A influência do perfil da ferramenta e velocidade de rotação na soldagem a ponto por fricção e mistura mecânica da liga AA6181-T4

Abstract

Soldagem a ponto por fricção é um processo que ocorre no estado sólido com alta eficiência energética, baixo custo de produção além de ser um processo ambientalmente limpo. Estes processos por fricção são uma alternativa a processos convencionais tais como solda ponto por resistência, rebitamento e prensagem a frio. A ausência de uma fase de fusão nesses processos elimina defeitos como porosidades, bolhas, rebaixos, inclusões e microestruturas indesejáveis, que frequentemente aparecem na solda e zonas afetadas pelo calor em processos de soldagem por fusão. O processo de SPFMM consiste em uma ferramenta, que é uma combinação de um pino e um ombro que em rotação, penetra nas chapas formando uma junta sobreposta. O contato do pino com regiões adjacentes e do ombro com a superfície superior da junta geram calor de fricção. Este calor de fricção promove a plastificação do material da junta, que ao mesmo tempo é misturado pelo pino consolidando, assim, a formação da junta. O objetivo do presente trabalho é avaliar a influência da utilização de diferentes perfis de ferramenta e diferentes velocidades de rotação sobre a soldagem e o comportamento mecânico de ligas de alumínio soldadas pelo processo de SPFMM. A caracterização metalúrgica foi feita através de microscopia ótica, lupa e eletrônica de varredura. A caracterização mecânica das juntas foi feita através de ensaios de cisalhamento, perfis de microdureza e monitoramento de torque e força durante o processo de soldagem. Ainda foram realizadas análises do fluxo de material durante o processo. Foi possível observar uma tendência de aumentar a resistência mecânica da junta com a utilização de velocidades de rotação mais elevadas em ambos os materiais. Foi possível observar uma tendência de aumentar a resistência mecânica da junta com a utilização de velocidades de rotação mais elevadas em ambos os materiais. A utilização de ferramentas com diferentes perfis apresentou diferenças representativas, porém com muita dependência da combinação de velocidade de rotação, pino e ombro utilizados.

Friction Stir Spot Welding is a process that occurs in solid state with high energy efficiency, low manufacture costs and environmentally friendly. These friction processes are an alternative to conventional processes like resistance spot welding, riveting and clinching. The absent of a fusion zone on these processes avoid defects like porosity, bubbles, recess, inclusions and undesired microstructures, that appears very often on weld metal and heat affected zones of fusion weld processes. The Friction Stir Spot Welding process (SPFMM- FSSW) consists in a rotating tool (pin and shoulder combined) that penetrates the overlap joint stirring the material and consolidating the joint. The contact of adjacent region of the tool generates the friction heating and, this heating, promotes the plasticization of the material that, at the same time, is stirred by the tool pin leaving a stir zone and a keyhole after process is finished. The aim of the present work is to evaluate the influence of tool profile and rotational speed on the mechanical and metallurgical behavior of friction stir spot welded AA6181-T4 aluminum alloy. The metallurgical characterization was performed through optical microscopy, stereoscope and scanning electron microscopy. The mechanical testing was made trough shear test, microhardness profile and torque/forces monitoring during the process. It was possible to observe a tendency of increasing in mechanical strength of the joint with applying higher rotational speed values. The utilization of different tool profiles presented significant differences, but, with much reliance of the rotational speed, pin and shoulder combination.