Caracterização de soldaduras Al/Cu por fricção linear

Abstract

O Processo de Soldadura por Fricção Linear é uma tecnologia emergente de ligação de materiais no estado sólido cujo desenvolvimento tem sido impulsionado pelas mais recentes preocupações ambientais e energéticas. A sua grande atractividade é motivada por oferecer a possibilidade de ligar com sucesso materiais similares ou dissimilares, muito dos quais considerados não soldáveis ou de difícil soldabilidade pelos processos de soldadura por fusão. Porém, a soldadura de Alumínio a Cobre por Fricção Linear não é ainda compreendida na sua plenitude.

Com este estudo pretendeu-se proceder à caracterização de soldaduras heterogéneas por Fricção Linear de chapas de 1mm de espessura de Alumínio 5083 H111 a Cobre Cu DHP. Analisaram-se as propriedades morfológicas, microestruturais, mecânicas e químicas de diferentes soldaduras em função das condições seleccionadas para a sua execução.

A geometria da ferramenta e a carga axial aplicada durante o processo de soldadura mostraram desempenhar um papel de destaque na qualidade das soldaduras obtidas, nomeadamente na continuidade da ligação dos dois metais.

A presença de estruturas intercaladas/mistas na região do Nugget foi uma das mais importantes observações microestruturais realizadas. Na generalidade observou-se que maiores razões Velocidade de rotação/Velocidade de avanço da ferramenta e consequentemente maiores quantidades de calor adicionado à soldadura propiciam a formação das referidas estruturas intercaladas/mistas. Na maioria das soldaduras realizadas com o Cobre do lado do avanço, estas estruturas apresentaram valores de dureza extremamente elevados e incidência de fissuração, o que comprovou tratarem-se de regiões muito duras e frágeis. No caso das soldaduras realizadas com o Alumínio do lado do avanço obtiveram-se estruturas de muito menores dureza e fragilidade.

A fragilidade das estruturas mencionadas levou aparentemente ao fraco comportamento à tracção da generalidade das soldaduras. Todavia, foram as ligações realizadas com o Alumínio do lado do avanço as que apresentaram maior resistência quando comparadas com soldaduras efectuadas nas mesmas condições mas com o Cobre do lado do avanço.

As propriedades morfológicas e mecânicas e a composição química das regiões intercaladas/mistas das soldaduras estudadas levam a crer da existência, em algumas soldaduras, de fases intermetálicas como CuAl2, Cu9Al4, CuAl e a-Al/ CuAl2.

The Friction Stir Welding Process is an emerging solid-state joining technology and its development has been stimulated by the latest energy and environmental concerns. The high attractiveness of this technology is driven by offering the possibility to join with success similar or dissimilar materials, most of them considered not or hardly weldable by the fusion processes. However the Aluminium to Copper welding is not fully understood yet.

The current study characterizes heterogeneous Friction Stir welds of 1mm thick Aluminium 5083 H111 to Copper Cu DHP plates. The morphological, microstructural, mechanical and chemical properties of the different joints were studied based on the selected welding conditions.

The tool geometry and the axial load applied during the welding process showed to play an important role in the quality of the welds, particularly in the joint continuity.

The presence of intercalated/mixed structures in the Nugget Zone was one of the most important microstructural observations. In general it was observed that high tool Rotational Speed to Welding Speed ratios and consequently large heat inputs provide the creation of intercalated/mixed structures. In most of the welds done with the Copper in the advancing side these structures presented extremely high hardness values and cracking incidence, promoting the brittleness of the welds. In the welds obtained with the Aluminium alloy in the advancing side the intercalated/mixed structures showed much lower hardness and brittleness.

The brittleness of the intercalated/mixed structures led to poor tensile performance of the welds. Nevertheless, the welds obtained with the Aluminium alloy in the advancing side showed a better strength than the welds done under the same conditions but with the Copper in the advancing side.

The mechanical, morphological and chemical properties of the intercalated/mixed structures make us to believe in the presence, in some welds, of intermetallic phases such as CuAl2, Cu9Al4, CuAl e a -CuAl /Cual2.