Apostila Manual de Soldagem - Alcan

Prefcio

D

Desenvolvimento industrial e tecnologia so duas palavras que no podem ser utilizadas parte uma da outra. Ambas estaro sempre juntas em qualquer poca, em qualquer lugar. Tecnologia pressupe conhecimento adquirido. Conhecimento, por sua vez, nos lembra livros. por demais conhecida a carncia de literatura tcnica especializada e livros produzidos e editados em lngua portuguesa. A AIcan Alumnio do Brasil S/A vem dedicando um grande esforo na diminuio do atraso tecnolgico e na ampliao do conhecimento dos engenheiros e projetistas nacionais. A criao de um Centro de Tecnologia de Soldagem em 1986 foi um primeiro passo neste sentido. Criado com a finalidade de prestar servios de assessoria em prticas e teoria de soldagem para empresas que utilizam o alumnio como matria-prima, o Centro de Soldagem j efetuou dezenas de palestras tcnicas, treinou supervisores, engenheiros e soldadores de diversas empresas. A soldagem do alumnio, consolidada nos anos 40 nos Estados Unidos e Europa, esteve praticamente desconhecida no Brasil durante muitos anos. A idia de que no era possvel soldar alumnio permaneceu por longos anos em nosso meio industrial. At meados da dcada de 70 a soldagem do alumnio e suas ligas era, no Brasil, uma prtica metalrgica de poucos iniciados. Sua maior aplicao ocorreu deste perodo em diante e, temos muito orgulho em afirmar que a Alcan Brasil e o Centro de Soldagem em muito contriburam para isto. Neste trabalho de divulgao dos procedimentos modernos de soldagem do alumnio a maior carncia que verificamos era a falta de uma literatura em lngua portuguesa. Os anos de experincia prtica acumulada, do constante estudo e atualizao terica e prtica de nosso corpo tcnico resultaram em algo que nos muito caro e muito nos orgulha: Um livro. este livro que dedicamos e oferecemos indstria brasileira para atualizar o seu conhecimento sobre soldagem do alumnio, de tal forma que se possa obter as mximas vantagens das propriedades inerentes a este metal. Este livro foi produzido para servir como um manual bsico no ensino de todos os aspectos da soldagem do alumnio para todos os nveis de pessoal industrial, incluindo soldadores, supervisores, instrutores, projetistas, engenheiros de soldagem e sua gerncia. Soldar, como tudo na vida, requer vivncia prtica. Para aprender, os soldadores devem soldar, os supervisores devem testar e inspecionar soldas reais, os engenheiros devem estabelecer prticas de trabalho e os projetistas devem resolver problemas reais de projeto de juntas soldadas. Este livro contm a teoria bsica e encaminha o trabalho prtico, fornecendo instrues adequadas para o pessoal envolvido com a produo de componentes soldados. Particular ateno dada aos processos de soldagem por arco eltrico sob atmosfera inerte MIG e TIG que so, de longe, os processos mais utilizados em todo o mundo. E nossa inteno, num futuro prximo, produzir e divulgar outros processos cuja aplicao prtica ainda restrita em nosso pais. Apresentamos este livro com a esperana de que ele possa esclarecer muitas de suas dvidas, permitir a voc produzir componentes soldados de alta qualidade ao menor custo e lhe dar uma idia a respeito de que realmente deve ser feito para solidar o alumnio Alcan. Para maiores esclarecimentos, utilize nossos servios de assistncia ao cliente: (011) 446-8271 e 446-8039. Atenciosamente, Alcan Alumnio do Brasil S/A

CAPTULO 1

Alumnio e suas Ligas

Perfis Extrudados

CAPTULO 1Alumnio e suas ligas

INTRODUONeste captulo as propriedades fsicas, qumicas e mecnicas mais importantes do alumnio e suas ligas so relacionadas e discutidas, bem como realada a influncia de cada uma delas na soldabilidade do metal. A Tabela 1, na pgina 1.4, mostra de maneira comparativa algumas propriedades fsicas do alumnio, cobre, ao, ao inoxidvel, lato e magnsio.

te, para a soldagem de seces similares, os equipamentos de solda por resistncia para o alumnio precisam ter capacidade de energia til out put muito maior do que aqueles que so normalmente utilizados para o ao. Condutividade Trmica Tambm uma das mais altas encontradas entre os metais. A Tabela 1 mostra que a condutividade trmica do alumnio metade em relao do cobre e aproximadamente cinco vezes a do ao. O efeito desta propriedade na soldagem muito importante e discutida mais adiante sob o ttulo Soldabilidade. Ponto de Fuso O ponto de fuso do alumnio 660oC, mas torna-se menor quando elementos de liga so adicionados. A Tabela 1 mostra a comparao entre os pontos de fuso dos materiais usuais. O efeito desta propriedade na soldabilidade discutido a seguir sob o ttulo Soldabilidade. Mdulo de Elasticidade O mdulo de elasticidade determinado pela fora necessria para produzir uma dada deformao no permanente em um material (regime elstico). Define-se como sendo a razo da tenso por unidade de deformao. A Tabela 1 mostra que o mdulo de elasticidade do ao trs vezes maior que o do alumnio. A experincia tem demonstrado que muitas pessoas supem que tal razo 3:1 requer tambm uma razo 3:1 de espessura para igual flexo. Entretanto, a flexo no uma razo direta do mdulo de elasticidade, mas precisamente uma funo inversa do momento de inrcia (I) multiplicado pelo mdulo de elasticidade (E), nas vrias frmulas para o clculo da flexo. Em uma chapa plana, por exemplo, esta razo 3:1 requer que o valor de I seja trs vezes maior para manter igual a flexo quando sobre um certo recorte de chapa aplica-se um dado peso. Uma vez que o momento de inrcia de um recorte de chapa plana calculado pela expresso Wt3: 12, onde t a espessura do material e W a largura da chapa, necessrio aumentar a espessura da chapa pela raiz cbica de 3. O peso de uma chapa de alumnio requerido para igualar a sua rigidez com uma de ao (1 : 2,8). 1,442, que equivale a 51% do peso da de ao. Coeficiente de Expanso Linear O coeficiente de expanso linear de um dado material uma medida da variao do seu comprimento com a variao da sua temperatura. Define-se como o acrscimo de comprimento verificado por um determinado material para cada elevao no grau de temperatura. Como

PROPRIEDADES FSICAS Densidade A densidade a mais conhecida das caractersticas fsicas do alumnio e a mais interessante do ponto de vista de engenharia. Como mostra a Tabela 1, a densidade do alumnio a menor de todos os metais listados, exceto o magnsio. Esse baixo valor faz com que o alumnio possa competir com outros metais, em base de peso, mesmo quando estes apresentam melhores propriedades em base volumtrica. A menor densidade do alumnio, quando comparada com a do ao (cerca de trs vezes menor), no tem nenhuma relao direta com a soldagem. Entretanto, a maior facilidade de manuseio das lminas e subconjuntos antes e aps a soldagem uma vantagem significativa que deve ser levada em considerao.

Condutividade Eltrica A condutividade eltrica difere de metal para metal e para o alumnio de liga para liga. A Tabela 1 mostra que, para os metais mais comuns, o cobre tem a mais alta condutividade. O alumnio comercialmente puro o mais prximo, com 60% do valor do padro internacional do cobre (IACS). Ainda assim, apesar de um condutor de alumnio precisar ter 1,67 vezes da rea da seco transversal de um condutor equivalente de cobre, o seu peso somente a metade do valor deste ltimo, devido a sua densidade ser aproximadamente um tero se comparada com a do cobre. Este um exemplo de que modo duas propriedades - baixa densidade e alta condutividade -proporcionam ao alumnio uma vantagem sobre outros materiais, e explica a razo do uso crescente do alumnio nos setores de transmisso e distribuio de energia eltrica. A condutividade eltrica tem pouca influncia na soldagem por fuso. Entretanto, uma propriedade muito importante para os materiais que so soldados por resistncia. A resistncia oferecida ao fluxo de corrente de soldagem gera calor e este ltimo importante para se atingir o ponto de fuso do metal e promover a unio. Quanto maior a condutividade eltrica do alumnio, correntes maiores sero necessrias para produzir o mesmo efeito de aquecimento em comparao com o ao. Conseqentemen-


mostra a Tabela 1, o coeficiente de expanso linear do alumnio aproximadamente duas vezes o do ao. O efeito desta propriedade na soldagem do alumnio discutido no pargrafo sob o ttulo Soldabilidade. Calor Especfico O calor especfico de um material uma medida da quantidade de calor requerida para elevar sua temperatura. Define-se como a quantidade de calor necessria para produzir um dado aumento de temperatura em um dado peso de um material comparado com a quantidade de calor requerida para produzir a mesma variao de temperatura no mesmo peso de gua. A Tabela 1 fornece o calor especfico do alumnio e de outros materiais. O calor especfico uma propriedade dos materiais importante do ponto de vista da soldagem e discutida mais adiante sob o tema Soldabilidade. Calor Latente de Fuso O calor latente de fuso o calor absorvido quando uma substncia passa do estado slido para o estado lquido sem acrscimo na temperatura. No alumnio, o calor latente relativamente pequeno comparado a outros fatores e seu efeito sobre a soldagem por fuso do alumnio usualmente desconsiderado.

PROPRIEDADES QUMICAS caracterstica do alumnio e suas ligas, a formao natural de um filme de xido (Al2O3) sobre a sua superfcie. A espessura do xido logo no incio de sua formao cerca de 15 (1,5 mm), mas a taxa de crescimento subseqente decresce de modo que a espessura de xido normal fica em torno de 25 - 50 (2,5 - 5,0 mm). Embora a camada de xido seja extremamente fina, ela suficiente para proteger o metal contra o ataque dos mais diversos meios corrosivos. Isto justifica a excelente resistncia corroso apresentada pelo alumnio e suas ligas. E essa resistncia pode ser aumentada por meio da anodizao, que um crescimento artificial (por meios eletroqumicos) dessa camada de xido. O filme de xido tenaz, aderente, impermevel e funde somente a 2052OC (cerca de trs vezes a temperatura de fuso do alumnio). Isto significa que tentar soldar por fuso o alumnio, sem primeiro remover o filme de xido, resulta na fuso do metal bem antes de o xido fundir-se e a coalescncia pode no ocorrer. Alm disso, a formao de uma nova camada durante a soldagem deve ser evitada quando pretende-se produzir soldas a nveis satisfatrios. Na soldagem a arco metlico e na brasagem isto se realiza por meio do fluxo. Nos processos de soldagem a arco metlico com proteo de gs inerte, o xido removido pela ao do arco eltrico e a formao

de um novo filme evitada pela ao do campo de gs protetor. O xido de alumnio possui ainda outras propriedades importantes, tais como: O xido muito duro, sendo o material de maior dureza depois do diamante. Por esta razo, xido de alumnio normalmente empregado como matria-prima abrasiva na fabricao de rebolos de esmeril. O xido muito duro, sendo o material de maior dureza depois do diamante. Por esta razo, o xido de alumnio normalmente empregado como matria-prima abrasiva na fabricao de rebolos de esmeril. sejam removidos totalmente depois da soldagem. A maior preferncia pelos processos de soldagem a arco protegido com gs inerte resulta da sua capacidade de remover o xido sem o uso de fluxos. A superfcie do xido de alumnio bem porosa, possibilitando a reteno de umidade ou contaminantes os quais podem ocasionar porosidade na solda. Isto muito comum nas ligas contendo magnsio, porque o xido de magnsio ou de magnsio-alumnio se hidrata com facilidade. Ento, prtica usual remover o xido da superfcie do metal, com uma escova, somente momentos antes da soldagem. O xido um isolante eltrico. Espessuras de xido normais no so suficientes para impedir a abertura do arco eltrico de soldagem. O mesmo no acontece com o material que foi anodizado cuja espessura do filme de xido impede a abertura do arco de soldagem.

PROPRIEDADES MECNICASO alumnio puro um metal que apresenta uma resistncia mecnica relativamente baixa, mas ductilidade elevada. Entretanto, por meio da adio de um ou mais elementos de liga, a sua resistncia pode ser substancialmente aumentada, embora mantenha valores de ductilidade bastante aceitveis. Como a maioria dos metais, o alumnio perde resistncia em temperaturas elevadas. Muitas aplicaes so projetadas com base nas propriedades das ligas em temperatura ambiente, embora alguns cdigos, tal como Seo VIII do ASME, reduzam os valores de tenses admissveis de projeto com o aumento da temperatura. Em baixas temperaturas a resistncia do alumnio aumenta sem perda de ductilidade, ou seja, a sua tenacidade no diminui com o abaixamento da temperatura; sendo esta a razo do seu uso cada vez mais crescente em aplicaes criognicas. O efeito das caractersticas do alumnio sobre a soldagem e, o inverso, o efeito da soldagem sobre suas propriedades sero tratados em detalhes no desenvolver deste manual.


OUTRAS PROPRIEDADESAntimagntica O alumnio e suas ligas so antimagnticos para a maioria dos fins prticos. O metal levemente paramagntico, acusando efeitos muito fracos em comparao com o feno, quando ambos se colocam em fortes campos magnticos (tal caracterstica importantssima em pontes de comando de navios). Antifagulhante O alumnio praticamente no desprende fagulhas quando atritado ou golpeado por objetos duros. Sua aplicao fundamental em lugares onde uma fagulha acidental poderia ser desastrosa, como, por exemplo, em ambientes explosivos ou altamente inflamveis. Refletividade A refletividade do alumnio pode chegar a 90% atuando em um largo espectro de comprimentos de onda, desde radiao ultravioleta, passando pelo espectro visvel, infravermelho, calor, at ondas de rdio e radar. Da sua grande aplicao em luminrias e refletores de luz e calor (os espelhos dos grandes telescpios so revestidos com um filme de alumnio coloidal). O alumnio pode atuar como blindagem de calor quando a sua transmisso feita por radiao (exemplo disso so as telhas de alumnio que refletem o calor do sol, mantendo a temperatura baixa no interior dos edifcios). Compostos de Reao Os produtos de reao do alumnio so geralmente atxicos e incolores, possibilitando o uso do metal em contato com alimentos, remdios e no processamento de tintas e fibras sintticas.

SOLDABILIDADECom a finalidade de melhor compreenso dos efeitos das propriedades fsicas na soldabilidade do alumnio, uma comparao com ao ser demonstrada. A condutividade trmica exerce uma grande influncia na soldabilidade, pois ela quase cinco vezes maior no alumnio do que no ao. Isto significa que o alumnio necessita de um fornecimento de calor cerca de cinco vezes maior do que o requerido para o ao, para uma mesma massa elevar sua temperatura localmente. Na prtica, isto significa o uso de uma fonte de calor com maior intensidade para que a soldagem seja bem sucedida. Numa primeira anlise, devido ao ponto de fuso do alumnio ser menor do que o do ao, pode parecer que o calor requerido para soldar o alumnio menor do que o requerido para soldar o ao. Entretanto, a alta condutividade trmica do alumnio compensa esta diferena entre as temperaturas de fuso; e, de fato, o alumnio necessita de pelo menos tanto quanto ou provavelmente mais calor do que o ao para ser soldado. A alta condutividade trmica, o alto coeficiente de expanso linear e a necessidade de maior aporte de calor podero causar considerveis distores durante a soldagem, se no forem utilizadas as velocidades de trabalhos mais altas possveis quando da soldagem do alumnio com fontes de calor mais intensas. Uma vantagem da alta condutividade trmica do alumnio, sob o ponto de vista do soldador, que ela proporciona uma rpida solidificao da poa de solda, tornando a soldagem do alumnio mais rpida que a do ao.


TABELA 1

PROPRIEDADES FSICAS APROXIMADAS DOS VRIOS MATERIAISPROPRIEDADES Densidade Condutividade Eltrica Condutividade Trmica a25oC Coeficiente de Expanso Linear Calor Especfico Mdio 0 - 100oC Calor Latente de Fuso Ponto de Fuso Mdulo de Elasticidade, E KJ / Kgo

SI

ALUMNIO KG/m3

COBRE 2700 62 222 8925 100 394

BRONZE 65/35 8430 27 117

AO 7800 10 46

AO INOX-304 7880 2 21 16,2 X 10-6 490 1426 200X103

MAGNSIO 1740 38 159 25,8 X 10-6 1022 372 651 45X103

% I.A.C.S. W/(m.C) 1/C J / (Kg.oC)

23,6 X IO-6 16,5 X 10-6 940 388 660 69 X 103 376 212 1083 110 X 103

20,3 X 10-6 12,6 X 10-6 368 930 103 X 103 496 272 1350 200 X 103

C

MPa

CAPTULO 2

Classificao das Ligas de Alumnio

Bobinas de Alumnio - Diversas Ligas

CAPTULO 2Classificao das ligas de Alumnio

INTRODUOAt aqui foi discutido o alumnio comercialmente puro, um metal que combina um conjunto de propriedades expressivas - leveza, alta ductilidade, boa resistncia corroso e excelentes condutividades trmica e eltrica. Entretanto, o alumnio puro apresenta baixa resistncia mecnica para aplicaes estruturais e, dessa forma, a maioria dos produtos em alumnio so obtidos a partir de uma liga, a fim de atingir as propriedades desejadas. A maior parte dessas ligas so solues slidas de um ou mais elementos metlicos dissolvidos na matriz de alumnio. Essas solues tm suas propriedades aumentadas por deformao plstica a frio (encruamento) ou por tratamento trmico. Os elementos de liga principais so: cobre (Cu), magnsio (Mg), mangans (Mn), silcio (Si) e zinco (Zn). Outros elementos so adicionados em quantidades menores, agindo como refinadores de gro ou para produzir propriedades especiais. Um grupo adicional de elementos indesejveis, encontrados nas ligas de alumnio em quantidades desprezveis, no apresentam efeito benfico e so considerados impurezas. Um desenvolvimento recente a introduo das ligas alumnio-ltio (Li), para aplicaes estruturais. Elas tambm contm adies de cobre (Cu) e, em alguns casos, magnsio (Mg), e so classificadas nas sries 2XXX ou 8XXX, dependendo de qual o elemento de maior teor.

o dos semimanufaturados so: laminao, extruso, trefilao e forjamento. Para identificar as ligas de alumnio trabalhveis utilizase um sistema de nmeros de quatro dgitos. O primeiro da designao serve para indicar o grupo da liga de acordo com o elemento qumico (ou elementos) que comparece em maior teor na composio da liga, como segue:

TABELA 2.1DESIGNAO DAS LIGAS TRABALHVEIS POR GRUPOSLIGA ABNT (NBR6834) PRINCIPAL ELEMENTO QUMICO DA LIGA Alumnio no-ligado de no mnimo 99,00% de pureza 2XXX 3XXX 4XXX 5XXX 6XXX 7XXX 8XXX 9XXX Cobre Mangans Silcio Magnsio Magnsio e Silcio Zinco Outros Elementos Srie no utilizada

1XXX

CLASSIFICAOEm face da infinidade de ligas de alumnio que existem e suas tmperas, uma classificao dessas ligas foi desenvolvida pela Aluminum Association (AA), que, atualmente, seguida por toda Amrica do Norte e por muitos outros pases do mundo. A norma brasileira que classifica as ligas de alumnio a NBR 6834, que compatvel com a publicada pela Aluniinum Association. Dependendo de como estas ligas so produzidas desde o lingote at o produto final, as ligas de alumnio so divididas em dois grandes grupos: - Ligas Fundidas e - Ligas Trabalhveis.

LIGAS TRABALHVEISAs ligas trabalhveis so aquelas em que a forma final do produto conseguida atravs de transformaes de um semimanufaturado (lmina, chapa, folha, perfil, vergalho, forjado) obtido tambm por transformao mecnica a frio ou a quente de um tarugo ou placa produzida pela solidificao do metal lquido. Os processos de transformao mais comuns na produ-

Os dois ltimos dgitos identificam a liga de alumnio ou indicam a pureza do alumnio. O segundo dgito indica modificaes na liga original ou nos limites de impurezas. No grupo 1XXX, alumnio no-ligado de no mnimo 99,00% de pureza, os dois ltimos dgitos da designao indicam os centsimos da porcentagem mnima de alumnio. Por exemplo: 1050: alumnio no-ligado com 99,50% de pureza; 1080: alumnio no-ligado com 99,80% de pureza. O segundo dgito indica modificaes nos limites das impurezas. O algarismo 0 (zero) indica o alumnio noligado que contm impurezas em seus limites naturais ou que no houve um controle especial, e os algarismos de 1 a 9 indicam que houve controle especial de um ou mais elementos presentes como impurezas. Por exemplo, 1050 indica uma liga com no mnimo 99,50% de alumnio sem controle especial de impurezas, e 1350 indica a mesma pureza (99,50% de alumnio), mas com controle de uma ou mais impurezas. Nos demais grupos de ligas (2XXX at 8XXX), os dois ltimos dgitos so arbitrrios, servindo somente para identificar as diferentes ligas do grupo. O segundo caracteriza modificaes da liga: o algarismo 0 (zero) indica a liga original e os algarismos de 1 9 indicam modificaes da liga original. Por exemplo, 5356 e 5456 so


modificaes da liga alumnio-magnsio 5056. Do mesmo modo, 2017 uma liga da srie alumnio-cobre e 2117 uma modificao desta. Ligas Trabalhveis No-Tratveis Termicamente As ligas trabalhveis no-tratveis termicamente so aquelas em que o aumento de propriedades mecnicas s pode ser conseguido por deformao a frio, tal como: laminao e trefilao. As propriedades assim obtidas so reduzidas pelo aquecimento acima de determinadas temperaturas, tal como acontece na soldagem; assim sendo, elas no podem ser restauradas, exceto por trabalho a frio adicional. As ligas trabalhveis no-tratveis termicamente so produzidas em vrias tmperas, de acordo com o grau de encruamento e, em geral, so das sries 1 XXX, 3XXX, 4XXX e 5XXX. O sistema de nomenclatura apresentado a seguir sob o ttulo Tmpera. Ligas Trabalhveis Tratveis Termicamente As ligas trabalhveis tratveis termicamente so aquelas que apresentam a caracterstica de reagir a tratamento trmico e, desse modo, conseguem um aumento aprecivel de resistncia mecnica, O calor gerado durante a soldagem reduz as propriedades mecnicas destas ligas. Contudo, as ligas tratveis termicamente podem ser retratadas aps soldagem, desde que a aplicao justifique esta operao e caso existam condies disponveis. Os tratamentos trmicos que proporcionam o aumento de resistncia mecnica destas ligas so a solubilizao e o envelhecimento. As ligas tratveis termicamente contm na sua composio qumica elementos de liga cuja solubilidade de um elemento ou um grupo de elementos no alumnio aumenta com a temperatura, e o limite de solubilidade excedido em temperatura ambiente ou em temperaturas baixas. Ao se aquecer a liga, esses elementos entram em soluo slida, podendo ser mantidos na soluo em temperatura ambiente desde que a liga seja resfriada rapidamente (solubilizao). Aps a solubilizao, a liga encontra-se em situao instvel - os elementos da liga tendem a sair da soluo slida, formando compostos intermetlicos precipitados na matriz. Esses precipitados so finos (da ordem de angstrons) e bem distribudos, e propiciando o endurecimento da liga. Essa precipitao (envelhecimento) pode ocorrer em temperatura ambiente (envelhecimento natural), para perodos mais longos (dias ou meses), ou ser acelerado pelo aquecimento na faixa 120 a 200oC, por algumas horas (envelhecimento artificial).

As ligas trabalhveis das sries 2XXX, 6XXX, 7XXX so tratveis termicamente. Da mesma forma que as ligas no-tratveis termicamente, o sistema de nomenclatura descrito no pargrafo que se segue sob o ttulo Tmpera.

TMPERAO termo tmpera aplicado s ligas de alumnio designa o estado que o material adquire pela ao do trabalho a frio ou a quente, ou por tratamentos trmicos ou pela combinao de ambos, os quais exercem influncia decisiva sobre a estrutura e propriedades do produto. O sistema de nomenclatura de tmpera se baseia em letras, e as subdivises dessas tmperas bsicas so indicadas por nmeros que especificam as operaes principais que o produto deve sofrer. Se uma variante da seqncia de operaes tiver de ser realizada, novos dgitos sero acrescentados designao inicial. Nomenclaturas Bsicas F (como fabricado) Aplica-se aos produtos em que no se exerce nenhum controle sobre as condies trmicas ou nvel de encruamento. No se especificam limites para as propriedades mecnicas. O (recozido) Aplica-se aos produtos acabados, no estado em que apresentam o menor valor de resistncia mecnica. H (encruado) Aplica-se s ligas no-tratveis termicamente, em que o aumento de resistncia mecnica conseguido por deformao plstica a frio e que podem ser submetidas a um recozimento complementar para produzir amolecimento parcial ou a um processo de estabilizao. Dgitos adicionais indicam o nvel de encruamento necessrio ou algum tratamento que possa influenciar as propriedades obtidas.

W (solubilizado) Aplica-se somente a algumas ligas, as quais envelhecem naturalmente em temperatura ambiente aps tratamento de solubilizao. T (tratado termicamente) Aplica-se s ligas tratveis termicamente, produzindo propriedades mecnicas estveis diferentes de F, O e H, com ou sem encruamento complementar. A letra T deve ser seguida por um ou mais dgitos.


Classificao das Temperas H O primeiro dgito que se segue letra H indica combinao das operaes bsicas, como segue: H1 (apenas encruada) As propriedades mecnicas do material so obtidas exclusivamente por trabalho a frio, sem nenhum tratamento suplementar. H2 (encruada e recozida parcialmente) As propriedades mecnicas so aumentadas mais do que o nvel desejado e depois so diminudas por recozimento parcial. H3 (encruada e estabilizada) Aplica-se somente quelas ligas que amolecem com o passar do tempo aps terem sido deformadas plasticamente a frio (encruada). Esse amolecimento pode ser acelerado e estabilizado com tratamento trmico aps encruamento. Grau de Deformao O segundo dgito que se segue designao H1, H2 e H3 indica o grau de encruamento, ou seja, a quantidade de deformao aplicada ao material. O nmero 8 designa a tmpera alcanada por uma dada liga que sofreu uma reduo mecnica a frio de aproximadamente 75%, aps um recozimento pleno. As tmperas entre O (recozida) e 8 so especificadas por nmeros de 1 a 7. Para o material que apresente um limite de resistncia trao em torno da metade entre os valores de resistncias da tmpera O e da tmpera 8, a tmpera designada por 4; em tomo da metade das tmperas O e 4; a tmpera designada por 2; e em tomo da metade das tmperas 4 e 8, a tmpera designada por 6. O nmero 9 designa as tmperas cujo limite de resistncia mecnica mnimo excede quele da tmpera 8 de 15 MPa (2,0 Ksi) ou mais. O terceiro dgito, quando usado, indica uma variao em relao tmpera H de dois dgitos, que resulta numa aprecivel diferena nas propriedades. A designao da tmpera segue-se ao nmero que identifica a liga, por exemplo, 3003-H18 ou 5083-O. Classificao das Tmperas T Os nmeros de 1 10 que se seguem letra T indicam as seqncias de tratamentos bsicos a que o material foi submetido, conforme abaixo: Ti Resfriado aps o processo de fabricao a uma temperatura elevada e envelhecido naturalmente at uma condio estvel.

T2 Resfriado aps o processo de fabricao a uma temperatura elevada, posteriormente deformado plasticamente a frio e finalmente envelhecido naturalmente at uma condio estvel. T3 Solubilizado, deformado plasticamente a frio e envelhecido naturalmente at uma condio estvel. T4 Solubilizado e envelhecido naturalmente at uma condio estvel. T5 Resfriado aps o processo de fabricao a uma temperatura elevada e envelhecido artificialmente. T6 Solubilizado e envelhecido artificialmente. T7 Solubilizado e estabilizado (superenvelhecimento). T8 Solubilizado, deformado plasticamente a frio e envelhecido artificialmente. T9 Solubilizado, envelhecido artificialmente e em seguida deformado plasticamente a frio. T1O Resfriado aps o processo de fabricao a uma temperatura elevada, deformado plasticamente a frio e posteriormente envelhecido artificialmente. As designaes T1 a T1O podem ser seguidas de dgitos adicionais, dos quais o primeiro no pode ser zero, a fim de indicar uma variao no tratamento bsico que altera de maneira significativa as caractersticas do produto.

- Exemplos: TX5 1 ou TXX51 Aplica-se aso produtos que so submetidos a alvio de tenses por estiramento. TX52 ou TXX52 Aplica-se aos produtos que so submetidos a alvio de tenses por compressao.


LIGAS FUNDIDASAs ligas fundidas so aquelas cujos produtos so obtidos por meio do vazamento do metal lquido em um molde para adquirir a forma desejada. Da mesma maneira que as ligas trabalhveis, tambm utiliza-se um sistema de quatro digitos para identificar o alumnio na forma de fundidos. O primeiro dgito indica o grupo da liga, como mostrado na Tabela 2.2, abaixo.

PROPRIEDADES DAS LIGAS DE ALUMNIOA srie de tabelas que se seguem fornece um panorama geral das ligas de alumnio usuais, em termos de suas propriedades, assim como sua fabricao e aplicaes em estruturas. Elas foram agrupadas por tipo de metal, isto , trabalhvel versus fundida, por resposta ao tratamento trmico e por dados de classificao referentes a aplicaes, em tabelas separadas dos dados referentes a soldabilidade e propriedades. As legendas das tabelas so listadas a seguir para ajudar a encontrar a informao desejada. Tabela 2.3 - Composio Qumica e Aplicaes das Ligas Trabalhveis No-Tratveis Termicamente. Tabela 2.4 - Composio Qumica e Aplicaes das Ligas Trabalhveis Tratveis Termicamente. Tabela 2.5 - Soldabilidade das Ligas Trabalhveis No-Tratveis Termicamente. Tabela 2.6 - Soldabilidade das Ligas Trabalhveis Tratveis Termicamente. Tabela 2.7 - Propriedades das Ligas Trabalhveis No-Tratveis Termicamente. Tabela 2.8 - Propriedades das Ligas Trabalhveis Tratveis Termicamente. Tabela 2.9 - Composio Qumica e Aplicaes das Ligas Fundidas No-Tratveis Termicamente. Tabela 2.10 - Composio Qumica e Aplicaes das Ligas Fundidas Tratveis Termicamente. Tabela 2.11 - Soldabilidade das Ligas Fundidas No-Tratveis Termicamente. Tabela 2.12 - Soldabilidade das Ligas Fundidas Tratveis Termicamente. Tabela 2.13 - Propriedades das Ligas Fundidas No-Tratveis Termicamente. Tabela 2.14 - Propriedades das Ligas Fundidas Tratveis Termicamente.

TABELA 2.2DESIGNAO DAS LIGAS FUNDIDAS POR GRUPOSLIGA ABNT (NBR6834) PRINCIPAL ELEMENTO QUMICO DA LIGA Alumnio no-ligado de no mnimo 99,00% de pureza 2XX.X 3XX.X Cobre Silcio com adies de Cobre e/ou Magnsio 4XX.X 5XX.X 6XX.X 7XX.X 8XX.X 9XX.X Silcio Magnsio Srie no utilizada Zinco Estanho Outros Elementos

1XX.X

Os dois dgitos seguintes identificam a liga ou pureza do alumnio. O ltimo dgito que est separado dos outros por um ponto indica que o produto est sob a forma de peas ou lingote. No grupo 1XX.X, alumnio no-ligado de no mnimo 99,00%, os dois dgitos seguintes ao algarismo 1 representam os centsimos da porcentagem mnima de alumnio. O ltimo dgito, direita do ponto, indica a forma do produto. - 1XX.0 - Peas fundidas -1XX.1 - Lingotes Nos grupos de ligas de 2XX.X at 9XX.X, os dgitos que antecedem o ponto so arbitrrios, servindo somente para identificar as diferentes ligas do grupo. O ltimo dgito, direita do ponto, indica a forma do produto. - XXX.0 - Peas fundidas - XXX.1 ou - Lingotes - XXX.2 Limites de impurezas ou modificaes das ligas originais ou metal no-ligado so indicados atravs de uma letra antes da designao numrica.


TABELA 2.3COMPOSIO QUMICA E APLICAES DAS LIGAS DE ALUMNIO TRABALHVEIS NO-TRATVEIS TERMICAMENTE

LIGA

COMPOSIO NOMINAL Elementos de Liga-% em Peso Cu Mn Mg Cr

APLICAES TPICAS

1085

Alumnio extra puro 99,85% de pureza

Equipamentos para indstria qumica e alimentcia. Peas para repuxo profundo Frisos decorativos. Refletores. Tanques e cubas no-estruturais para indstria qumica e alimentcia. Impactados: tubos tipo bisnaga e aerosol. Chapas litogrficas. Tubulao. Tubulao. Peas estampadas, painis decorativos, recipientes, utenslios domsticos. Aletas. Barramentos eltricos. Fio condutor. Peas ou equipamentos onde se requer alta condutividade eltrica.

1050

Alumnio comercialmente puro 99,50% de pureza

1100 1200

Alumnio comercialmente puro 99,00% de pureza

1350

Alumnio 99,50% de pureza com controle de elementos metlicos que afetam a condutividade eltrica, que de6l,5% IACS.

3003

0,12

1,2

-

-

Tanques e tambores para indstria qumica e petroqumica. Equipamentos para processamento e manuseio de alimentos. Botes para navegao. Silos. Carrocerias de nibus e furges. Utenslios domsticos. Vasos de presso. Tubulao para irrigao. Recipientes. Extintores. Base de lmpadas. Coberturas e fachadas para construo civil. Forros e calhas. Latas para bebidas. Condutor eltrico. Caixilharia. Carrocerias de nibus e furges. Utenslios domsticos. Similar 3003 e 5005, porm mais resistente. Apresenta excelente qualidade de acabamento. Forros.

3004

-

1,2

1,0

-

5005

-

-

0,8

-

5050

-

-

1,4

-


TABELA 2.3 x(Continuao) COMPOSIO QUMICA E APLICAES DAS LIGAS DE ALUMNIO TRABALHVEIS NO-TRATVEIS TERMICAMENTE

LIGA

COMPOSIO NOMINAL Elementos de Liga-% em Peso Cu Mn Mg Cr

APLICAES TPICAS

5052 5652

-

-

2,5

-

Utilizadas onde se requer resistncia mecnica superior 5050. Tanques para armazenamento Barcos. Uso geral em estamparia. Carrocerias de nibus e furges. Persianas. A liga 5652 uma variante da liga 5052 com pureza elevada, prpria para trabalhar com perxido. Estruturas. Tanques e reservatrios industriais. Vasos de presso no sujeitos a chama. Vasos criognicos. Silos. Vages ferrovirios. Tanques rodovirios. Veculos militares. Embarcaes. Componentes para embarcaes. Tanques de navios petroleiros. Botijes de gs. Vages. Silos. Vasos de presso no sujeitos a chama. Tanques de navios petroleiros. A liga 5254 uma variante da liga 5154 com pureza elevada prpria para trabalhar com perxido. Carrocerias de automveis. Componentes para bicicletas. Tampas para latas de bebidas. Persianas. Estruturas. Tanques onde a temperatura de servio exceda 65C. Estruturas. Tanques e reservatrios industriais. Componentes para embarcaes. Vasos de presso no sujeitos a chama. Peas com alto brilho. Frisos para automveis e aparelhos onde se requer resistncia mecnica superior a 5657. Peas com alto brilho. Frisos para automveis e aparelhos.

5083

-

0,7

4,4

0,15

5086

-

0,45

4,0

0,15

5154 5254

-

-

3,5

0,25

5182

-

0,35

4,5

-

5454

-

0,8

2,7

0,12

5456

-

0,8

5,1

0,12

5252

-

-

2,5

-

5657

-

-

1,0

-


TABELA 2.4COMPOSIO QUMICA E APLICAES DAS LIGAS DE ALUMNIO TRABALHVEIS TRATVEIS TERMICAMENTELIGA Cu2011 5,5

COMPOSIO NOMINAL Elementos de Liga-% em Peso Si0,4

APLICAES TPICAS CrUsinagem de peas em torno automtico Peas forjadas com elevada resistncia mecnica para aeronaves e automveis. Estruturas. Acessrios hidrulicos e estruturais. Usinagem de peas com resistncia mecnica elevada. Elementos estruturais. Chapas para construo de aeronaves, normalmente recobertas (CLAD) para melhorar a resistncia corroso. Rodas de carro de combate e locomotivas. Carrocerias de automoveis. Liga para forjamento; cabeotes de cilindros e pistes. Componentes que requerem resistncia mecnica e dureza em alta temperatura. Estrutural; elevada resistncia mecnica em alta temperatura. Tanques de aeronaves para armazenamento de combustvel. Boa soldabilidade. Estrutural; liga de alta resistncia mecnica utilizada na blindagem de veculos militares. As mesmas aplicaes que a 22l8. Carrocerias de automveis. Carrocerias de automveis. Aplicaes estruturais em geral. Estrutural; automveis, vages, ferrovirios, embarcaes. Tubos e conexes. Rebites. Boa trabalhabilidade. soldabilidade e resistncia corroso. Caixilharia e ornamentos. Tubos. Grades. Estruturas eltricas com boa resistncia mecnica. Usinagem de peas em torno automtico. As mesmas aplicaes que a 6061. Vages ferrovirios, perfis extrudados. Vages ferrovirios, perfis extrudados. Pontes militares e blindagem de veculos miltares. Estruturas aeroespaciais de elevada resistncia. c. Contm tambm 1,1 Fe e 0,07 Ti d. Contm tambm 0,6 Pb e 0,6 Bi e. Contm tambm 0,15 Zr

Mn-

Mg-

Zn-

Ni-

2014

4,4

0,8

0,8

0,5

-

-

-

2017

4,0

0,5

0,7

0,6

-

-

-

2024

4,4

-

0,6

1,5

-

-

-

2036

2,6

-

0,25

0,45

-

-

-

2218

4,0

-

-

1,5

2,0

-

-

2219a

6,3

-

0,30

-

-

-

-

2519b 2618c 6009 6010

5,8 2,3 0,40 0,40

0,18 0,80 1,0

0,30 0,50 0,50

0,17 1,6 0,6 0,8

0,06 0,25 0,25

1,0 -

0,10 0,10

6061

0,25

0,6

-

1,0

-

-

0,20

6063

-

0,4

-

0,7

-

-

-

6101 6262d 6351 7004e 7005f 7039 7075 NOTAS:

0,5 0,28 1 ,6

0,6 10 -

0,6 0,45 0,45 0,3 -

0,6 1.0 0,61,5 1,4 2,8 2,5

4,2 4,5 4,0 5,6

-

0,09 -

-

0,13 020 0,23

a. Contm tambm 0.06 Ti, 0,10 V e 0,1870. b. Contm tambm 0,06 Ti, 0,1770 e 0,10 V


TABELA 2.5SOLDABILIDADE DE LIGAS DE ALUMNIO TRABALHVEIS NO-TRATVEIS TERMICAMENTE

PROCESSOS 1,2,3 LIGA1060 1100 1350 3003 3004 3105 5005 5050 5052 5652 5083 5086 5154 5254 5182 5252 5454 5456 5457 5557 5657

SAMG / SATGA A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A

SPR / SCRB A B A A A A A A A A A A A B A A A A A A

BA A A A B B B B C C X X X X X C X X B A B

SBA A A A B B B B C C X X X X X C X X B A B


TABELA 2.6SOLDABILIDADE DAS LIGAS DE ALUMNIO TRABALHVEIS TRATVEIS TERMICAMENTE

PROCESSOS 1,2,3 LIGA2014 2017 2024 2036 2218 2219 2618 6009 6010 6061 6063 6070 6101 6201 6951 7004 7005 7039 7075 7178

SAMG / SATGC C C C C A C A A A A A A A A A A A C C

SPR / SCRA A A A A A A A A A A A A A A A A A A A

BX X X X X X X A A A A C A A A B B C X X

SBC C C C C C C B B B B B A B A B B C X X

NOTAS: 1. SAMG: Soldagem e arco metlico com atmosfera gasosa. SATG: Soldagem a arco tungstnio com atmosfera gasosa. SPR: Soldagem a ponto por resistncia. SCR: Soldagem de costura por resistncia. B: Brasagem. SB: Solda branda com fluxo.

2. Classilicao baseada nas tmperas de maior facilidade de unio: A: A unio pelo processo fcil. B: A unio pelo processo possvel para a maioria das aplicaes, podendo requerer tcnicas especiais ou testes preliminares para estabelecer o procedimento e/ou desempenho. C: A unio pelo processo difcil. X: A unio pelo processo no recomendada. 3. A unio de todas as ligas pode ser feita atravs de: soldagem ultrasnica, colagem com adesivos ou fixadas mecanicamente.


TABELA 2.7 PROPRIEDADES DAS LIGAS DE ALUMNIO TRABALHVEIS NO-TRATVEIS TERMICAMENTE

PROPRIEDADES FSICAS Liga Densidade (Kg/m3) 2701 Faixa Temp. Fuso (oC) 645-656 Condut. 3 Trmica (W/moC) 232 228 220 216 231 231 191 157 153 161 161 161 198 198 198 191 191 191 137 137 137 Condut. Eltrica (% IACS) 62 61 59 57 62 62 50 41 40 42 42 42 52 52 52 50 50 50 35 35 35 Tmpera Limite Resistncia (MPa) 70 131 90 165 83 186 110 152 200 179 241 283 124 159 200 145 193 221 193 262 290

PROPRIEDADES MECNICAS TPICAS Limite Escoamento (MPa) 27 124 35 151 27 165 41 144 186 70 200 248 41 138 186 55 166 200 90 214 255 AIong. % em 5Omm 1,6 esp. 43 6 35 5 30 8 4 20 9 5 25 8 5 24 8 6 25 10 7 Resist. 1 Fadiga (MPa) 21 45 34 62 48 48 34 69 100 103 110 83 90 96 110 124 138 Resist. Cisalhamento (MPa) 48 76 34 90 55 103 76 96 110 110 124 145 76 96 110 103 124 138 124 145 165 Dureza 2 BrineII (500 Kg) 19 35 23 44 28 40 55 46 63 77 28 41 51 36 53 63 47 68 77

1060

O H18 O H18 O H19 O H14 H18 O H34 H38 O H34 H38 O H34 H38 O H34 H38

1100

2715

642-656

1350

2701

647-656

3003

2743

642-654

3004

2715

628-654

5005

2715

631-654

5050

2687

623-651

5052 5652

2687

607-648


TABELA 2.8PROPRIEDADES DAS LIGAS DE ALUMNIO TRABALHVEIS TRATVEIS TERMICAMENTELiga 2014 PROPRIEDADES FSICAS Faixa Condut. 3 Condut. Temp. Trmica Eltrica Fuso (Kg/m3) (oC) (W/moC) (% IACS) Densidade 2798 507-637 191 133 153 191 133 191 120 120 120 157 87 153 170 111 120 120 120 131 148 178 187 166 148 148 161 178 153 165 215 191 207 198 170 215 170 174 174 211 153 170 124 50 34 40 50 34 50 30 30 30 41 17 40 44 28 30 30 30 33 39 47 49 44 39 38 42 47 40 43 58 50 55 53 44 57 44 46 46 56 34 45 32 Tmpera O T4 T6 O T4 O T3 T4 T361 T4 T8 T72 O T31 T62 T81 T87 T87 T61 T1 T5 T4 T4 T4 T6 O T4 T6 O T1 T5 T6 T6 H111 T6 T9 T5 T6 O T5 T53 T64 O O T6 O Limite Resistncia (MPa) 186 427 483 179 427 186 483 469 496 338 538 331 172 359 414 455 476 496 441 193 303 227 290 296 407 124 241 310 90 152 186 241 379 96 220 400 310 331 110 393 365 448 227 227 538 227 PROPRIEDADES MECNICAS TPICAS Limite AIong. Resist. 1 Resist. Escoa% em 5Omm Fadiga Cisalhamento 1,6 esp. mento (MPa) (MPa) (MPa) 96 290 414 69 276 76 345 324 393 193 496 255 76 248 290 352 393 441 372 124 269 124 172 159 372 55 145 276 48 90 145 214 352 76 103 379 283 310 41 331 324 379 103 103 469 103 20 18 20 13 24 7,5 18 17 10 10 10 10 25 24 22 9 25 22 12 20 12 12 10 15 30 13 17 17 15 124 138 124 90 124 90 138 138 124 124 103 103 103 187 124 152 124 62 96 96 55 62 69 69 96 90 159 90 262 290 124 262 124 283 283 290 207 303 262 179 117 193 234 83 165 207 69 96 117 152 234 138 241 186 186 76 234 207 262 152 310 152 Dureza 2 BrineII (500 Kg) 45 105 135 45 105 47 120 120 120 95 132 115 30 65 95 25 42 60 73 71 120 28 120 60 145 60

2017

2770

512-640

2024

2798

501-637

2036 2090 2218

2770 2576 2798

554-648 560-588 506-637

2219

2854

543-643

2519 2618 6005 6009 6010 6013 6061

2826 2770 2687 2715 2715 2715 2715

554-643 559-640 607-654 559-648 559-648 579-648 582-651

6063

2687

615-654

6070 6101 6262 6351 6951 7004 7005 7039 7075 7079 7178

2715 2687 2715 2715 2715 2770 2770 2743 2798 2743 2826

565-648 620-654 582-651 595-651 615-654 607-645 576-637 476-634 482-637 476-629

NOTAS: 1. Resistncia a fadiga para corpos de prova cilndricos e 500 milhes de ciclos. 2. Espera de teste de 10 mm. 3. Condutividade trmica a 25oC.


TABELA 2.9COMPOSIO QUMICA, TIPOS E APLICAES DAS LIGAS DE ALUMNIO FUNDIDAS NO-TRATVEIS TERMICAMENTE

LIGA

COMPOSIO NOMINAL Elem.Liga-% em Peso Cu Si Mg Zn

TIPOS DE FUNDIO Em Areia Molde Molde Perm. Met.

APLICAOES TPICAS

208.0

4,0

3,0

-

-

X

X

-

Liga de aplicao geral, tubos e vlvulas de distribuio, caixas de vlvula e aplicaes que requerem estanqueidade sob presso. Aplicaes onde se deseja dureza elevada na condio como fundido. Base para ferro eltrico. Uso geral em peas fundidas sob presso, chapas reforo (viga) e caixas de instrumentos. Excelentes caractersticas de fundio. Liga de aplicao geral, boas caractersticas de fundio e propriedades mecnicas. Liga para fundio em matrizes de uso geral em componentes grandes, complexos com seces finas, como carcaa de mquina de escrever, caixas de instrumentos, etc. Excelentes caractersticas de fundio, resistncia corroso muito boa. Liga de aplicao geral, utenslios domsticos, caixilharia e aplicaes expostas atmosfera marinha, conexes para tubos. Excelentes caractersticas de fundio e estanqueidade sob presso. Peas de caixilharia anodizadas, componentes decorativos. Apresenta caractersticas de anodizao unifurme. Utenslios domsticos e conexes para tubos. Utenslios domsticos e peas decorativas. Apresenta caractersticas de anodizao uniforme. Equipamentos para manuseio de alimentos, componentes para indstria qumica, peas expostas atmosfera marinha. Excelente resistncia corroso. Equipamentos e acessrios para embarcaes. Elevada resistncia mecnica, ductilidade e resistncia corroso.

213.0

7,0

2,0

-

-

X

X

-

238.0

10,0

4,0

0,25

-

-

X

-

360.0

-

9,5

0,5

-

-

-

X

380.0

3,5

8,5

-

-

-

-

X

4 13.0

-

12,0

-

-

-

-

X

443.0 A443.0 B443.0

0,6 mx 5,25 0,3 mx 5,25 0,15 mx 5,25

-

-

X X X

X X

-

A444.0

-

7,0

-

-

-

X

-

511.0

-

0,5

4,0

-

X

X

-

512.0

-

1,8

4,0

-

X

-

-

513.0

-

-

4,0

1,8

-

X

-

5 14.0

-

-

4,0

-

X

-

-

5 18.0

-

-

8,0

-

-

-

X


TABELA 2.9 (Continuao)COMPOSIO QUMICA, TIPOS E APLICAES DAS LIGAS DE ALUMNIO FUNDIDAS NO-TRATVEIS TERMICAMENTE

LIGA

COMPOSIO NOMINAL Elem.Liga-% em Peso Cu Si-

TIPOS DE FUNDIO Em AreiaX

APLICAOES TPICAS

Mg6,9

Zn-

Molde Molde Perm. Met.Elevada resistncia mecnica e ductilidade na condio soldada. Uso geral em peas fundidas em molde de areia para posteriormente serem brasadas Boa ductilidade. Peas brasadas, boa usinabilidade. As mesmas aplicaes que a 7l0.0 (acima), boa resistncia corroso.

535.01

-

7 10.0

0,5

-

0,7

6,5

X

-

-

711.02 712.03

0,5 -

-

0,35 0,6

6,5 5,8

X

X -

-

NOTAS: 1. Contm tambm 0,18 Mn, 0,18 Ti e 0,005 Be. 2. Contm tambm 1,0 Fe. 3. Contm tambm 0,5 Cr.


TABELA 2.10COMPOSIO QUMICA, TIPOS E APLICAES DAS LIGAS DE ALUMNIO FUNDIDAS TRATVEIS TERMICAMENTECOMPOSIO NOMINAL Elem.Liga-% em Peso CuA201.05 222.0 240.01 242.0 4,5 10,0 8,0 4,0

LIGA

TIPOS DE FUNDIO Em AreiaX X X X

APLICAOES TPICAS

Si-

Mg0,25 0,25 6,0 1,5

Zn0,5 2,0

Molde Molde Perm. Met.X Pistes para servio pesado e cabeotes de cilindros refrigerados a ar. Boa resistncia em alta temperatura. Pistes para servio pesado e cabeotes de cilindros refrigerados a ar. Boa resistncia em alta temperatura. Mecanismos e membros estruturais para aeronaves, carters e rodas. Uso geral, elementos de mquina, cabeotes de cilindros de automveis. Pistes de automveis. Boas propriedades nas temperaturas de servios. Elementos de mquinas, peas de reguladores, invlucro de medidores de gs e uso geral. Pistes diesel para servios pesados. Boa resistncia em alta temperatura. Aeronaves, msseis e outras aplicaes que requerem fundidos de alta resistncia mecnica. Peas fundidas de uso geral, carters, caixa de acessrios e componentes para aeronaves. Aeronaves, msseis e outras aplicaes estruturais onde se requer resistncia mecnica elevada. Peas fundidas de uso geral, caixas de transmisso, caixas de diferencial, rodas, blocos de cilindros, acessrios de vages e tanques ferrovirios, equipamentos para embarcaes, componentes de grades para pontes e caixilharia. Aeronaves, msseis e outras aplicaes estruturais onde se requer resistncia mecnica elevada. Peas fundidas em molde de areia onde se requer resistncia mecnica e resistncia ao choque, exemplo, componentes estruturais de aeronaves. Excelente resistncia corroso. No indicada para servios acima de 120oC. 5. Contm tambm 0,7 Ag, 0,30 Mn, 0,25 Ti. Bucha, tampas de mancais e componentes de registro, cabeotes de cilindros refrigerados a ar. Mantm a resistncia em alta temperatura.

A242.02

4,1

-

1,5

2,0

X

X

-

295.0 319.0 332,03

4,5 3,5 3,5

1,1 6,0 9,5

1,0

-

X X -

X -

-

333.0

3,0

9,0

0,30

-

-

X

336.0 354.0

1,0 1,8

12,0 9,0

1,0 0,50

2,5 -

-

X X

-

355.0

1,3

5,0

0,5

-

X

X

-

C355.0 356.0

1,3 -

5,0 7,0

0,5 0,35

-

X X

X X

-

A356.0 A357.04 359.0 520.0

-

7,0 7,0 9,0 -

0,35 0,55 0,6 10,0

-

X X X X

X X X -

-

NOTAS:

1. Contm tambm 0,5 Mn. 2. Contm tambm 0,20 Cr.

3. Contm tambm 1,0 Zn. 4. Contm tambm 0,05 Be.


TABELA 2.11SOLDABILIDADE DAS LIGAS DE ALUMNIO FUNDIDAS NO-TRATVEIS TERMICAMENTE

PROCESSOS 1,2,3 LIGA SAMG / SATG SPR / SCR B SB

208.0 213.0 443.0 A443.0 B443.0 511.0 512.0 514.0 535.0 710.0 712.0

PEA FUNDIDA EM MOLDE DE AREIA B B B B A A A A A A A A B B A B A A B B A B PEA FUNDIDA EM MOLDE PERMANENTE B B B C A B A A A A A A A A A A PEA FUNDIDA SOB PRESSO C C C C

X X C C C C C C X A A

C C C C C C C C C B B

208.0 213.0 238.0 443.0 B443.0 A444.0 513.0 711.0

X X X C C C C A

C C C C C C C C

360.0 380.0 413.0 518.0

B B B B

X X X X

X X X X


TABELA 2.12SOLDABILIDADE DE LIGAS DE ALUMNIO FUNDIDAS TRATVEIS TERMICAMENTE

PROCESSOS 1,2,3 LIGA SAMG / SATG SPR / SCR B SB

A201.0 222.0 240.0 242.0 A242.0 295.0 319.0 355.0 C355.0 356.0 A356.0 A357.0 359.0 520.0

PEA FUNDIDA EM MOLDE DE AREIA B B C C C C C C C C C C B B B B B B A A A A A A A A B C PEA FUNDIDA EM MOLDE PERMANENTE C C C C B B B B B B B B B B B B B B A A A A A A A A

X X X X X X X X X C C C C X

C X X X X X X X X C C C C X

222.0 242.0 319.0 332.0 333.0 336.0 354.0 355.0 C355.0 356.0 A356.0 A357.0 359.0

X X X X X X X X X C C C C

X X X X X X X X X C C C C

NOTAS: 1. SAMG: Soldagem a arco metlico com atmosfera gasosa. SATG: Soldagem a arco tungstnio com atmosfera gasosa. SPR: Soldagem a ponto por resistncia. SCR: Soldagem de costura por resistncia. B: Brasagem. SB: Solda branda com fluxo. 2. Classificao baseada nas tmperas de maior facilidade de unio: A: A unio pelo processo fcil. B: A unio pelo processo possvel para a maioria das aplicaes, podendo requerer tcnicas especiais ou testes preliminares para estabelecer o procedimento e/ou desempenho. C: A unio pelo processo difcil. X: A unio pelo processo no recomendada. 3. A unio de todas as ligas pode ser feita atravs de: soldagem ultrasnica, colagem com adesivos ou fixadas mecanicamente.


TABELA 2.13PROPRIEDADES DAS LIGAS DE ALUMNIO TRABALHVEIS NO-TRATVEIS TERMICAMENTE

PROPRIEDADES FSICAS Liga Densidade Faixa Temp. Fuso Condut. 3 Trmica Condut. Eltrica Tmpera Limite Resistncia

PROPRIEDADES MECNICAS TPICAS Limite Escoamento AIong. % em 5Omm 1,6 esp. (12,7 mm de Dimetro) Resist. 1 Fadiga Resist. Cisalhamento Dureza 2 BrineII

-

(Kg/m3)

(oC)

(W/moC)

(% IACS)

-

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(200 Kg)

208.0 213.0 443.0 A443.0 B443.0 511.0 512.0 514.0 535.0 710.0 712.0

2798 2937 2687 2687 2687 2660 2660 2660 2521 2826 2826

512-632 518-627 577-632 577-632 577-632 588-638 588-632 599-638 549-632 599-649 599-638

120 120 144 144 144 140 144 136 98 136 157

PEA FUNDIDA EM MOLDE DE AREIA 31 F 145 96 2,5 30 F 165 103 1,5 37 F 131 55 8,0 37 F 131 55 8,0 37 F 131 55 8,0 36 F 145 83 3,0 38 F 138 90 2,0 35 F 172 83 9,0 23 F 248 124 9,0 35 F 241 172 5,04 40 F 241 172 5,04 PEA FUNDIDA EM MOLDE 31 F 193 30 F 207 25 F 207 37 F 158 37 F 158 41 F 241 34 F 186 40 F 2414 PERMANENTE 110 2,0 165 1,5 165 1,5 62 10,0 62 10,0 124 8,0 110 7,0 1244 8,04

76 62 55 55 55 55 59 48 55 55

117 138 96 96 96 117 117 138 179 179

55 70 40 40 40 50 50 50 65 754 754

208.0 213.0 238.0 443.0 B443.0 A444.0 513.0 711.0

2798 2937 2964 2687 2687 2687 2687 2854

521-632 518-627 510-599 577-632 577-632 577-632 582-638 599-643

120 120 103 144 144 157 131 177

89 65 55 55 76 69 764

151 165 165 110 110 151 -

70 85 100 45 45 70 60 704

360.0 380.0 413.0 518.0

2687 2743 2660 2521

571-588 521-588 577-588 538-621

144 107 153 98

37 27 39 24

PEA FUNDIDA SOB PRESSO F 324 172 F 331 165 F 296 145 F 310 186

3,0 3,0 2,5 8,0

131 145 131 138

207 213 193 200

75 80 80 80


TABELA 2.14PROPRIEDADES DAS LIGAS DE ALUMNIO FUNDIDAS TRATVEIS TERMICAMENTE

PROPRIEDADES FSICAS Liga Densidade Faixa Temp. Fuso Condut. 3 Trmica Condut. Eltrica Tmpera Limite Resistncia

PROPRIEDADES MECNICAS TPICAS Limite Escoamento AIong. % em 5Omm 1,6 esp. (12,7 mm de Dimetro) Resist. 1 Fadiga Resist. Cisalhamento Dureza 2 BrineII

-

(Kg/m3)

(oC)

(W/moC)

(% IACS)

-

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(200 Kg)

A201.0 222.0 240.0 242.0 A242.0 295.0 319.0 355.0

2798 2964 2770 2826 2826 2826 2798 2715

571-648 521-627 515-604 527-638 527-638 521-648 521-604 549-621

C355.0 356.0

2715 2687

549-621 560-616

A356.0 A357.0 359.0 520.0

2715 2715 2687 2576

643-610 554-610 566-599 449-559

120 127 94 148 131 136 140 165 140 161 144 165 148 153 148 157 136 86

30 33 23 38 34 35 35 43 36 42 39 43 39 40 40 40 35 21

PEA FUNDIDA EM MOLDE DE AREIA T6 448 379 8,0 T61 282 276 0,5 F 234 193 1,0 T77 207 158 2,0 T571 220 207 0,5 T75 213 2,0 T4 220 110 8,5 T62 282 220 2,0 T5 207 179 1,5 T6 248 165 2,0 T51 193 158 1,5 T6 241 172 3,0 T7 262 179 0,5 T6 269 200 5,0 T51 172 138 2,0 T6 227 165 3,5 T7 213 207 2,0 T6 276 207 6,0 T6 317 248 3,0 T6 T4 331 179 16,0

58 72 76 48 55 76 76 55 62 69 55 58 62 83 55

289 220 165 179 179 227 165 200 151 193 193 55 58 62 83 55

130 115 90 75 85 60 90 80 80 65 80 85 85 60 70 75 75 85 75

222.0 242.0 319.0 332.0 333.0

2964 2826 2798 2770 2770

521-627 527-638 521-604 521-638 521-588

336.0 354.0 355.0 C355.0 356.0 A356.0 A357.0 359.0

2715 2715 2715 2715 2687 2715 2715 2687

538-571 538-599 549-621 549-621 560-616 560-610 554-610 566-599

128 131 131 103 120 116 140 116 124 148 144 148 153 148 157 136

PEA FUNDIDA EM MOLDE PERMANENTE 33 T65 330 250 0,5 34 T571 276 234 1,0 33 T61 324 289 0,5 T6 276 186 3,0 26 T5 248 193 1,0 29 T5 234 172 1,0 29 T6 289 207 1,5 35 T7 255 193 2,0 29 T551 248 193 0,5 T65 324 296 0,5 32 T62 393 317 3,0 39 T16 289 186 4,0 39 T61 317 234 6,0 41 T6 262 186 5,0 40 T7 220 165 6,0 40 T61 282 207 10,0 40 T6 358 289 5,0 35 T62 345 289 5,5

62 72 65 83 103 183 93 69 96 90 76 90 103 110

179 207 241 186 227 193 193 248 276 234 220 207 172 193 241 -

140 105 110 95 105 100 105 90 105 125 110 90 100 80 70 90 100 -

NOTAS:

1. Resistncia a fadiga para corpos de prova cilndricos e 500 milhes de ciclos. 2. Espera de teste de 10 mm. 3. Condutividade trmica a 25oC. 4. Teste realizado, aproximadamente, 30 dias aps a fundio da pea.

CAPTULO 3

Metalurgia de Soldagem

Macrografia de uma solda na liga 6061-T6

CAPTULO 3Metalurgia de Soldagem

INTRODUOMetalurgia a cincia que estuda os metais. Embora ela envolva diversos aspectos - incluindo a extrao do minrio, o refino, a transformao e a aplicao dos metais -, o interesse geral neste captulo limita-se a transformao e ao uso do alumnio e, mais especificamente, o seu emprego na fabricao por intermdio da soldagem. Por conseguinte, faremos uma recapitulao sobre a metalurgia do alumnio em conseqncia da sua relao em todos os tipos de operaes de soldagem. No Captulo 2 apresentamos um sistema de identificao para as ligas de alumnio trabalhveis e fundidas, bem como para as suas tmperas, utilizando uma srie de nmeros e s vezes uma letra sufixo. Daqui para a frente examinaremos os mecanismos pelos quais o elemento de liga, o tratamento trmico e o endurecimento por deformao a frio (encruamento) alcanam os resultados desejados, e tambm o efeito que os mesmos apresentam sobre a soldabilidade.

TABELA 3.1SOLUBILIDADE SLIDA MXIMA EM ALUMNIO DOS PRINCIPAIS ELEMENTOS DE LIGAElemento Solubilidade Mxima (% em peso) 5,6 14,9 1,8 1,6 82,8 1,8 16,9 Temperatura (oC) 548 450 658 577 382 595 475

Cu Mg Mn Si Zn Mg2Si MgZn2

ELEMENTO DE LIGAEmbora vrios elementos formem ligas com o alumnio, h um nmero relativamente reduzido de elementos que sozinhos ou combinados fornecem propriedades gerais desejveis. Os elementos principais so: cobre, silcio, mangans, magnsio e zinco. O cobre fornece alta resistncia, j o silcio diminui o ponto de fuso e propicia fluidez. O mangans confere um aumento moderado de resistncia mecnica aliado a excelente ductilidade, e o magnsio fornece as maiores resistncias, mantendo boa resistncia corroso. O magnsio combinado com o silcio produz uma famlia de ligas com boa resistncia mecnica, plasticidade e extrudabilidade. O zinco quando combinado com o magnsio e o cobre confere resistncias muito elevadas, enquanto que as ligas contendo zinco e magnsio so capazes de recuperar parte da resistncia mecnica perdida atravs da soldagem por meio de envelhecimento em temperatura ambiente. Essas sries de ligas e suas propriedades particulares so descritas em detalhes ao longo deste captulo. Designamos por liga de alumnio uma soluo slida obtida da mistura de um ou mais elementos de liga no alumnio em estado slido. O alumnio consegue dissolver quantidades diferentes de cada elemento primrio ou composto. Isto mostrado na Tabela 3.1 que relaciona a solubilidade mxima de cada um deles no alumnio. Observe, tambm, que as temperaturas nas quais os elementos de liga atingem as suas solubilidades mximas variam amplamente.

Entre os elementos secundrios destacam-se o cromo, o ferro, o zircnio, o vandio, o nquel, o bismuto e o titnio. Eles so adicionados para melhorar a tratabilidade trmica, resistncia mecnica, resistncia corroso e outras propriedades. Normalmente, quando da escolha dos parmetros de soldagem, os elementos de liga secundrios no so levados em considerao; todavia, podem possuir uma profunda influncia sobre a soldabilidade. As Tabelas 3.2 e 3.3 especificam, respectivamente, as composies qumicas de algumas das ligas de alumnio trabalhveis e fundidas mais usuais, que so soldveis. As composies das ligas que no esto includas nestas tabelas podem ser obtidas mediante consulta s publicaes da Aluminum Association citadas na referncia bibliogrfica do Captulo 2 - Classificao das Ligas. Os elementos de liga principais determinam se a liga ser ou no tratvel termicamente. As ligas de cobre e as que combinam magnsio-silcio e magnsio-zinco so tratveis termicamente, enquanto que as ligas de mangans, magnsio ou silcio no o so. Essas duas famlias de ligas, ou seja, tratveis e no-tratveis termicamente, sero discutidas separadamente. Tambm ser feito um breve comentrio sobre ligas fundidas, embora o enfoque principal ser dado s ligas trabalhveis.


TABELA 3.2COMPOSIO NOMINAL DAS LIGAS DE ALUMNIO TRABALHVEIS SOLDVEIS MAIS USUAIS(% em Peso) LIGA 1050 1100 1350 2219 3003 3004 5052 5454 5083 5086 5456 6101 6061 6063 7004 7005 7039 Cu 0,12 6,3 0,27 Mg 1,0 2,5 2,7 4,45 4,0 5,1 0,6 1,0 0,7 1,5 1,4 2,8 Mn 0,30 1,25 1,25 0,75 0,70 0,45 0,75 0,45 0,45 0,25 Si 0,5 0,6 0,4 Zn 4,2 4,5 4,0 Cr 0,25 0,12 0,15 0,15 0,12 0,13 0,20 Zr 0,15 0,14 Ti 0,06 Al 99,50 min 99,00 min 99,50 min Restante Restante Restante Restante Restante Restante Restante Restante Restante Restante Restante Restante Restante Restante

TABELA 3.3COMPOSIO NOMINAL DAS LIGAS DE ALUMNIO FUNDIDAS SOLDVEIS MAIS USUAIS

LIGA 319.0 355.0 356.0 443.0 A 444.0 520.0 535.0 (1) 710.0 712.0

Si 6,0 5,0 7,0 5,2 7,0 -

Fe -

Cu 3,5 1,25 0,5 -

Mn 0,17 -

Mg 0,5 0,32 10,0 6,8 0,7 0,6

Cr 0,5

Zn 6,5 5,8

Ti 0,20 0,20

Al Restante Restante Restante Restante Restante Restante Restante Restante Restante

(1) Contm 0,005 Be.


LIGAS TRABALHVEISLigas No-Tratveis Termicamente Como comentado no Captulo 2, elas so das sries 1XXX, 3XXX, 4XXX e 5XXX e caracterizam-se por serem aquelas cujo aumento de propriedades mecnicas s pode ser obtido por deformao mecnica a frio (designado tambm por encruamento). Esta deformao mecnica da estrutura do metal provoca escorregamento cristalogrfico, que por sua vez resulta em aumento da resistncia, facilita a deformao e, deste modo, confere maior resistncia mecnica e menor ductilidade. Assim sendo, as propriedades mecnicas so expressivamente melhoradas. A Figura 3.1 ilustra as curvas de encruamento levantadas para as ligas no-tratveis termicamente mais comuns. Pode-se observar que o acrscimo no limite de escoamento em funo do encruamento maior do que o acrscimo no limite de resistncia trao. Um nvel de dureza desejado para um dado material pode ser obtido a partir da condio recozida ou como fabricada por meio de uma quantidade de encruamento controlado ou, alternativamente, o material pode ser encruado at alcanar a dureza mxima (reduo de aproximadamente 75%) seguido de recozimento parcial. A Figura 3.2 mostra algumas curvas de recozimento isotrmico para a liga 5052, onde fica evidente que, para se fazer um recozimento parcial da liga, tanto o tempo como a temperatura precisam ser rigidamente controlados. O recozimento pleno s se aplica caso seja necessrio remover totalmente o encruamento. O sistema de nomenclaturas de tmperas para as ligas trabalhveis no-tratveis termicamente est apresentado no captulo anterior. Ligas da Srie 1XXX Embora as ligas da srie 1XXX no sejam ligas no sentido estrito da palavra, por convenincia elas so designadas como ligas. Elas reagem ao encruamento, especialmente no caso de possurem quantidades apreciveis de impurezas, tais como ferro e silcio. As ligas desta srie destinam-se principalmente fabricao de estruturas onde prevalece a necessidade de alta resistncia corroso - como, por exemplo, em tanques e tubulaes para as indstrias qumicas e petroqumica. E tambm so utilizadas em condutores eltricos, devido a sua elevada condutividade eltrica. No entanto, cabe ressaltar que h ligas em outros grupos que, apesar de possurem resistncia corroso e condutividade eltrica ligeiramente inferior s das sries 1XXX, ainda assim, quanto a propriedades anteriores, so excelentes e com a vantagem

FIGURA 3.1EFEITO DO TRABALHO A FRIO SOBRE O LIMITE DE ESCOAMENTO DE VRIAS LIGAS ENCRUADAS

FIGURA 3.2CURVAS DE RECOZIMENTO ISOTRMICO DAS LIGAS 5052 COM 80% DE ENCRUAMENTO


de apresentarem propriedades mecnicas bem maiores, o que permite, em dadas situaes, uma melhor combinao de tais propriedades. As ligas da srie 1XXX so de fcil soldabilidade e brasabilidade. Elas so soldveis pelos processos de fuso a arco, embora suas faixas de temperaturas de fuso estreitas possam causar falta de fuso e outros tipos de defeitos, caso alguns cuidados no sejam tomados. A soldagem a pontos por resistncia eltrica apresenta uma certa dificuldade em virtude de as ligas desse grupo possuirem alta condutividade trmica e baixa resistncia deformao. O metal de adio adequado para soldar as ligas da srie 1XXX deve apresentar composio qumica igual a do metal base, no obstante o consumvel ER-4043 (Al 5% Si) seja o mais usual em virtude da sua fluidez elevada, o que facilita a fuso e promove maior resistncia mecnica da solda. Ligas da Srie 3XXX Adicionando-se mangans ao alumnio aumenta-se levemente sua resistncia mecnica, alm de melhorar tambm a resposta ao encruamento, sem que isso venha reduzir apreciavelmente sua ductilidade ou resistncia corroso. Da mesma forma que a srie anterior, as ligas desta srie apresentam boa soldabilidade aos processos de fuso a arco, assim como no so suscetveis ocorrncia de trinca de solidificao. Elas tambm podem ser brasadas satisfatoriamente e soldadas por resistncia com facilidade. Contudo, o uso delas em aplicaes estruturais no muito comum devido apresentarem resistncias moderadas. O consumvel adequado a soldagem das ligas da srie 3XXX deve possuir composio qumica similar do metal base, muito embora o metal de adio ER-4043 (Al-5% Si) seja o mais usual, pelos mesmos motivos j mencionados acima para as ligas da srie 1XXX. Ligas da Srie 4XXX O silcio quando adicionado ao alumnio reduz seu ponto de fuso, bem como melhora sua fluidez. Estas so caractersticas desejveis, que o consumvel destinado soldagem por fuso ou brasagem deve possuir. Conseqentemente esta srie utilizada na fabricao de consumveis de soldagem e brasagem nas diversas formas, incluindo-se: arame, vareta e chapa de recobrimento (cladding) sobre outras ligas.

Ligas da Srie 5XXX O magnsio um dos elementos mais eficazes e largamente empregado na formao de ligas de alumnio. As ligas da srie 5XXX podem ser no apenas a base de magnsio como tambm de magnsio e mangans. As ligas desta srie so as que apresentam as maiores resistncias entre as ligas no-tratveis termicamente, e por isso so de grande importncia para aplicaes estruturais. So fabricadas principalmente na forma de chapas e lminas, apenas ocasionalmente como extrudados. E, entre os diversos campos de aplicao, elas destinamse em particular rea de transporte, como, por exemplo, na fabricao de vages ferrovirios, embarcaes, tanques rodovirios, veculos militares, carrocerias de nibus e furges e outros. As ligas desta srie, com teor abaixo de 2,5% Mg (5052, 5252, 5005, 5050), quando soldadas com os processos de fuso a arco ficam sujeitas fissurao a quente durante a fase de solidificao, caso o metal de adio utilizado tenha a mesma composio qumica do metal da base. Alm do que, o risco de fissurao aumenta quando a solda depositada sob condies de restrio, ou seja, as partes a serem unidas ficam impedidas de movimentao. Este problema facilmente superado pelo aumento do teor de Mg da poa de solda para mais de 3,0% Mg, o que pode ser feito mediante o uso de um metal de enchimento adequado. Os metais de adio de classificao Al-5% Mg (ER-5356, ER-5556 e ER5183) so muito eficazes e podem evitar a fissurao at mesmo em juntas com movimentao restrita, nas quais h considervel diluio do metal base. Nesta srie, destaque especial dado liga Al-4,5% MgMn (5083), por ser a mais resistente das ligas trabalhveis no-tratveis termicamente e pr j h muitos anos vir sendo amplamente empregada na construo de estruturas soldadas em aplicaes martimas e instalaes criognicas. Esta liga no apresenta tendncia fissurao na solda e pode ser soldada com os seguintes consumveis normalizados: ER-5356, ER-5 183 e ER5556 (ver Captulo 4, pargrafo - Escolha do Metal de Adio). Destes metais de enchimento, o de classificao ER-5356 empregado mais comumente na fabricao em geral; entretanto, os de classificao ER-5 183 e ER5556 so os mais indicados para a soldagem de material espesso (acima de 20 mm), visto que a liga ER-5 183 propcia propriedades semelhantes s do metal base na condio como recozida, e a liga ER-5556 confere maior resistncia, porm com ductilidade e tenacidade ligeiramente inferiores.


Todas as ligas pertencentes a esta srie so soldveis por fuso e tambm podem ser soldadas a pontos por resistncia eltrica, todavia necessrio cuidado especial na preparao da superfcie, devido a seus filmes de xido serem muito duros. Ligas Tratveis Termicamente Elas compreendem as ligas das sries 2XXX, 6XXX e 7XXX. Como descrito no Captulo 2, elas contm na sua composio qumica elementos de liga (cobre, magnsio, silcio e zinco) cuja solubilidade de um elemento ou grupo de elementos no alumnio aumenta com a temperatura; isto torna possvel submet-las ao tratamento trmico para aumentar-lhes a resistncia. O ciclo completo de tratamento trmico consiste de solubilizao e envelhecimento, que esto relatados no Captulo 2. Em aplicaes especiais, o endurecimento por deformao plstica a frio pode ser acrescentado ao tratamento trmico como parte de um processo de manufatura ou para elevar as propriedades mecnicas. Ligas da Srie 2XXX As ligas desta srie possuem alta resistncia e so principalmente destinadas a aplicaes aeroespaciais. A maioria delas so consideradas no-soldveis pelos processos de arco em virtude de serem muito suscetveis fissurao a quente, exceto as ligas 2219 e 2519, que apresentam boa soldabilidade. As duas ligas anteriores constituem-se basicamente de 6,0% de cobre e so amplamente utilizadas na fabricao de tanques soldados para armazenar combustvel de mssil. As soldas com as ligas 2014 e 2024 geralmente apresentam baixa ductilidade. Em geral, para se conseguir valores melhores de propriedades mecnicas com esta srie, na condio como soldada, deve-se empregar velocidade de soldagem elevada juntamente com alta taxa de resfriamento, assim como conseguir mxima transferncia de calor atravs do metal base. O tratamento trmico aps a soldagem um recurso que pode ser utilizado quando se deseja obter um ganho adicional de propriedades mecnicas, especialmente no limite de escoamento. Todas as ligas da 2XXX so de difcil brasagem, porm facilmente soldadas a pontos por resistncia eltrica. Ligas da Srie 6XXX A combinao de dois elementos de liga, magnsio e silcio, produz um composto, siliceto de magnsio, que concede s ligas desta srie a sua tratabilidade trmica

e mdia resistncia mecnica. As ligas da srie 6XXX possuem elevada capacidade de extruso e, portanto, formam um sistema complementar com as ligas da srie 5XXX (chapas e lminas) para aplicaes estruturais. As ligas desta srie so utilizadas em estruturas soldadas numa proporo muito maior do que quaisquer ligas de outras sries tratveis termicamente. A liga 6061 uma das mais usuais e apresenta excelente soldabilidade, tanto em espessura fina como grossa, podendo ser utilizada na condio como soldada ou tratada termicamente aps a soldagem quando o acrscimo da resistncia da solda for considerada importante. J a liga 6063 apresenta resistncia mecnica menor do que 6061, sendo utilizada na maioria das vezes na condio como soldada. Embora as ligas da srie 6XXX sejam de certo modo propensas fissurao a quente, isto superado com facilidade atravs da escolha correta do metal de enchimento e do perfil da junta. Tambm h uma perda de resistncia significativa nas ZTAs, a qual deve ser prevista no projeto da junta e do componente. Todavia, para recuperar a resistncia da ZTA necessrio executar um tratamento trmico completo ps-soldagem. No final deste captulo a ZTA e suas propriedades so explicadas detalhadamente sob o ttulo Efeito Metalrgico da Soldagem. A tabela 3.4 fornece as propriedades tpicas de soldas em chanfro na liga 6061. Pode-se notar que a resistncia mecnica e o alongamento variam numa faixa larga em funo da: espessura, temperatura e tratamento trmico. Aumentando-se a velocidade de soldagem, possvel obter-se maior resistncia mecnica na condio como soldada. Isto verificado, particularmente, em chapas mais finas (linha A at D, Tabela 3.4). O envelhecimento aps soldagem confere ao material soldado na condio T4 um aumento adicional na resistncia (linha C, Tabela 3.4). Em material mais espesso, o ganho extra na resistncia pode no ser to acentuado quanto no caso anterior. J em material muito espesso, as propriedades de uma junta retratada termicamente podem ser baixas devido liga do material de enchimento utilizada no ser tratvel termicamente. Alm do que deve contar com a diluio do metal base para obter uma composio de metal de solda que seja tratvel termicamente. Este efeito mostrado na linha F da tabela j referida, para uma solda em chanfro V simples realizada numa lmina de trs polegadas de espessura na liga 6061. Sempre que o projeto da junta no propicia suficiente diluio e a junta soldada tiver que ser posteriormente tratada, recomenda-se o uso da liga de adio 4643 em vez da 4043 (linha G, Tabela 3.4).


TABELA 3.4EFEITO DAS CONDIES DE SOLDAGEM SOBRE A RESISTNCIA DE JUNTAS DE TOPO NA LIGA 6061 SOLDADA COM A LIGA 4043

COMO SOLDADA Limite Limite de Rede Essistn- coamencia to 0,2% Trao em 50 mm (MPa) (MPa) 227 145

EMVELHECIMENTO APS SOLDAGEM

SOLUBILIZADA E ENVELHECIDA APS SOLDAGEM Limite de Escoamento 0,2% em 50mm (MPa) Alongamento em porcentagem 50mm

Posio*

Liga Base e Tmpera

Espessura (mm)

Processo de Soldagem e Condies

Alonga- Limite Limite mento de Rede Esem por- sistn- coamencentacia to 0,2% gem Trao em 50 mm 50 mm (MPa) (MPa) 6

Alonga- Limite mento de Reem por- sistncentacia gem Trao 50 mm (MPa)

A B C D

6061-T4 6061-T4 6061-T4 6061-T6

0,8 0,8 3,2 3,2

CA-SATG 2,43 m/s AC-SATG 2,43 m/s CCPD-SATG 0,5 m/s CCPD-SATG 0,89 m/s AUTOM-SAMG 1 PASSE DE CADA LADO 1,0 m/s AUTOM-SAMG

227 234 248 255

179 145 165 138

2 8 6 6 296 276 5 283 179 3 303 303 276 276 5 5

E

6061-T6

6,3

172

90

10 234 4

F

6061-T4

76,0

MULTIPASSES CHANFRO EM V AUTOM-SAMG MULTIPASSES CHANFRO EM V

G

6061-T6** 76,0

186

96

13

310

276

4

* **

As letras nesta coluna referem-se ao pargrafo 4 pg. 3.5. Foi utilizado metal de adio de classificao ER-4643.

A soldagem a pontos por resistncia e a brasagem tambm se aplicam s ligas da srie 6XXX (ver tabela 2.6, sobre classificao relativa para os diversos processos de unio). LIGAS DA SRIE 7XXX Esta srie compreende as ligas de alumnio de altssima resistncia. Da mesma forma que as ligas da srie 2XXX, a srie 7XXX tambm possui ligas soldveis e no soldveis por processos de fuso a arco. As ligas de alumnio da classe tambm 7XXX podem ser divididas em duas famflias: ligas Al-Zn-Mg, cuja resistncia varia entre 300 e 450 MPa e que possuem boa soldabilidade; e ligas Al-Zn-Mg-Cu, geralmente consideradas no soldveis, mas que apresentam melhores propriedades

mecnicas. Um exemplo tpico da famlia anterior a liga 7075, porque embora apresente alta resistncia aps tratamento trmico, o calor da soldagem provoca uma reduo de sua resistncia a nveis inaceitveis. Alm disso, em virtude do seu teor Cu ser superior a 1,0%, ela possui um intervalo de temperatura de fuso amplo e temperatura solidus baixa, sendo que isto favorece a formao de fases de baixo ponto de fuso que segregam nos contornos de gro, tornando-a altamente sensvel fissurao a quente. Por outro lado, as ligas da srie 7XXX, contendo baixo teor de cobre como as 7004, 7005 e 7039, embora no to resistentes, podem ser soldadas por processos de fuso a arco e as zonas termicamente afetadas (ZTA) apresentam um fenmeno conhecido como reverso, que permite a recuperao de parte da resistncia perdi-


da devido soldagem. Este fenmeno se d durante um perodo de tempo determinado e chega a propiciar uma recuperao de cerca de 90% da resistncia original da liga. Mais adiante, este fenmeno ser abordado sob o ttulo Efeitos Metalrgicos da Soldagem. As ligas da srie 7XXX podem ser laminadas, na forma de chapas e lminas ou extrudadas, e encontram aplicao em estruturas de alto desempenho, especialmente na indstria aeroespacial e de defesa. Ligas da Srie 8XXX Como abordado no Captulo 2 - Classificao das Ligas, a srie 8XXX reservada para outros elementos. A maioria dessas ligas geralmente no so soldadas, e por este motivo no esto includas neste manual. No entanto, desenvolvimentos bem recentes na famlia de ligas alumnio-ltio tm despertado grande interesse. A soldabilidade dessas ligas vem comprovando ser satisfatria, sendo que as mesmas esto sendo estudadas para aplicaes aeroespaciais soldadas. Ligas de Fundio A tabela 3.3 fornece a composio nominal das ligas de alumnio para fundio mais usuais. Ao contrrio dos sistemas de classificao para as ligas trabalhveis, as sries de ligas fundidas no podem ser inteiramente designadas, do mesmo modo como as no-tratveis ou tratveis termicamente, porque a maioria das sries contm uma ou mais ligas que no correspondem classificao predominante das demais. Elas so normalmente classificadas mais pelo tipo de fundio, isto , em molde de areia, molde permanente e molde metlico, do que pela tratabilidade trmica. A soldabilidade delas depende no s do tipo de liga como do tipo de fundio empregado na fabricao da pea. A Tabela 3.5 fornece os tipos de fundio para as ligas soldveis juntamente com a tratabilidade trmica e soldabilidade relativa de cada

uma delas. A maioria das ligas de fundio apresentam caractersticas de brasagem ruins.

EFEITOS METALRGICOS DA SOLDAGEMExceto quando o metal base encontra-se no estado recozido ou na condio como fundido, a soldagem por fuso provoca uma reduo de resistncia nas ligas tratveis e no-tratveis termicamente. Basicamente, a solda compreendida por duas regies. Uma delas o cordo de solda, a qual apresenta uma estrutura bruta de solidificao cuja composio o resultado das participaes de metal base e metal de enchimento. A outra a zona termicamente afetada (ZTA) no metal base, em cada lado da solda, onde ocorrem alteraes metalrgicas devido ao calor da soldagem. Por sua vez, a ZTA pode ser dividida em subzonas, as quais dependem da liga, da temperatura e tempo experimentados pelo metal. Cordo de Solda As propriedades da estrutura bruta de solidificao do cordo de solda so influenciadas pela composio qumica e taxa de solidificao. Um aumento na taxa de solidificao contribui para a obteno de melhores propriedades mecnicas, devido formao de uma microestrutura mais fina. Ainda, a taxa de solidificao ser tanto maior quanto menor for o aporte trmico - este ltimo influenciado pela velocidade de soldagem, de modo que velocidades maiores diminuem o aporte trmico cedido solda e o tamanho dos cordes. Embora os cordes de solda menores geralmente apresentem propriedades mais elevadas, deve-se tomar cuidado em relao ao tamanho das soldas, pois quando os cordes de solda so muito pequenos, eles podem trincar durante a soldagem devido s tenses geradas em virtude da restrio imposta pelo metal base.


TABELA 3.5TIPOS DE FUNDIO, TRATABILIDADE TRMICA E SOLDABILIDADE DAS LIGAS DE ALUMNIO FUNDIDAS USUAIS.

LIGA 319.0 355.0 356.0 443.0 A444.0 520.0 535.0 710.0 712.0

TIPO DE FUNDIO Em areia Molde Permanente Em areia Molde Permanente Em areia Molde Permanente Em areia Molde Permanente Molde Permanente Em areia Em areia Em areia Em areia

TRATVEL TERMICAMENTE Sim Sim Sim No No Sim No No No

SOLDABILIDADE Excelente Excelente Excelente Excelente Excelente Excelente Excelente Boa Boa

Zona Termicamente Afetada da Solda (ZTA) O efeito do calor de soldagem sobre as ligas de base em alumnio varia com a distncia a contar da solda e pode ser dividido, aproximadamente, em reas que exprimem as diferentes temperaturas atingidas pelo metal. O perodo de tempo em cada temperatura tambm significante para as ligas tratveis termicamente. A largura dessas reas e o grau de transformaes metalrgicas nas ligas tratveis termicamente dependem da espessura e geometria da junta, do processo de soldagem, do procedimento de soldagem, temperaturas de preaquecimento e interpasses e dos efeitos trmicos do cobre-junta (backing) e dispositivos de fixao. A ZTA nas juntas feiias com os processos com proteo de gs inerte raramente extendem-se alm de meia polegada (12,7 mm) da linha do centro da solda, contudo para a finalidade de projeto assume-se o valor de uma polegada (25,4 mm) de largura para cada lado da junta. Ligas No-Tratveis Termcamente Nas ligas no-tratveis termicamente a ZTA considerada como uma zona nica, onde o metal passa por uma faixa de temperaturas, sendo que em determinado ponto ele atinge a temperatura de recozimento, geralmente

3450C. Uma vez que a recristalizao ocorre rapidamente, em especial no metal encruado, a resistncia mnima desta zona ser bem prxima da resistncia da liga na condio totalmente recozida, apresentando um ganho de ductilidade. Temperatura, tempo e taxa de resfriamento no so fatores to importantes no recozimento dessas ligas ocasionado pela operao de soldagem. Dessa forma, num projeto baseado no limite de resistncia trao, utiliza-se para o valor da tenso mxima admissvel em trao para as soldas de topo nas ligas no-tratveis termicamente o valor mnimo de resistncia da liga na condio recozida. A popularidade das ligas de elevada resistncia pertencentes srie 5XXX, tais como 5083, 5086 e 5456, em estruturas soldadas, ocorre em virtude de as mesmas apresentarem alta resistncia na condio recozida e boa ductilidade. Em geral, a tmpera do metal base e outros fatores, tal como espessura, afetam muito pouco as propriedades mecnicas dessas ligas; j o mesmo no acontece s ligas tratveis termicamente. As soldas nas ligas no-tratveis termicamente possuem excelente ductilidade. Sendo assim, elas conseguem resistir a grandes deformaes antes de atingir a ruptura, devido capacidade que as mesmas apresentam de redistribuir as tenses.


A Figura 3.3 ilustra a estrutura metalrgica tpica de uma solda na liga 5083. A mudana na microestrutura do metal base em virtude da soldagem evidente; no entanto, ela apresenta uma perda pequena de resistncia se comparada com o valor original. Ligas Tratveis Termicamente Nas ligas tratveis termicamente ocorre uma degradao das propriedades do metal base localizada na ZTA formada adjacente zona de fuso. A microestrutura nesta zona alterada devido s temperaturas elevadas

que a mesma experimentou durante a soldagem. Nessas ligas endurecveis por precipitao, a ZTA apresenta dissoluo ou crescimento de precipitados. Por exemplo, nas ligas da srie 2XXX ela corresponde a uma dissoluo, enquanto nas da srie 6XXX principalmente um crescimento de precipitados. Embora a natureza dessas ZTAs possam diferir, elas so exclusivamente governadas por difuso e como tal, termicamente dependentes. Um meio prtico de determinar a largura e a extenso da ZTA fazendo-se um levantamento do perfil de dureza atravs de uma seco transversal da solda. A Figura

Junta Soldada (2,5 x)

Interface do metal de Solda (200 x)

Metal de Base (200 x)

Metal de Solda (200 x)

Metal Recristalizado (200 x)

FIGURA 3.3SOLDA DE UMA LIGA NO-TRATVEL TERMICAMENTE (5083 COM CONSUMVEL 5356)


3.4 mostra os perfis de dureza de soldas TIG realizadas em trs ligas de alumnio usuais. O perfil de dureza da liga 2219-T87 mostra a ocorrncia de dissoluo de precipitados. A fase endurecedora uma fase intermediria, de modo que prximo zona de fuso, onde ocorrem as maiores temperaturas, h uma maior dissoluo dessas fases. Isto resulta num decrscimo gradual de dureza nesta zona, como ilustra a figura.

FIGURA 3.4PERFIS DE DUREZA DE SOLDAS TIG EM LIGAS DE ALUMNIO O perfil de dureza da liga 6061-T6 tpico de todas as ligas da srie 6XXX. A ZTA governada por um crescimento, semelhante transformao de precipitados para formar fases no-endurecedoras. Essa transformao ocorre muito rapidamente quando o metal encontra-se na faixa de temperatura entre 427oC e 288oC. Os pontos mais baixos indicados no perfil de dureza desta liga significam que o metal experimentou temperaturas dentro desta faixa. Prximo zona de fuso, onde as temperaturas so maiores, o precipitado encontra-se dissolvido

em soluo vindo a precipitar durante o resfriamento. A extenso da ZTA tambm pode ser identificada metalograficamente, contudo, para as ligas endurecidas por precipitao, a metalografia tica define somente os extremos da dissoluo ou do crescimento. (Por outro lado, a recristalizao da ZTA das ligas endurecveis por encruamento facilmente identificada metalograficamente.) Alguns exemplos de micrografias da ZTA de uma solda na liga 6061 so mostradas na Figura 3.5. Devido as transformaes metalrgicas que ocorrem na ZTA serem termicamente dependentes, os processos de soldagem e os procedimentos de parmetros determinam a extenso do metal base que sofre degenerao. O aporte trmico elevado e o uso de preaquecimento aumentam a perda de resistncia como a largura da ZTA. Isto se verifica, particularmente, nas ligas endurecveis por precipitao e est ilustrado na Figura 3.6 para soldas na liga 6061-T6 feitas com diferentes aportes trmicos. Para melhorar a resistncia da ZTA de juntas soldadas em ligas da srie 6XXX, comum a prtica do tratamento trmico ps-soldagem. Este assunto tratado mais adiante sob o ttulo Tratamento Trmico Ps-Soldagem. Resumindo o que foi dito at aqui, a ZTA de uma junta soldada numa liga tratvel termicamente pode ser caracterizada por trs regies diferentes, a saber: a) adjacente ao cordo de solda, h uma regio onde a temperatura excede o limite de solubilidade slida da liga, que no caso das ligas da srie 7XXX aproximadamente 350oC, onde o metal ressolubilizado; b) na outra extremidade da ZTA, prxima do metal base, a temperatura excede o limite de prvia precipitao, sendo imperceptveis as mudanas; c) entre estas duas regies, a operao de soldagem normalmente provoca superenvelhecimento, o que causa um prejuzo nas propriedades mecnicas, sendo necessrio executar um tratamento trmico ps-soldagem para recuper-las. Nas ligas da srie 7XXX, esta regio no, apresenta superenvelhecimento, dado que o tempo de permanncia em temperaturas elevadas no ciclo de soldagem muito reduzido e a taxa de envelhecimento especfica da liga muito lenta.


Junta Soldada (2.5)

Interface da Solda (200x) Metal Base (400 x) Metal de Solda (400 x)

Precipitados (400 x) Soluo Slida (400 x)

Interface (400 x) Metal de Solda Soluo Slida

FIGURA 3.5REGIES MICROETRUTURAIS EM UMA SOLDA NA LIGA 6061-T6


A reverso o motivo bsico pelo qual as propriedades das juntas podem ser recuperadas nestas ligas. Contudo, a reverso no a nica reao que ocorre nesta regio da ZTA onde os picos de temperatura variam de 200 a 3500C aproximadamente. Ocorre tambm o superenvelhecimento, sendo que, no entanto, a reverso a reao dominante. Outro fato importante da ZTA nas ligas endurecveis por precipitao a ser considerado a camada de contorno de gro estreita adjacente zona de fuso, ou seja, a regio parcialmente fundida. Nesta regio fases eutticas, tendo pontos de fuso menores do que do metal base, fundem-se nos contornos de gro durante a soldagem, e, caso haja tenso de trao suficiente nesta regio, os contornos dos gros no conseguem resistir mesma e ocorre ruptura. A Figura 3.7 mostra uma trinca tpica nesta zona numa liga Al-Mg-Si.

FIGURA 3.6PERFIS DE DUREZA DE UMA SOLDA TIG NA LIGA 6061-T6 COM VRIOS APORTES TRMICOS Nestes casos, ocorre um fenmeno conhecido por reverso. Esta reverso ocorre, pois, no aquecimento em temperaturas superiores ao envelhecimento prvio, porm inferior temperatura limite de solubilidade slida. Os precipitados tornam-se termodinamicamente instveis devido a seus tamanhos e morfologias, solubilizando-se, mesmo que isto aumente a supersaturao. Na prtica, isto significa que o precipitado formado durante o tratamento trmico do metal base no estvel se aquecido rapidamente acima de sua temperatura de formao, e, assim, ele se dissolve. Contudo, este mesmo precipitado pode crescer ou mudar para tomar-se estvel se a temperatura for aumentada lentamente. Existem dois casos onde o benefcio completo da reverso no pode ser obtido, ambos associados a soldagens multipasses em chapas. a) ocorrncia de precipitados grosseiros na ZTA, devido ao reaquecimento mltiplo desta regio; e b) soldagem com baixa diluio e consumvel sem zinco, tornando a porcentagem deste elemento no cordo de solda muito baixa.

Tratamento Trmico Ps-Soldagem O tratamento trmico ps-soldagem pode envolver solubilizao mais envelhecimento ou, se o metal base tiver sido soldado na tmpera T4, simplesmente o envelhecimento. Embora o envelhecimento ps-soldagem somente no seja to eficaz na recuperao da resistncia da ZTA como o tratamento de solubilizao e envelhecimento, ele apresenta vantagens importantes. Por exemplo, no h necessidade de aquecer o metal a altas

FIGURA 3.7TRINCA A QUENTE TPICA NUMA LIGA Al-Mg-Si SOLDADA


temperaturas e resfriar em gua, o que poderia resultar em tenso residual e distoro. A liga 6061 soldada na condio T4 e em seguida envelhecida apresenta uma recuperao de resistncia da ZTA bem acentuada. Entretanto, quando o mesmo caso se repete com a liga na tmpera T6, embora a resistncia da ZTA aumente, a resistncia do metal base adjacente a ela, diminui. Isto significa que esta zona foi superenvelhecida. Por este motivo, o metal base deve estar na condio T4 caso ele venha a ser submetido somente ao envelhecimento depois de soldado. A Figura 3.8 mostra os perfis de dureza da ZTA da liga 6061-T4 e T6 nas condies como soldada e envelhecida pssoldagem. O tratamento trmico ps-soldagem especificado na, maioria das vezes para aumentar as propriedades da ZTA, no entanto isto pode levar o cordo de solda a ser a parte integrante da junta mais fraca, especialmente quando os reforos dos cordes so removidos. No caso das ligas da srie 6XXX, isto

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Apostila Manual de Soldagem - Alcan