Aplicação do processo de soldagem a ponto por fricção de uma liga de alumínio com e sem adesivo

Abstract

A indústria automotiva está constantemente pesquisando formas de reduzir o peso dos seus automóveis. As ligas de alumínio possuem baixa densidade e podem ser endurecidas por conformação ou precipitação. Entretanto, apresentam baixa soldabilidade A Soldagem a Ponto por Fricção é uma técnica de união no estado sólido que supera as dificuldades apresentadas para a soldagem de alumínio. Paralelamente, a união por adesivos estruturais é uma técnica já consolidada na indústria automotiva, apresentando diversas vantagens, tais como distribuição uniforme de tensões, redução de ruídos e vibrações e selamento. Entretanto, juntas adesivadas possuem baixa resistência ao descascamento, quando dois substratos unidos por um adesivo são separados por meio da aplicação de uma solicitação externa na extremidade de um ou nos dois substratos. Além disso, juntas adesivadas necessitam cura para conferir resistência ao material. O emprego simultâneo de solda a ponto por resistência elétrica e união adesiva visa superar essas limitações, pois a solda a ponto aumenta a resistência ao descascamento e mantém os componentes fixados até a cura do adesivo. Além disso, o processo de cura da pintura automotiva é realizado através de um ciclo térmico, o qual tem efeito sobre as ligas de alumínio endurecíveis por precipitação. Os objetivos deste trabalho são encontrar uma faixa de parâmetros para a Soldagem a Ponto por Fricção da liga de alumínio AA6111, com e sem camada adesiva, investigar a interação entre parâmetros de processo, microestrutura e resistência mecânica e estudar o efeito do envelhecimento na junta. As juntas soldadas com e sem adesivo foram produzidas com chapas de 3 mm de espessura e tiveram seus parâmetros analisados visando a sua otimização a fim de obterem os melhores desempenhos sob esforço de cisalhamento e descascamento. Medidas de temperatura, avaliações da microestrutura e dos diferentes modos de falha foram realizados para obter mais conhecimento sobre o processo. Os ensaios de microdureza e o estudo do endurecimento da junta pelo ciclo de cura da pintura foram realizados a fim de estudar o efeito do envelhecimento. Foi possível obter um parâmetro otimizado com resistência ao cisalhamento maior que 8 kN e ao descascamento maior que 2 kN, para juntas soldadas com e sem adesivo. Os resultados mostraram que juntas soldadas com maior velocidade de rotação apresentam maior altura do “gancho” e menor resistência mecânica. O ensaio de microdureza mostrou que, com 6 semanas de envelhecimento natural, o centro da zona de mistura atinge microdureza no mesmo patamar do metal base. O estudo do efeito do ciclo de cura da pintura mostrou que o mesmo aumenta em 16,8% a resistência ao cisalhamento e 6,7% a resistência ao descascamento da junta. a. Este trabalho mostrou que é possível obter juntas soldadas a ponto por fricção da liga de alumínio AA6111 com propriedades mecânicas que atendem a norma AWS D17.2 com e sem a utilização de adesivo. Além disso, o endurecimento da junta devido ao envelhecimento mostrou ter efeito benéfico na resistência mecânica.

The automotive industry is constantly making efforts for reducing the weight of their cars. The aluminum alloys have low density and can be hardened by ageing or cold work. However, they have low weldability. The Friction Spot Welding is a joining technique in the solid state, which overcomes the difficulties presented for welding of aluminum. Simultaneously, the joining by structural adhesives is a consolidated technique in the automotive industry, with several advantages. However, adhesive joints have low peel strength, which is when two substrates joined by an adhesive are separated by a load applied in the edge of one of the substrates. Furthermore, adhesive needs cure to achieve strength to the material. The simultaneous use of Resistance Spot Welding and adhesive bonding aims to overcome these limitations because spot welding increases peel strength and maintains the components fixed until the cure of the adhesive. Furthermore, the automotive paint baking is carried out through a thermal cycle, which affects precipitation hardenable aluminum alloys. The objective of this work is to find a parameter range for friction spot welding of aluminum alloy AA6111 with or without adhesive layer and study the effect of aging on the joint. The welded joints with and without adhesive were optimized under shear and peel load. Temperature acquisition, evaluation of microstructure and the different failure modes were performed to achieve more knowledge about the process. The microhardness testing and study of hardening of the joint by paint bake cycle were performed to study the effect of aging. It was possible to obtain an optimized parameter with lap shear strength higher than 8 kN and coach peel strength higher than 2 kN, for welded joints with or without adhesive. The results showed that joints welded with higher rotational speed have a higher "hook" height and lower mechanical strength. The microhardness test showed that, after 6 weeks of natural aging, the center of the stir zone reaches the same microhardness level than the base metal. The study of the paint bake cycle effect showed that it increases by 16.8% the lap shear strength and by 6.7% the coach peel strength of the joint. This work demonstrated that it is possible to obtain friction spot welded joints of AA6111 aluminum alloy with sound mechanical properties with or without the use of adhesive. In addition, the hardening of the joint due aging was found to effect the mechanical strength.