigindo por isso ligas especiais, em particular com elevada pureza, para resistir à corrosão.
• O metal de adição 5654, tal como o MB, é fabricado com controle muito apertado das impurezas, em especial Cu e Mn.
• Esta liga não deve ser usada em aplicações que trabalhem a temperaturas altas devido ao teor de Mg>3%.
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Metais de adição
Casos especiais
• Existem situações em que apesar das indicações apontarem para
determinado metal de adição, é aconselhável outra liga.
• Por exemplo a 4043, embora indicada para soldar MB da série 6xxx, é substituída por um MA da série 5xxx, sempre que o MB sofrer um tratamento de anodização, que não produz uma coloração tão cinzenta escura (estética).
• Igualmente o MA da série 1xxx, recomendado para aplicações químicas e eléctricas, pode ser substituído por MA da série 4xxx e mesmo da série 5xxx, apesar de terem piores características, mas que têm melhor comportamento na alimentação de fio.
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Metais de adição
Composição química do MB• A composição química do MB e a geometria da junta determinam
se o MA é adequado à soldadura.
• O alumínio puro e as ligas que têm um intervalo de fusão estreito, de uma maneira geral, podem ser soldados sem grandes problemas e nos casos de pequenas espessuras mesmo sem metal de adição.
• As ligas que apresentam intervalos de fusão mais largos são mais susceptíveis à fissuração, necessitando por isso uma escolha mais judiciosa do metal de adição.
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Metais de adição
Diluição• As propriedades do metal depositado estão relacionadas com a sua
composição química, a qual é resultante da diluição MB/MA.• A maior ou menor diluição tem uma influência directa no
comportamento da junta soldada em serviço, a resistência mecânica, ductilidade, tendência à fissuração, resistência à corrosão, comportamento ao T.T. etc.
• O nível da diluição varia com o perfil da junta, processo e procedimento de soldadura.
• A tendência à fissuração geralmente diminui com baixa diluição, de forma mais acentuada nas ligas tratadas térmicamente.
• As juntas com chanfro em V têm menor diluição do que com bordos direitos,
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Metais de adição
Velocidade de arrefecimento
• A velocidade de arrefecimento influencia a estrutura do grão, com consequências nas propriedades mecânicas;
• Uma velocidade elevada origina uma estrutura de grão mais fino, e portanto melhor resistência mecânica, mas com maior tendência à fissuração;
• A velocidade de arrefecimento depende da espessura do MB, da entrega térmica (função do processo de soldadura) e do pré-aquecimento que eventualmente tenha sido dado.
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Metais de adição
Armazenamento dos metais de base e dos consumíveis
É fundamental garantir o bom armazenamento dos metais de base e de
adição para evitar humidade e impurezas, que originam defeitos na
soldadura do alumínio, independentemente do processo de soldadura.
Para evitar contaminações, os consumíveis de soldadura deverão ser
armazenados em local seco e com temperatura uniforme e conservados
nas suas embalagens de origem.
Alguns tipos de eléctrodos (série 5xxx) são muito higroscópios,
devendo ser armazenadas em locais com humidade controlada (<35%).
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Metais de adição
Armazenamento dos metais de base e dos consumíveis
A movimentação, manuseamento e trabalhos dos materiais, chapas,
tubos, perfis, etc, deve ser feita com o máximo cuidado para diminuir
as operações de limpeza posteriores.
Deve ter-se em atenção a diferença de temperatura entre o armazém e o
local de trabalho, que pode dar origem a condensações, (porosidades).
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9- Gases de protecção
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Gases de protecção
Os processos MIG e TIG usam principalmente o Argon como gás de protecção, embora em determinadas aplicações o Hélio seja utilizado em misturas com o Argon.
O Argon tem um papel importante na decapagem catódica no processo TIG e além disso produz um arco estável.
O Hélio aumenta a potência do arco, por conseguinte a penetração e melhor eficiência na entrega térmica.
Devido à baixa densidade do He é necessário aumentar o caudal de gás.
O He não consegue uma decapagem do óxido tão eficaz como o Argon.
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Gases de protecção
Alguns fabricantes de gases têm apresentado misturas contendo baixos teores de O2 com o argumento que aumenta a penetração.
No entanto, no caso das ligas contendo Mg o seu efeito pode ser contraproducente levando à sua queima.
Outras misturas contendo N2 e NO são comercializadas com o argumento da melhoria da penetração.
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Gases de protecção
• Argon , Hélio e misturas de ambos são usados como gases de
protecção nos processos TIG, MIG e Plasma;
• O Argon é usado em soldadura manual de espessuras finas, ou
em materiais com baixa condutibilidade térmica;
• Hélio ou uma mistura 75%He+25% Ar é adequada para
soldadura automática de espessuras finas, soldadura manual de
espessuras maiores, ou soldadura de materiais de elevada
condutibilidade térmica;
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10- Recomendações gerais
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Soldadura do Alumínio e suas ligas
Recomendações gerais
Normas práticas a ter em consideração para a soldadura do Al:
• Limpeza dos materiais base e de adição
• Boa preparação da junta
• Acessibilidade
• Método apropriado para controle das distorções
• Pingagem
• Pré-aquecimento
• Tratamento após soldadura
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• A preparação das juntas para soldadura, nos processos TIG e MIG,
são descritos na EN ISO 9692-3 parte 1.
• Nas juntas topo a topo, num único passe, é recomendável abrir um
pequeno chanfro, nos bordos das chapas do lado reverso.
• As juntas para soldadura do Al devem ser mais abertas que no
aço , para evitar faltas de fusão e inclusões de óxidos.
Preparação das Juntas
Soldadura do Alumínio e suas ligas
Recomendações gerais
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Soldadura do Alumínio e suas ligas
Recomendações gerais
Limpeza e preparação dos MB e MA
• As operações de corte e chanfro podem ser feitas pelo processo plasma, ou por meios mecânicos (mais usuais).
• É muito importante limpar as juntas antes de iniciar a soldadura, eliminando todos os sinais de gordura, óleos ou óxidos. Podem usar-se dissolventes alcalinos, que não são tóxicos, ou de forma mais pratica com um trapo embebido em álcool ou acetona. As superfícies devem estar completamente secas antes de começar a soldar (poros).
• O óxido deve ser eliminado, após o desengorduramento, com escovas de inox ou disco abrasivo, com o cuidado de evitar que contactem com outros materiais.
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Soldadura do Alumínio e suas ligas
Recomendações gerais
Pingagem
• Esta operação deve ser feita com cuidado e os pingos sendo eliminados à medida que a soldadura avança.
• No caso de os pingos serem incorporados eliminar as fissuras e os eventuais defeitos, por forma a permitir uma boa fusão destes.
• Regra geral, a distância entre pingos deve ser de 20x a espessura.
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Soldadura do Alumínio e suas ligas
Recomendações gerais
• O pré-aquecimento é necessário sempre que não se consiga um
banho de fusão suficiente, sobretudo em juntas de maior espessura.
• O pré-aquecimento é também uma medida preventiva para evitar
tensões residuais e prováveis fissurações, criadas pelo gradiente
térmico entre o cordão e a ZTA.
• O pre-aquecimento nas ligas de Al não deve ser superior a 205ºC, e
nas ligas endurecíveis por precipitação a temperatura de pré-
aquecimento deve ser ainda menor, para minimizar a
ocorrência de super-envelhecimento.
Pré-aquecimento
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Soldadura do Alumínio e suas ligas
Recomendações gerais
Tratamentos térmicos após soldadura
• Por vezes realiza-se um T.T. para melhoria das propriedades mecânicas das ligas tratáveis térmicamente.
• Também se fazem T.T. para diminuir as tensões internas.
• Pode ser benéfico realizar uma martelagem dos cordões de soldadura, embora só deva ser aplicada em grandes espessuras.
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11- Técnica operatória
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Técnica operatória
Na soldadura do alumínio deve usar-se sempre a tocha na posição
vertical ou com um ângulo de 60-80º, e soldar para a esquerda
(push), que proporcionam:
- Boa protecção gasosa;
- Boa forma do cordão;
- Cordão limpo, sem fumo na superfície;
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![Page 184: 2.20 - Aluminio e Suas Ligas](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022033013/563db8f1550346aa9a986b9b/html5/thumbnails/184.jpg)
12- Síntese conclusiva
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Síntese Conclusiva
• O alumínio e as suas ligas distinguem-se dos outros metais e
ligas industriais por terem uma relação resistência mecânica/peso
muito elevada, boa condutibilidade eléctrica, aliada a uma boa
resistência à corrosão.
• Regra geral são soldáveis , embora algumas apresentem
dificuldades consideráveis.
• Os processos MIG e TIG são os mais aconselhados, dado serem
capazes de fornecerem a potência calorífica necessária.
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Referências Bibliográficas
Metalurgia da soldadura ( Dias Lopes e R.M. Miranda- ISQ)
GSI SLV- Aluminum and Aluminum Alloys I
Welding Book- 8ª Edição
Welding- Lincoln Electric
Alumínio e suas ligas-OGMA (2003)
Manual de soldagem-Alumínio e suas ligas- ALCAN
Aluminum Welding- Kemppi
Infomet- Artigos diversos