A soldadura de ligas de alumínio apresenta desafios únicos devido ao seu baixo ponto de fusão e elevada condutividade térmica. Este artigo analisa vários métodos de soldadura, como a soldadura TIG, MIG e por arco plasma, destacando as suas aplicações, vantagens e desvantagens. Ficará a conhecer os factores críticos na seleção de materiais e técnicas para obter soldaduras fortes e fiáveis, garantindo resultados de alta qualidade em diversas aplicações industriais. Explore como escolher o método e os materiais certos para as suas necessidades específicas, melhorando os seus projectos de soldadura com ligas de alumínio.
Existem várias técnicas de soldadura para ligas de alumínio, cada uma com as suas próprias utilizações específicas. Além dos métodos convencionais de soldadura por fusão, resistência e gás, outras técnicas avançadas, como a soldadura por arco de plasma, a soldadura por feixe de electrões e a soldadura por difusão em vácuo, também podem soldar eficazmente ligas de alumínio.
Os métodos de soldadura comuns para ligas de alumínio e as suas respectivas características e âmbito de aplicação são apresentados na Tabela 1.
Quadro 1 Características e âmbito de aplicação dos produtos comuns métodos de soldadura para liga de alumínio
| Método de soldadura | Característica | Âmbito de aplicação |
|---|---|---|
| Soldadura a gás | Baixa potência térmica, grande deformação da soldadura, baixa produtividade, fácil produção de escórias, fissuras e outros defeitos | É utilizado para soldadura topo a topo e soldadura de reparação de chapas finas em ocasiões não importantes |
| Soldadura por arco manual | Má qualidade das articulações | Utilizado para soldadura de reparação e reparação geral de alumínio fundido peças |
| Soldadura TIG | O metal de solda é compacto, a junta tem alta resistência e boa plasticidade, e a junta de alta qualidade pode ser obtida | É amplamente utilizado e pode ser soldado com espessura de placa de 1 ~ 20mm |
| Pulsado Soldadura TIG | O processo de soldadura é estável, a entrada de calor é precisa e ajustável, a deformação da soldadura é pequena e a qualidade da junta é elevada | Utilizado para soldadura de chapas, soldadura em todas as posições, soldadura de montagem e ligas de alumínio de elevada resistência, tais como alumínio forjado e duralumínio com forte sensibilidade ao calor |
| Soldadura MIG | Elevada potência de arco e rapidez velocidade de soldadura | Pode ser utilizado para soldar peças espessas com espessura inferior a 50 m |
| Soldadura MIG por arco de árgon pulsado | A deformação da soldadura é pequena, a resistência à porosidade e à fissuração é boa, os parâmetros do processo são amplamente ajustados | É utilizado para a soldadura de chapas ou de todas as posições, e é normalmente utilizado para peças de trabalho com espessura de 2 ~ 12mm |
| Arco de plasma soldadura | A concentração de calor, a velocidade de soldadura, a deformação e a tensão de soldadura são pequenas, o processo é mais complexo | É utilizado para a soldadura topo a topo quando os requisitos são mais elevados do que os da soldadura por arco de árgon |
| Soldadura por feixe de electrões no vácuo | Os resultados mostram que a penetração é grande, a zona afetada pelo calor é pequena, a deformação da soldadura é pequena e as propriedades mecânicas da junta são boas | Utilizado para soldar soldaduras de pequenas dimensões |
| Soldadura a laser | Pequena deformação de soldadura e elevada produtividade | É utilizado para peças de soldadura de precisão |
A seleção de um método de soldadura para alumínio e ligas de alumínio deve basear-se no grau do material, na espessura do componente a soldar, na estrutura do produto e no nível desejado de soldabilidade.
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A potência térmica de uma chama de soldadura oxigénio-acetileno é baixa, causando a dispersão do calor e resultando numa deformação significativa da soldadura e numa baixa produtividade.
Ao soldar soldaduras de alumínio espessas, é necessário um pré-aquecimento.
O metal de solda produzido por este método tem um grão grosseiro e uma estrutura solta, o que o torna propenso a defeitos como a inclusão de alumina, a porosidade e a fissuração.
Este método de soldadura só deve ser utilizado para reparar peças estruturais de alumínio sem importância e peças fundidas com uma espessura de 0,5-10 mm.
Este método, conhecido como soldadura TIG, é realizado sob a proteção de árgon, o que resulta numa fonte de calor mais concentrada e numa combustão estável do arco. Isto resulta num metal de solda mais denso, com elevada resistência e plasticidade, tornando-o amplamente utilizado na indústria.
Embora a soldadura TIG seja um método ideal para soldar ligas de alumínio, o seu equipamento é complexo, tornando-o menos adequado para operações no exterior.
O gás automático e semi-automático Arco metálico O processo de soldadura (GMAW) tem várias vantagens, incluindo uma elevada potência de arco, calor concentrado e uma pequena zona afetada pelo calor. A sua eficiência de produção é 2-3 vezes superior à do GMAW manual.
A soldadura GMAW pode ser utilizada para soldar alumínio puro e alumínio placas de liga metálica com uma espessura inferior a 50 mm. Por exemplo, o pré-aquecimento não é necessário para placas de alumínio com uma espessura de 30 mm, e apenas as camadas anterior e posterior têm de ser soldadas para obter uma superfície lisa e uma soldadura de alta qualidade.
A soldadura semi-automática com gás inerte de tungsténio (TIG) é ideal para a soldadura de precisão, a soldadura curta e intermitente e a soldadura em estruturas irregulares.
A semi-automática soldadura por arco de árgon A tocha de soldadura proporciona uma soldadura cómoda e flexível, mas o diâmetro do fio de soldadura é mais pequeno e a soldadura é mais propensa à porosidade.
(1) Soldadura com gás inerte de tungsténio pulsado (TIG)
Este método melhora significativamente a estabilidade dos processos de soldadura de baixa corrente e permite um controlo fácil da potência do arco e da formação da soldadura através do ajuste de vários parâmetros. A soldadura tem uma deformação mínima e uma zona afetada pelo calor, o que a torna ideal para a soldadura de chapas finas, soldadura em todas as posições e soldadura de materiais sensíveis ao calor, tais como alumínio forjado, alumínio duro e alumínio super duro.
(2) Soldadura por arco de árgon pulsado com gás inerte metálico (MIG)
Este método é adequado para todas as posições soldadura de alumínio chapas de liga metálica com uma espessura de 2-10 mm.
Pode ser utilizado para soldar alumínio chapas de liga leve com uma espessura inferior a 4 mm.
Para produtos com elevados requisitos de qualidade, a soldadura por pontos com ondas de choque DC e soldadura por costura pode ser utilizado.
A soldadura requer equipamento sofisticado, correntes de soldadura elevadas e alta produtividade, o que a torna particularmente adequada para a produção em massa de peças e componentes.
A soldadura por fricção (FSW) é um tipo de tecnologia de união em estado sólido que pode ser utilizada para soldar várias placas de liga metálica.
Em comparação com os métodos tradicionais de soldadura por fusão, o FSW oferece várias vantagens, tais como a ausência de salpicos, a redução de poeiras, a não necessidade de fio de soldadura ou gás de proteçãoe ausência de poros e fissuras na junta.
Além disso, em comparação com a fricção normal, a FSW não está limitada por peças de eixo e pode produzir soldaduras rectas.
Este método de soldadura também apresenta vários outros benefícios, incluindo propriedades mecânicas melhoradas, eficiência energética, redução da poluição e baixos requisitos de preparação antes da soldadura.
Devido ao baixo ponto de fusão do alumínio e das ligas de alumínio, a FSW é particularmente adequada para estes materiais.
Ao soldar ligas de alumínio utilizando soldadura a gás ou soldadura TIG, recomenda-se a utilização de fio de enchimento.
Os fios de soldadura de alumínio e de ligas de alumínio podem ser classificados em dois tipos: homogéneos e heterogéneos.
Para conseguir um sistema forte e fiável junta de soldaduraÉ importante escolher o material de enchimento adequado para o metal de base que está a ser utilizado.
Ao selecionar um fio de soldadura para ligas de alumínio, é importante considerar vários factores, incluindo os requisitos de composição, as propriedades mecânicas, a resistência à corrosão, a rigidez estrutural, a cor e a resistência à fissuração do produto acabado.
A utilização de um metal de adição com uma temperatura de fusão inferior à do metal de base pode reduzir significativamente o risco de fissuração intergranular na zona afetada pelo calor.
Para ligas não tratadas termicamente, a resistência da junta soldada aumenta na seguinte ordem: Série 1000, série 4000 e série 5000.
É importante notar que os fios de soldadura da série 5000 que contenham mais de 3% de magnésio não devem ser utilizados em estruturas com temperaturas de serviço superiores a 65°C, uma vez que estas ligas são altamente susceptíveis à fissuração por corrosão sob tensão nestas condições.
Para evitar a fissuração, recomenda-se frequentemente a utilização de um metal de adição com um teor de liga superior ao do metal de base.
Os fios de soldadura mais utilizados para ligas de alumínio são fios de qualidade normalizada com composições semelhantes às do metal de base. Na ausência de um fio de soldadura de qualidade normal, pode ser cortada uma tira do metal de base e utilizada como material de enchimento.
Uma escolha popular de fio de soldadura é o HS311, que é conhecido pela sua boa fluidez, retração mínima durante a solidificação e excelente resistência à fissuração. Para melhorar ainda mais o tamanho do grão, a resistência à fissuração e as propriedades mecânicas da soldadura, pequenas quantidades de elementos de liga tais como Ti, V, Zr e outros são frequentemente adicionados como modificadores.
Deve prestar-se atenção às seguintes questões ao selecionar o fio de soldadura de liga de alumínio:
(1) Sensibilidade à fissura da junta de soldadura
O principal fator que afecta a sensibilidade à fissuração é a compatibilidade do metal de base e do fio de soldadura.
A utilização de um metal de solda com uma temperatura de fusão inferior à do metal de base pode reduzir a sensibilidade à fissuração tanto do metal de solda como da zona afetada pelo calor.
Por exemplo, ao soldar a liga 6061 com um teor de silício de 0,6%, a utilização da mesma liga na soldadura resulta numa sensibilidade muito elevada à fissuração.
No entanto, a utilização do fio de soldadura ER4043 com um teor de silício de 5% proporciona uma boa resistência à fissuração, uma vez que a sua temperatura de fusão é inferior à da liga 6061 e tem uma maior plasticidade durante o arrefecimento.
Além disso, é aconselhável evitar a combinação de Mg e Cu no metal de solda, uma vez que o Al-Mg-Cu tem uma elevada sensibilidade à fissuração.
(2) Propriedades mecânicas da junta de soldadura
O alumínio puro industrial tem a resistência mais baixa, enquanto que o 4000 série alumínio estão no meio e as ligas de alumínio da série 5000 têm a maior resistência.
Embora o fio de soldadura Al-Si tenha uma elevada resistência à fissuração, tem uma fraca plasticidade.
Por conseguinte, para juntas que requerem um processamento de deformação plástica após a soldadura, é melhor evitar o fio de soldadura de silício.
(3) Desempenho da junta de soldadura
A escolha do metal de adição não se baseia apenas na composição do metal de base, mas também na geometria da junta, nos requisitos operacionais de resistência à corrosão e nos requisitos de aparência da soldadura.
Por exemplo, para garantir que um contentor tem uma boa resistência à corrosão ou para evitar a contaminação dos produtos armazenados, um contentor que armazena peróxido de hidrogénio requer uma liga de alumínio de elevada pureza.
Neste caso, o grau de pureza do metal de adição deve ser pelo menos igual ao do metal de base.
O modelo, as especificações e as aplicações da vareta de soldadura em liga de alumínio são apresentados na Tabela 2. A Tabela 3 apresenta a composição química e as propriedades mecânicas do elétrodo de liga de alumínio.
Tabela 2 Tipo (marca), especificação e aplicação da vareta de soldadura de alumínio e liga de alumínio
| Tipos | Grau | Tipos de pele | Material de base | Especificação do elétrodo / mm | Objetivo | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| E1100 | L109 | Tipo de base | Alumínio puro | 3.2,4.5 | 345〜355 | Soldadura de chapas e contentores de alumínio puro |
| E4043 | L209 | Tipo de base | Liga de Al Si | 3.2,4.5 | 345〜355 | Soldadura de chapa de alumínio, fundição de alumínio silício, liga de alumínio em geral, alumínio forjado, duralumínio (exceto alumínio liga de magnésio) |
| E3003 | L309 | Tipo de base | Liga de alumínio e manganês | 3.2,4.5 | 345〜355 | Soldadura de ligas de alumínio e manganês, alumínio puro e outras ligas de alumínio |
Tabela 3 Composição química e propriedades mecânicas dos eléctrodos de alumínio e de ligas de alumínio
| Tipos | Grau | Tipos de peles | Tipos de fontes de alimentação | Composição química do núcleo de solda /% | Resistência à tração do metal depositado / MPa | Tração resistência da junta soldada / MPa |
|---|---|---|---|---|---|---|
| E1100 | L109 | Tipo de base | DCEP (elétrodo de corrente contínua positivo) | Si+Fe≤0.95,Co0.05〜0.20 Mn≤0.05,Be≤0.0008 Zn≤0.10,outros≤0.15 AI≥99.0 | ≥64 | ≥80 |
| E4043 | L209 | Tipo de base | DCEP | Si4.5〜6.0,Fe≤0.8 Cu≤0.30,Mn≤0.05 Zn≤0.10,Mg≤0.0008 outros≤0.15,Al Rem. | ≥118 | ≥95 |
| E3003 | L309 | Tipo de base | DCEP | Si≤0.6,Fe≤0.7 Cu0.05〜0.20,Mn1.0 〜1.5 Zn≤0.10,outros≤0.15 Al Rem. | ≥118 | ≥95 |
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Os gases inertes preferidos para a soldadura de ligas de alumínio são o árgon e o hélio.
Os requisitos técnicos para o árgon são um grau de pureza igual ou superior a 99,9%, um teor de oxigénio inferior a 0,005%, um teor de hidrogénio inferior a 0,005%, um teor de humidade inferior a 0,02 mg/L e um teor de azoto inferior a 0,015%.
Um aumento dos níveis de oxigénio e azoto degrada a atomização catódica.
Se o teor de oxigénio for superior a 0,3%, a perda de combustão do elétrodo de tungsténio intensificar-se-á e se o teor de oxigénio for superior a 0,1%, a superfície de soldadura tornar-se-á baça ou enegrecida.
Para a soldadura TIG, o árgon puro é selecionado para a soldadura AC mais HF, que é adequada para a soldadura de placas espessas. Para a soldadura com elétrodo positivo DC, é utilizada uma mistura de Ar + He ou Ar puro.
Para placas com uma espessura inferior a 25 mm, é utilizado árgon puro.
Para placas com uma espessura de 25-50 mm, é utilizada uma mistura de Ar + He com 10% a 35% Ar.
Para placas com uma espessura de 50-75 mm, deve ser utilizada uma mistura de Ar + He com 10% a 35% ou 50% He.
Para placas com uma espessura superior a 75 mm, recomenda-se uma mistura de Ar + He com 50% a 75% He.
A eficiência térmica da soldadura a gás oxigénio-acetileno é baixa e a entrada de calor não é concentrada, o que faz com que a qualidade e o desempenho da junta não sejam elevados. Além disso, é necessário um fluxo para soldar alumínio e ligas de alumínio, e os resíduos devem ser removidos após a soldadura.
Apesar destas desvantagens, o equipamento de soldadura a gás é normalmente utilizado para soldar ligas de alumínio com baixos requisitos de qualidade, tais como chapas finas e peças pequenas, bem como para reparar ligas de alumínio e peças fundidas. Isto deve-se à sua simplicidade, à falta de necessidade de uma fonte de alimentação e à sua natureza conveniente e flexível.
(1) Forma conjunta de soldadura a gás
As juntas sobrepostas e as juntas em T não são ideais para a soldadura a gás de ligas de alumínio porque é difícil remover o fluxo residual e a escória de soldadura na fenda. Por conseguinte, recomenda-se a utilização de juntas de topo sempre que possível.
Para garantir uma soldadura completa sem colapso ou queimaduras, recomenda-se a utilização de uma placa de apoio com uma ranhura. A placa de suporte é normalmente feita de aço inoxidável ou cobre puro.
A soldadura com uma placa de apoio pode obter uma boa conformação inversa e melhorar a produtividade da soldadura.
(2) Seleção do fluxo para a soldadura a gás
Na soldadura a gás de ligas de alumínio, é necessária a utilização de um fluxo para garantir uma soldadura suave processo de soldadura e boa qualidade de soldadura. O fluxo, também conhecido como fluxo de gás, remove a película de óxido e outras impurezas na superfície da liga de alumínio durante a soldadura.
A principal função do fluxo é remover a película de óxido formada na superfície do alumínio durante a soldadura, melhorar a molhabilidade do metal de base e promover a formação de uma microestrutura de soldadura densa.
O fluxo é normalmente aspergido diretamente sobre a ranhura da peça a soldar antes da soldadura, ou adicionado à poça de fusão no fio de soldadura.
Os fundentes para ligas de alumínio são normalmente constituídos por cloretos de elementos como o potássio, o sódio, o cálcio e o lítio. Estes compostos são moídos, peneirados e misturados em proporções específicas para criar o fundente.
Por exemplo, a criolita de alumínio (Na3AlF6) pode fundir a alumina a 1000°C, e o cloreto de potássio pode transformar a alumina refractária em cloreto de alumínio fusível. O fluxo tem um baixo ponto de fusão e boa fluidez, o que também pode melhorar a fluidez do metal fundido e garantir a formação adequada da solda.
(3) Seleção do bocal de soldadura e da chama
As ligas de alumínio têm uma forte tendência para se oxidarem e absorverem ar. Durante a soldadura a gás, é importante utilizar uma chama neutra ou uma chama de carbonização fraca (com excesso de acetileno) para evitar a oxidação do alumínio. Isto manterá a poça de fusão do alumínio sob uma atmosfera redutora e evitará a oxidação.
É estritamente proibido utilizar uma chama de oxidação, uma vez que oxidará fortemente o alumínio e dificultará o processo de soldadura.
No entanto, se houver demasiado acetileno, o hidrogénio livre pode dissolver-se na poça de fusão, causando porosidade na soldadura e soltando-a.
(4) Soldadura de remate
Para evitar alterações no tamanho e na posição relativa durante a soldadura, é necessário efetuar uma soldadura prévia.
A soldadura a gás tem um elevado coeficiente de expansão linear, uma velocidade de condução de calor rápida e uma grande área de aquecimento, pelo que as soldaduras de posicionamento devem ser mais densas do que as das peças de aço.
O fio de enchimento utilizado para a soldadura de posicionamento é o mesmo que o utilizado para a soldadura do produto. Antes da soldadura de posicionamento, deve ser aplicada uma camada de fluxo de gás no espaço de soldadura.
A potência da chama durante a soldadura por posicionamento deve ser ligeiramente superior à da soldadura a gás.
(5) Operação de soldadura a gás
Ao soldar materiais de aço, a temperatura de aquecimento pode ser determinada observando a mudança de cor do aço. No entanto, isto não é possível quando se soldam ligas de alumínio, uma vez que não existe uma mudança de cor evidente durante o aquecimento.
Para controlar o temperatura de soldaduraO tempo de soldadura pode ser determinado com base nas seguintes observações:
Para o gás chapas de soldaduraO método de soldadura à esquerda pode ser utilizado, com o fio de soldadura em frente da chama de soldadura. Isto ajuda a evitar o sobreaquecimento da poça de fusão e o crescimento de grãos ou a queima na zona afetada pelo calor, reduzindo a perda de calor.
Para metais de base com uma espessura superior a 5 mm, pode ser utilizado o método de soldadura correto, com o fio de soldadura atrás da tocha de soldadura. Isto minimiza a perda de calor, aumenta a profundidade de fusão e melhora a eficiência do aquecimento.
Para a soldadura a gás de peças com menos de 3 mm de espessura, o ângulo de inclinação da tocha deve ser de 20-40°. Para peças espessas, o ângulo de inclinação da tocha deve ser de 40-80°, com um ângulo entre o fio de soldadura e a tocha de 80-100°.
Para a soldadura a gás de ligas de alumínio, é melhor completar a junta num só passe, uma vez que a deposição de uma segunda camada pode resultar na inclusão de escória na soldadura.
(6) Tratamento pós-soldadura
O corrosão do alumínio As juntas causadas por fluxo residual e escória na superfície de soldadura da soldadura a gás são uma causa potencial de danos futuros na junta.
No prazo de 1-6 horas após a soldadura a gás, é necessário limpar o fluxo residual e a escória para evitar a corrosão da soldadura.
O processo de limpeza após a soldadura envolve os seguintes passos:
Também conhecida como soldadura com gás inerte de tungsténio (TIG), envolve a utilização de tungsténio como elétrodo para gerar um arco entre o tungsténio e a peça de trabalho. O calor gerado pelo arco derrete o metal a ser soldado, que é depois unido pelo fio de enchimento para formar uma junta de soldadura sólida.
A soldadura por arco de árgon do alumínio utiliza as propriedades de "atomização catódica" do árgon para remover a película de óxido da superfície.
O processo de soldadura TIG protege o elétrodo de tungsténio e a zona de soldadura, protegendo-a com um gás inerte, como o árgon, que é emitido pelo bocal. Isto ajuda a evitar qualquer reação entre a zona de soldadura e o ar circundante.
O processo de soldadura TIG é ideal para soldar chapas finas com uma espessura inferior a 3 mm. Resulta numa menor deformação da peça de trabalho em comparação com a soldadura a gás e a soldadura manual por arco.
O método de soldadura AC TIG é particularmente útil para soldar ligas de alumínio, uma vez que o cátodo pode remover a película de óxido e evitar a corrosão. Isto resulta numa superfície brilhante e lisa, com uma forma de junta sem restrições. O fluxo de árgon também arrefece a junta rapidamente, melhorando a sua microestrutura e propriedades, tornando-a adequada para a soldadura em todas as posições.
No entanto, o processo de soldadura TIG requer uma limpeza mais rigorosa antes da soldadura devido à ausência de fluxo. A soldadura TIG CA e a soldadura TIG por impulsos CA são os métodos preferidos para a soldadura de ligas de alumínio, seguidos da soldadura TIG inversa CC.
Em geral, a soldadura AC é mais utilizada para ligas de alumínio, uma vez que proporciona a melhor combinação de capacidade de transporte de corrente, controlo do arco e limpeza do arco. Quando é utilizada a ligação positiva DC (elétrodo ligado ao elétrodo negativo), o calor gerado na superfície da peça de trabalho resulta numa penetração profunda e pode ser utilizada uma corrente de soldadura maior para um determinado tamanho de elétrodo.
Este método não requer pré-aquecimento mesmo para secções espessas e causa uma deformação mínima do metal de base. No entanto, o método de soldadura TIG de ligação inversa DC (elétrodo para elétrodo positivo) é raramente utilizado para a soldadura de alumínio. Apesar disso, oferece vantagens como uma profundidade de fusão pouco profunda, um controlo fácil do arco e bons efeitos de purificação para soldadura contínua ou soldadura de reparação de permutadores de calor de parede fina e componentes semelhantes com uma espessura de tubo inferior a 2,4 mm.
(1) Elétrodo de tungsténio
O ponto de fusão do tungsténio é de 3410°C.
O tungsténio tem uma forte capacidade de emissão de electrões a altas temperaturas.
Ao adicionar quantidades vestigiais de elementos de terras raras, como o tório, o cério e o zircónio, a eficiência da emissão de electrões é significativamente reduzida e a capacidade de transporte de corrente é significativamente melhorada.
Na soldadura TIG de ligas de alumínio, um elétrodo de tungsténio é utilizado principalmente para conduzir a corrente, iniciar um arco e manter a combustão normal do arco.
Os materiais de eléctrodos de tungsténio normalmente utilizados incluem o tungsténio puro, o tório-tungsténio e o cério-tungsténio.
(2) Parâmetros do processo de soldadura
Para obter uma excelente formação e qualidade da soldadura, os parâmetros do processo de soldadura devem ser seleccionados com base nos requisitos técnicos da soldadura.
Os principais parâmetros do processo de soldadura TIG manual de ligas de alumínio incluem o tipo de corrente, a polaridade, o tamanho da corrente, o caudal do gás de proteção, o comprimento da extensão do elétrodo de tungsténio e a distância entre o bocal e a peça de trabalho.
Os parâmetros do processo para a soldadura TIG automática também incluem a tensão do arco (comprimento do arco), a velocidade de soldadura e a velocidade de alimentação do fio.
Dependendo do material e da espessura a soldar, os parâmetros do processo incluirão o diâmetro e a forma do elétrodo de tungsténio, o diâmetro do fio de soldadura, o tipo de gás de proteção, o caudal do gás, o diâmetro do bocal, a corrente de soldadura, a tensão do arco, a velocidade de soldadura, e estes parâmetros podem ser ajustados com base nos resultados reais da soldadura até satisfazerem os requisitos desejados.
Seguem-se as principais considerações para selecionar os parâmetros de soldadura TIG para a liga de alumínio:
Defeitos e causas comuns da soldadura de alumínio
Causas do encerramento dos estomas
Medidas preventivas:
Causas de Fissuras de soldadura
Medidas preventivas:
Causas de incompletude Penetração de solda
Medidas preventivas:
Causas da inclusão de tungsténio na soldadura
Medidas preventivas:
Causas do corte inferior
Medidas preventivas:
Os defeitos do alumínio peças fundidas em liga podem geralmente ser reparados através da soldadura por arco de árgon, com melhores resultados utilizando a soldadura AC TIG.
Ao utilizar a soldadura de reparação para fixar defeitos de fundiçãoÉ importante limpar o fio de soldadura e as peças antes da soldadura, selecionar materiais de fio de soldadura adequados e utilizar fio de soldadura de arco curto e de ângulo pequeno. Na prática, tem havido muitas experiências bem sucedidas com diferentes tipos de defeitoscomo a utilização de uma corrente de soldadura baixa, sempre que possível.
O fio de soldadura deve ter uma composição de liga mais elevada do que o metal de base para complementar qualquer liga queimada durante a soldadura de reparação e manter a consistência na composição da soldadura.
Para peças fundidas com defeitos de fissuras, devem ser feitos furos de paragem de fissuras em ambas as extremidades antes da soldadura de reparação. A peça deve ser pré-aquecida e soldada utilizando um método de soldadura à esquerda para observar a fusão da soldadura. O fio deve ser enchido para formar uma poça de fusão totalmente molhada.
Quando o defeito é grande, pode ser aplicada uma camada fina de surfactante (surfactante ATIG) na posição de soldadura para aumentar a eficiência durante a soldadura TIG tradicional. O tensioativo provoca a contração do arco de soldadura ou a alteração do fluxo de metal na poça de fusão, resultando num aumento da penetração da soldadura.
Na soldadura AC TIG de ligas de alumínio, uma camada de SiO2 O agente ativo pode ser aplicado à superfície da soldadura para alterar a penetração, reduzir o pré-aquecimento e facilitar o processo de soldadura.
(1) O alumínio é altamente propenso à oxidação no ar e durante a soldadura, formando óxido de alumínio (Al2O3), que tem um ponto de fusão elevado e é muito estável, tornando-o difícil de remover. Este facto dificulta a fusão do material de base. A película pesada de óxido não aflora facilmente à superfície, levando a inclusões de escória, fusão incompleta e penetração insuficiente.
A película de óxido da superfície do alumínio e a grande quantidade de humidade adsorvida podem causar porosidade na soldadura. Antes da soldadura, deve ser efectuada uma limpeza rigorosa da superfície utilizando métodos químicos ou mecânicos para remover esta película de óxido. A proteção deve ser reforçada durante o processo de soldadura para evitar a oxidação. Quando se utiliza a soldadura com gás inerte de tungsténio, deve ser selecionada uma fonte de corrente alternada para remover a película de óxido através de "limpeza catódica".
Na soldadura a gás, deve ser utilizado um fluxo para remover a película de óxido. Na soldadura de chapas grossas, o calor de soldadura pode ser aumentado. Por exemplo, o calor do arco de hélio é elevado, pelo que pode ser utilizada proteção de gás misturado com hélio ou árgon-hélio, ou pode ser utilizada uma soldadura por arco com proteção de gás de grande especificação. No caso da ligação positiva de corrente contínua, a "limpeza catódica" não é necessária.
(2) A condutividade térmica e a capacidade térmica específica do alumínio e das ligas de alumínio são mais do dobro das do aço-carbono e do aço de baixa liga. A condutividade térmica condutividade do alumínio é dezenas de vezes superior ao do aço inoxidável austenítico.
Durante o processo de soldadura, uma grande quantidade de calor pode ser rapidamente conduzida para o metal de base, pelo que, ao soldar alumínio e ligas de alumínio, para além da energia consumida na fusão da poça de metal, é desperdiçado mais calor noutras partes do metal. Este desperdício de energia é mais significativo do que na soldadura de aço.
Para obter juntas soldadas de alta qualidade, devem ser utilizadas, tanto quanto possível, fontes de energia com energia concentrada e alta potência. Por vezes, o pré-aquecimento e outras medidas de processo também podem ser adoptadas.
(3) O coeficiente de expansão linear do alumínio e das suas ligas é aproximadamente o dobro do do aço-carbono e do aço de baixa liga. O alumínio sofre uma retração volumétrica significativa após a solidificação, o que provoca deformações e tensões consideráveis na soldadura, necessitando de medidas para evitar a deformação da soldadura. Os poços de soldadura de alumínio são propensos a orifícios de retração, porosidade, fissuração a quente e elevada tensão interna durante a solidificação.
Na produção, o ajuste da composição do fio de soldadura e do processo de soldadura pode evitar a ocorrência de fissuras quentes. O fio de soldadura de liga de alumínio e silício pode ser utilizado para soldar ligas de alumínio, exceto ligas de alumínio e magnésio, onde a resistência à corrosão é admissível. Nas ligas de alumínio-silício, a tendência para a fissuração a quente é maior quando o teor de silício é de 0,5%.
À medida que o teor de silício aumenta, a gama de temperaturas de cristalização da liga diminui, a fluidez melhora significativamente, a taxa de contração diminui e a tendência para a fissuração a quente diminui correspondentemente. Com base na experiência de produção, a fissuração a quente não ocorre quando o teor de silício é de 5% a 6%. Por conseguinte, a utilização de varetas de SAlSi (com teor de silício entre 4,5% e 6%) para soldadura pode resultar numa melhor resistência à fissuração.
(4) O alumínio tem uma forte refletividade à luz e ao calor. Não há mudança de cor percetível durante a transição sólido-líquido, o que dificulta a avaliação durante as operações de soldadura. O alumínio de alta temperatura tem baixa resistência, o que torna difícil suportar a poça de fusão e é fácil de queimar.
(5) O alumínio líquido e as suas ligas podem dissolver uma grande quantidade de hidrogénio, enquanto que o alumínio no estado sólido quase não o dissolve. Durante a solidificação e o arrefecimento rápido do banho de soldadura, o hidrogénio não tem tempo suficiente para escapar, levando facilmente à formação de poros de hidrogénio. A humidade na atmosfera da coluna de arco, os materiais de soldadura e a humidade adsorvida pela película de óxido da superfície do material de base são todas fontes críticas de hidrogénio no cordão de soldadura. Por conseguinte, as fontes de hidrogénio devem ser rigorosamente controladas para evitar a formação de poros.
(6) Os elementos de liga tendem a evaporar-se e a queimar, causando uma diminuição do desempenho dos cordões de soldadura.
(7) Se o metal de base do material de base for deformado ou sofrer um reforço por envelhecimento em solução, o calor da soldadura pode reduzir a resistência da zona afetada pelo calor.
A soldadura por arco TIG e MIG, que são práticas e económicas, podem ser utilizadas para soldar e reparar ligas de alumínio.
Quando a soldadura por feixe de alta energia e a soldadura por fricção são utilizadas na soldadura de ligas de alumínio, as questões da queima de elementos de liga, do amolecimento da junta e da deformação da soldadura podem ser eficazmente resolvidas. A soldadura por fricção, em particular, é uma ligação em estado sólido que tem a vantagem adicional de ser amiga do ambiente.
Quando são utilizados métodos de soldadura de reparação convencionais para reparar defeitos em peças fundidas em liga de alumínio, é importante prestar atenção à limpeza antes da soldadura, selecionar um fio de enchimento adequado e seguir as especificações correctas do processo de soldadura. A soldadura de reparação AC TIG é normalmente preferida para evitar defeitos de soldadura.
A fim de melhorar a reparação qualidade da soldadura de peças fundidas em liga de alumínio, podem ser utilizados métodos especiais de soldadura de reparação em combinação com a situação real, quando os defeitos da peça fundida são únicos e as condições o permitem.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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