Com o crescimento do alumínio na indústria de soldagem e sua aceitação como uma excelente alternativa ao aço para diversas aplicações, há uma necessidade crescente de familiarização com esse grupo de materiais por parte dos envolvidos no desenvolvimento de projetos de alumínio. Para compreender completamente o alumínio, é aconselhável começar se familiarizando com o sistema de identificação/designação do alumínio, as diversas ligas de alumínio disponíveis e suas características.

O sistema de têmpera e designação de liga de alumínio- Na América do Norte, a Aluminum Association Inc. é responsável pela alocação e registro de ligas de alumínio. Atualmente, existem mais de 400 ligas de alumínio forjado e ligas de alumínio forjado, além de mais de 200 ligas de alumínio na forma de peças fundidas e lingotes, registradas na Aluminum Association. Os limites de composição química para todas essas ligas registradas estão contidos no Regulamento da Aluminum Association.Livro Azul-petróleointitulado “Designações internacionais de ligas e limites de composição química para alumínio forjado e ligas de alumínio forjado” e em seusLivro Rosaintitulado "Designações e Limites de Composição Química para Ligas de Alumínio na Forma de Fundição e Lingote". 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 a trincas é importante.

As ligas de alumínio podem ser categorizadas em vários grupos com base nas características específicas do material, como sua capacidade de responder a tratamentos térmicos e mecânicos e o elemento de liga primário adicionado à liga. Quando consideramos o sistema de numeração/identificação usado para ligas de alumínio, as características acima são identificadas. Os alumínios forjado e fundido possuem sistemas de identificação diferentes. O sistema forjado possui um sistema de 4 dígitos, enquanto os fundidos possuem um sistema de 3 dígitos e 1 casa decimal.

Sistema de designação de liga forjada- Vamos primeiro considerar o sistema de identificação de liga 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 ligas 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 uma 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 ela é da série de ligas de magnésio, o 1 indica que ela é da série 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 (alumínio puro), em que caso, os últimos 2 dígitos fornecem a porcentagem mínima de alumínio acima de 99%, ou seja, Liga 13(50)(99,50% mínimo de alumínio).

SISTEMA DE DESIGNAÇÃO DE LIGA DE ALUMÍNIO FORJADO

Tabela 1

Designação de liga fundida- O sistema de designação de liga fundida é baseado em uma designação decimal de 3 dígitos mais 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 atribuídos para identificar uma liga específica na série. O número após a vírgula decimal indica se a liga é uma fundição (.0) ou um lingote (.1 ou .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 do silício mais cobre e/ou magnésio. O 56 pol (Ax56.0) identifica a liga dentro da série 3xx.x, e .0 (Axxx.0) indica que se trata de uma fundição de forma 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 ​​em suas características e consequentes aplicações. O primeiro ponto a reconhecer, após compreender o sistema de identificação, é que existem dois tipos distintos de alumínio dentro das séries mencionadas acima. São elas: as ligas de alumínio tratáveis ​​termicamente (aquelas que podem ganhar resistência por meio da adição de calor) e as ligas de alumínio não tratáveis ​​termicamente. Essa distinção é particularmente importante quando se considera os efeitos da soldagem a arco nesses dois tipos de materiais.

As ligas de alumínio forjado das séries 1xxx, 3xxx e 5xxx não são tratáveis ​​termicamente e são endurecíveis apenas por deformação. As ligas de alumínio forjado das séries 2xxx, 6xxx e 7xxx são tratáveis ​​termicamente, e a série 4xxx é composta por 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 por meio de um processo de tratamento térmico, sendo os tratamentos térmicos mais comuns o Tratamento Térmico de Solução e o Envelhecimento Artificial. O Tratamento Térmico de Solução é o processo de aquecimento da liga a uma temperatura elevada (em torno de 990°F) para dissolver os elementos ou compostos da liga. Isso é seguido por têmpera, geralmente em água, para produzir uma solução supersaturada à temperatura ambiente. O tratamento térmico de solução geralmente é seguido por envelhecimento. O envelhecimento é a precipitação de uma parte dos elementos ou compostos de uma solução supersaturada para produzir as propriedades desejadas.

As ligas não tratáveis ​​termicamente adquirem suas propriedades mecânicas ideais por meio do endurecimento por deformação. O endurecimento por deformação é o método de aumento de 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 de têmpera básica, há duas categorias de subdivisão, uma abordando a têmpera “H” – endurecimento por deformação, e a outra abordando a designação de têmpera “T” – tratamento térmico.

Subdivisões de têmpera H – endurecimento por deformação

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

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

Subdivisões de T Temper – Tratado termicamente

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

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

Ligas de Alumínio e Suas Características- Se considerarmos as sete séries de ligas de alumínio forjado, apreciaremos suas diferenças e entenderemos 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, pois exige um mínimo de 99,0% de alumínio. São soldáveis. No entanto, devido à sua estreita faixa de fusão, requerem certas considerações para produzir procedimentos de soldagem aceitáveis. Quando consideradas para fabricação, essas ligas são selecionadas principalmente por sua superior resistência à corrosão, como em tanques e tubulações de produtos químicos especializados, ou por sua excelente condutividade elétrica, como em aplicações de barramentos. Essas ligas têm propriedades mecânicas relativamente ruins e raramente seriam consideradas para aplicações estruturais gerais. Essas 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, frequentemente utilizadas em aplicações aeroespaciais e aeronáuticas. Possuem 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 a trincas a quente e corrosão sob tensão; no entanto, outras são soldadas a arco com muito sucesso com os procedimentos de soldagem corretos. Esses materiais de base são frequentemente soldados com ligas de enchimento de alta resistência da série 2xxx, projetadas para corresponder ao seu desempenho, mas às vezes podem ser soldados com os enchimentos da série 4xxx contendo silício ou silício e cobre, dependendo da aplicação e dos requisitos de serviço.

Ligas da série 3xxx– (não tratável termicamente – com resistência à tração máxima de 16 a 41 ksi) Estas são as ligas de alumínio/manganês (adições de manganês variando de 0,05 a 1,8%) e apresentam resistência moderada, boa resistência à corrosão, boa conformabilidade e são adequadas para uso em temperaturas elevadas. Um de seus primeiros usos foi em panelas e frigideiras, e elas são o principal componente atual de trocadores de calor em veículos e usinas de energia. Sua resistência moderada, no entanto, frequentemente impede sua consideração para aplicações estruturais. Essas ligas de base são soldadas com ligas de enchimento das séries 1xxx, 4xxx e 5xxx, dependendo de sua composição química específica e de seus requisitos particulares de aplicação e serviço.

Ligas da série 4xxx– (tratáveis ​​termicamente e não tratáveis ​​termicamente – com resistência à tração final de 25 a 55 ksi) Estas são as ligas de alumínio/silício (adições de silício variando de 0,6 a 21,5%) e são as únicas séries que contêm ligas tratáveis ​​termicamente e não tratáveis ​​termicamente. O silício, quando adicionado ao alumínio, reduz seu ponto de fusão e melhora sua fluidez quando fundido. Essas características são desejáveis ​​para materiais de enchimento usados ​​tanto para soldagem por fusão quanto para brasagem. Consequentemente, esta série de ligas é predominantemente encontrada como material de enchimento. O silício, independentemente no alumínio, não é tratável termicamente; no entanto, várias dessas ligas de silício foram projetadas para ter adições de magnésio ou cobre, o que lhes fornece a capacidade de responder favoravelmente ao tratamento térmico de 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 tratável termicamente – com resistência à tração final de 18 a 51 ksi) Estas são as ligas de alumínio/magnésio (adições de magnésio variando de 0,2 a 6,2%) e têm a maior resistência das ligas não tratáveis ​​termicamente. Além disso, esta série de ligas é facilmente soldável e, por essas razões, são usadas para 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 a consideração do teor de magnésio do material de base e das condições de aplicação e serviço do componente soldado. Ligas nesta série com mais de 3,0% de magnésio não são recomendadas para serviço em temperaturas elevadas acima de 150 °F devido ao seu potencial de sensibilização e subsequente suscetibilidade à corrosão sob tensão. Ligas à base com menos de aproximadamente 2,5% de magnésio são frequentemente soldadas com sucesso com as ligas de enchimento da série 5xxx ou 4xxx. A liga base 5052 é geralmente reconhecida como a liga base com o teor máximo de magnésio que pode ser soldada com uma liga de adição da série 4xxx. Devido aos problemas associados à fusão eutética e às baixas propriedades mecânicas de soldagem associadas, não é recomendado soldar materiais desta série de ligas, que contêm maiores quantidades de magnésio, com as ligas de adição da série 4xxx. Os materiais base com maior teor de magnésio são soldados apenas com ligas de adição da série 5xxx, que geralmente correspondem à composição da liga base.

Ligas da série 6XXX– (tratável termicamente – com resistência à tração final de 18 a 58 ksi) Estas são as ligas de alumínio/magnésio-silício (adições de magnésio e silício de cerca de 1,0%) e são amplamente encontradas em toda a indústria de fabricação de soldagem, usadas predominantemente na forma de extrusões e incorporadas em muitos componentes estruturais. A adição de magnésio e silício ao alumínio produz um composto de magnésio-siliceto, que fornece a este material sua capacidade de se tornar tratado termicamente por solução para maior resistência. Estas ligas são naturalmente sensíveis a trincas de solidificação e, por esta razão, não devem ser soldadas a arco autógenamente (sem material de enchimento). A adição de quantidades adequadas de material de enchimento durante o processo de soldagem a arco é essencial para fornecer diluição do material de base, prevenindo assim o problema de trincas a quente. Elas são soldadas 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 constituem algumas das ligas de alumínio de maior resistência. Essas ligas são frequentemente utilizadas em aplicações de alto desempenho, como aeronaves, aeroespacial e equipamentos esportivos competitivos. Assim como a série de ligas 2xxx, esta série incorpora ligas consideradas inadequadas para soldagem a arco e outras que frequentemente são soldadas a arco com sucesso. As ligas comumente soldadas nesta série, como a 7005, são predominantemente soldadas com as ligas de adição da série 5xxx.

ResumoAs ligas de alumínio atuais, juntamente com seus diversos temperamentos, compõem uma ampla e versátil gama de materiais de fabricação. Para um projeto ideal do produto e o desenvolvimento bem-sucedido de procedimentos de soldagem, é importante compreender as diferenças entre as diversas ligas disponíveis e suas diversas características de desempenho e soldabilidade. Ao desenvolver procedimentos de soldagem a arco para essas diferentes ligas, deve-se considerar 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 da compreensão dessas diferenças é familiarizar-se com as diversas ligas, suas características e seu sistema de identificação.