Com o crescimento do alumínio na indústria de fabricação de soldagem e sua aceitação como uma excelente alternativa ao aço para diversas aplicações, há exigências crescentes para que aqueles envolvidos no desenvolvimento de projetos de alumínio se familiarizem com esse grupo de materiais. Para compreender totalmente o alumínio, é aconselhável começar por conhecer o sistema de identificação/designação do alumínio, as diversas ligas de alumínio disponíveis e as suas características.

O sistema de têmpera e designação de liga de alumínio- Na América do Norte, a The Aluminum Association Inc. é responsável pela alocação e registro de ligas de alumínio. Atualmente existem mais de 400 alumínio forjado e ligas de alumínio forjado e mais de 200 ligas de alumínio na forma de peças fundidas e lingotes registradas na Associação de Alumínio. Os limites de composição química da liga para todas essas ligas registradas estão contidos no documento da Associação de AlumínioLivro azul-petróleointitulado “Designações Internacionais de Ligas e Limites de Composição Química para Alumínio Forjado e Ligas de Alumínio Forjado” e em seuLivro Rosaintitulado “Designações e limites de composição química para ligas de alumínio na forma de peças fundidas e lingotes. Estas publicações podem ser extremamente úteis para o engenheiro de soldagem no desenvolvimento de procedimentos de soldagem e quando a consideração da química e sua associação com a sensibilidade à trinca é importante.

As ligas de alumínio podem ser categorizadas em vários grupos com base nas características específicas do material, como sua capacidade de responder ao tratamento térmico e mecânico e o elemento de liga primário adicionado à liga de alumínio. Quando consideramos o sistema de numeração/identificação utilizado para ligas de alumínio, identificamos as características acima. Os alumínios forjados e fundidos possuem diferentes sistemas de identificação. O sistema forjado é um sistema de 4 dígitos e as peças fundidas possuem um sistema de 3 dígitos e 1 casa decimal.

Sistema de designação de liga forjada- Consideraremos primeiro o sistema de identificação de ligas de alumínio forjado de 4 dígitos. O primeiro dígito (Xxxx) indica o principal elemento de liga, que foi adicionado à liga de alumínio e é frequentemente usado para descrever a série de liga de alumínio, ou seja, série 1000, série 2000, série 3000, até a série 8000 (ver tabela 1).

O segundo dígito único (xXxx), se diferente de 0, indica modificação da liga específica, e o terceiro e quarto dígitos (xxXX) são números arbitrários dados para identificar uma liga específica na série. Exemplo: Na liga 5183, o número 5 indica que é da série da liga de magnésio, o 1 indica que é a 1^stmodificação da liga original 5083, e o 83 a identifica na série 5xxx.

A única exceção a este sistema de numeração de ligas é com as ligas de alumínio da série 1xxx (alumínios puros), caso em que os 2 últimos dígitos fornecem a porcentagem mínima de alumínio acima de 99%, ou seja, Liga 13.(50)(mínimo de 99,50% de alumínio).

SISTEMA DE DESIGNAÇÃO DE LIGA DE ALUMÍNIO FORJADO

Tabela 1

Designação de liga fundida- O sistema de designação da liga fundida é baseado em uma designação decimal de 3 dígitos xxx.x (ou seja, 356,0). O primeiro dígito (Xxx.x) indica o principal elemento de liga que foi adicionado à liga de alumínio (ver tabela 2).

SISTEMA DE DESIGNAÇÃO DE LIGA DE ALUMÍNIO FUNDIDO

Tabela 2

O segundo e terceiro dígitos (xXX.x) são números arbitrários dados para identificar uma liga específica na série. O número após a vírgula decimal indica se a liga é uma peça fundida (0,0) ou um lingote (0,1 ou 0,2). Um prefixo com letra maiúscula indica uma modificação em uma liga específica.
Exemplo: Liga – A356.0 o A maiúsculo (Axxx.x) indica uma modificação da liga 356.0. O número 3 (A3xx.x) indica que é da série silício mais cobre e/ou magnésio. O 56 pol (machado56.0) identifica a liga dentro da série 3xx.x, e .0 (Axxx.0) indica que se trata de uma peça fundida com formato final e não de um lingote.

O sistema de designação de têmpera de alumínio -Se considerarmos as diferentes séries de ligas de alumínio, veremos que existem diferenças consideráveis ​​nas suas características e consequente aplicação. O primeiro ponto a reconhecer, após compreender o sistema de identificação, é que existem dois tipos distintos de alumínio nas séries mencionadas acima. Estas são as ligas de alumínio tratáveis ​​termicamente (aquelas que podem ganhar resistência através da adição de calor) e as ligas de alumínio não tratáveis ​​termicamente. Esta distinção é particularmente importante quando se consideram os efeitos da soldagem a arco nestes dois tipos de materiais.

As ligas de alumínio forjado das séries 1xxx, 3xxx e 5xxx não são tratáveis ​​termicamente e são apenas endurecíveis por deformação. As ligas de alumínio forjado das séries 2xxx, 6xxx e 7xxx são tratáveis ​​termicamente e a série 4xxx consiste em ligas tratáveis ​​termicamente e não tratáveis ​​termicamente. As ligas fundidas das séries 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x e 7xx.x são tratáveis ​​termicamente. O endurecimento por deformação geralmente não é aplicado a peças fundidas.

As ligas tratáveis ​​termicamente adquirem suas propriedades mecânicas ideais através de um processo de tratamento térmico, sendo os tratamentos térmicos mais comuns o Tratamento Térmico por Solução e o Envelhecimento Artificial. Tratamento térmico de solução é o processo de aquecimento da liga a uma temperatura elevada (cerca de 990 graus F) para colocar os elementos ou compostos de liga em solução. Isto é seguido pela têmpera, geralmente em água, para produzir uma solução supersaturada à temperatura ambiente. O tratamento térmico em solução é geralmente seguido de envelhecimento. O envelhecimento é a precipitação de uma porção dos elementos ou compostos de uma solução supersaturada para produzir propriedades desejáveis.

As ligas não tratáveis ​​termicamente adquirem suas propriedades mecânicas ideais através do Endurecimento por Deformação. O endurecimento por deformação é o método de aumentar a resistência por meio da aplicação de trabalho a frio.T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

AS DESIGNAÇÕES BÁSICAS DE TEMPERAMENTO

Tabela 3

Além da designação básica de têmpera, existem duas categorias de subdivisão, uma abordando a têmpera “H” – Endurecimento por deformação, e a outra abordando a designação Têmpera “T” – Tratado termicamente.

Subdivisões de Têmpera H – Endurecido por Deformação

O primeiro dígito após o H indica uma operação básica:
H1– Apenas endurecido por deformação.
H2– Endurecido por deformação e parcialmente recozido.
H3– Endurecido por deformação e estabilizado.
H4– Endurecido e Lacado ou Pintado.

O segundo dígito após o H indica o grau de endurecimento por deformação:
HX2– Quarto Hard HX4– Meio duro HX6– Três quartos difícil
HX8– Full Hard HX9– Extra Difícil

Subdivisões de Têmpera T – Tratado termicamente

T1- Envelhecido naturalmente após o resfriamento de um processo de modelagem em temperatura elevada, como extrusão.
T2- Trabalhado a frio após o resfriamento de um processo de modelagem em temperatura elevada e depois envelhecido naturalmente.
T3- Solução tratada termicamente, trabalhada a frio e envelhecida naturalmente.
T4- Solução tratada termicamente e envelhecida naturalmente.
T5- Envelhecido artificialmente após resfriamento de um processo de modelagem em temperatura elevada.
T6- Solução tratada termicamente e envelhecida artificialmente.
T7- Solução tratada termicamente e estabilizada (overaged).
T8- Solução tratada termicamente, trabalhada a frio e envelhecida artificialmente.
T9- Solução tratada termicamente, envelhecida artificialmente e trabalhada a frio.
T10- Trabalhado a frio após o resfriamento de um processo de modelagem em temperatura elevada e depois envelhecido artificialmente.

Dígitos adicionais indicam alívio do estresse.
Exemplos:
TX51ou TXX51– Estresse aliviado pelo alongamento.
TX52ou TXX52– Tensão aliviada por compressão.

Ligas de alumínio e suas características- Se considerarmos as sete séries de ligas de alumínio forjado, apreciaremos suas diferenças e compreenderemos suas aplicações e características.

Ligas da Série 1xxx– (não tratável termicamente – com resistência à tração máxima de 10 a 27 ksi), esta série é frequentemente chamada de série de alumínio puro porque é necessário ter um mínimo de 99,0% de alumínio. Eles são soldáveis. No entanto, devido à sua estreita faixa de fusão, eles exigem certas considerações para produzir procedimentos de soldagem aceitáveis. Quando consideradas para fabricação, essas ligas são selecionadas principalmente por sua resistência superior à corrosão, como em tanques e tubulações químicas especializadas, ou por sua excelente condutividade elétrica, como em aplicações de barramentos. Estas ligas têm propriedades mecânicas relativamente pobres e raramente seriam consideradas para aplicações estruturais gerais. Estas ligas de base são frequentemente soldadas com material de enchimento correspondente ou com ligas de enchimento 4xxx, dependendo dos requisitos de aplicação e desempenho.

Ligas da Série 2xxx– (tratáveis ​​termicamente – com resistência à tração máxima de 27 a 62 ksi) são ligas de alumínio/cobre (adições de cobre variando de 0,7 a 6,8%) e são ligas de alta resistência e alto desempenho que são frequentemente usadas para aplicações aeroespaciais e aeronáuticas. Eles têm excelente resistência em uma ampla faixa de temperatura. Algumas dessas ligas são consideradas não soldáveis ​​pelos processos de soldagem a arco devido à sua suscetibilidade à trinca a quente e à trinca por corrosão sob tensão; entretanto, outros são soldados a arco com muito sucesso com os procedimentos de soldagem corretos. Esses materiais de base são frequentemente soldados com ligas de enchimento da série 2xxx de alta resistência projetadas para corresponder ao seu desempenho, mas às vezes podem ser soldados com enchimentos da série 4xxx contendo silício ou silício e cobre, dependendo da aplicação e dos requisitos de serviço.

Ligas da série 3xxx– (não tratáveis ​​termicamente – com resistência à tração de 16 a 41 ksi) São as ligas de alumínio/manganês (adições de manganês variando de 0,05 a 1,8%) e possuem resistência moderada, boa resistência à corrosão, boa conformabilidade e são adequadas para uso em temperaturas elevadas. Um de seus primeiros usos foram panelas e frigideiras, e hoje são o principal componente de trocadores de calor em veículos e usinas de energia. A sua resistência moderada, no entanto, muitas vezes impede a sua consideração para aplicações estruturais. Essas ligas de base são soldadas com ligas de enchimento das séries 1xxx, 4xxx e 5xxx, dependendo de sua química específica e de requisitos específicos de aplicação e serviço.

Ligas da Série 4xxx– (tratáveis ​​termicamente e não tratáveis ​​termicamente – com resistência à tração máxima de 25 a 55 ksi) São as ligas de alumínio/silício (adições de silício variando de 0,6 a 21,5%) e são as únicas séries que contêm tanto tratáveis ​​termicamente quanto não tratáveis ​​termicamente. ligas tratáveis ​​termicamente. O silício, quando adicionado ao alumínio, reduz seu ponto de fusão e melhora sua fluidez quando fundido. Estas características são desejáveis ​​para materiais de enchimento utilizados tanto para soldagem por fusão quanto para brasagem. Consequentemente, esta série de ligas é encontrada predominantemente como material de enchimento. O silício, independentemente do alumínio, não é tratável termicamente; no entanto, várias destas ligas de silício foram concebidas para terem adições de magnésio ou cobre, o que lhes confere a capacidade de responder favoravelmente ao tratamento térmico em solução. Normalmente, essas ligas de enchimento tratáveis ​​termicamente são usadas apenas quando um componente soldado deve ser submetido a tratamentos térmicos pós-soldagem.

Ligas da Série 5xxx– (não tratáveis ​​termicamente – com resistência máxima à tração de 18 a 51 ksi) São as ligas de alumínio/magnésio (adições de magnésio variando de 0,2 a 6,2%) e possuem a maior resistência das ligas não tratáveis ​​termicamente. Além disso, esta série de ligas é facilmente soldável e, por essas razões, é usada em uma ampla variedade de aplicações, como construção naval, transporte, vasos de pressão, pontes e edifícios. As ligas à base de magnésio são frequentemente soldadas com ligas de enchimento, que são selecionadas após consideração do teor de magnésio do material de base e das condições de aplicação e serviço do componente soldado. As ligas desta série com mais de 3,0% de magnésio não são recomendadas para serviços em temperaturas elevadas acima de 150 graus F devido ao seu potencial de sensibilização e subsequente suscetibilidade à corrosão sob tensão. Ligas de base com menos de aproximadamente 2,5% de magnésio são frequentemente soldadas com sucesso com as ligas de enchimento das séries 5xxx ou 4xxx. A liga base 5052 é geralmente reconhecida como a liga base com teor máximo de magnésio que pode ser soldada com uma liga de enchimento da série 4xxx. Devido a problemas associados à fusão eutética e às propriedades mecânicas ruins associadas à soldagem, não é recomendado soldar materiais nesta série de ligas, que contêm quantidades maiores de magnésio com as cargas da série 4xxx. Os materiais de base com alto teor de magnésio são soldados apenas com ligas de enchimento 5xxx, que geralmente correspondem à composição da liga de base.

Ligas da Série 6XXX– (tratáveis ​​termicamente – com resistência à tração máxima de 18 a 58 ksi) São as ligas de alumínio/magnésio – silício (adições de magnésio e silício em torno de 1,0%) e são amplamente encontradas em toda a indústria de fabricação de soldagem, utilizadas predominantemente na forma de extrusões e incorporado em muitos componentes estruturais. A adição de magnésio e silício ao alumínio produz um composto de siliceto de magnésio, que confere a este material a capacidade de ser tratado termicamente em solução para melhorar a resistência. Estas ligas são naturalmente sensíveis à fissuração por solidificação e, por esta razão, não devem ser soldadas a arco de forma autógena (sem material de enchimento). A adição de quantidades adequadas de material de adição durante o processo de soldagem a arco é essencial para proporcionar a diluição do material base, evitando assim o problema de trincas a quente. Eles são soldados com materiais de enchimento 4xxx e 5xxx, dependendo da aplicação e dos requisitos de serviço.

Ligas da série 7XXX– (tratáveis ​​termicamente – com resistência à tração máxima de 32 a 88 ksi) Estas são as ligas de alumínio/zinco (adições de zinco variando de 0,8 a 12,0%) e compreendem algumas das ligas de alumínio de maior resistência. Essas ligas são frequentemente usadas em aplicações de alto desempenho, como aeronaves, aeroespaciais e equipamentos esportivos competitivos. Assim como a série de ligas 2xxx, esta série incorpora ligas que são consideradas candidatas inadequadas para soldagem a arco, e outras, que muitas vezes são soldadas a arco com sucesso. As ligas comumente soldadas nesta série, como a 7005, são predominantemente soldadas com as ligas de enchimento da série 5xxx.

Resumo- As ligas de alumínio atuais, juntamente com seus diversos temperamentos, compreendem uma ampla e versátil gama de materiais de fabricação. Para um design de produto ideal e um desenvolvimento bem-sucedido de procedimentos de soldagem, é importante compreender as diferenças entre as muitas ligas disponíveis e suas diversas características de desempenho e soldabilidade. Ao desenvolver procedimentos de soldagem a arco para essas diferentes ligas, deve-se levar em consideração a liga específica a ser soldada. Costuma-se dizer que a soldagem a arco de alumínio não é difícil, “é apenas diferente”. Acredito que uma parte importante para compreender essas diferenças é familiarizar-se com as diversas ligas, suas características e seu sistema de identificação.