Com o crescimento do uso do alumínio na indústria de fabricação por soldagem e sua aceitação como uma excelente alternativa ao aço para diversas aplicações, há uma crescente necessidade de que os profissionais envolvidos no desenvolvimento de projetos com alumínio se familiarizem com esse grupo de materiais. Para compreender plenamente o alumínio, é recomendável começar por se familiarizar com o sistema de identificação/designação do alumínio, as diversas ligas disponíveis e suas características.

Sistema de têmpera e designação de ligas de alumínioNa 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 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 manual da Aluminum Association.Livro Azul-petróleointitulado “Designações Internacionais de Ligas e Limites de Composição Química para Alumínio Laminado e Ligas de Alumínio Laminado” e em seusLivro RosaIntitulada “Designações e Limites de Composição Química para Ligas de Alumínio em Forma de Fundidos e Lingotes”, esta publicação pode ser extremamente útil para o engenheiro de soldagem no desenvolvimento de procedimentos de soldagem e quando a consideração da composição química e sua associação com a sensibilidade à fissuração é importante.

As ligas de alumínio podem ser categorizadas em diversos grupos com base nas características específicas do material, como sua capacidade de responder a tratamentos térmicos e mecânicos e o principal elemento de liga adicionado. Ao considerarmos o sistema de numeração/identificação utilizado para ligas de alumínio, essas características são identificadas. O alumínio laminado e o alumínio fundido possuem sistemas de identificação diferentes. O sistema para alumínio laminado utiliza 4 dígitos, enquanto o sistema para alumínio fundido utiliza 3 dígitos com uma casa decimal.

Sistema de designação de ligas forjadas- Vamos considerar 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 da liga de alumínio, ou seja, série 1000, série 2000, série 3000, até a série 8000 (ver tabela 1).

O segundo dígito único (x)Xxx), se diferente de 0, indica uma modificação da liga específica, e o terceiro e quarto dígitos (xxXXOs números ) são números arbitrários atribuídos para identificar uma liga específica na série. Exemplo: na liga 5183, o número 5 indica que ela pertence à série de ligas de magnésio, e o número 1 indica que ela é a liga 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 a série 1xxx de ligas de alumínio (alumínio puro), em que os dois últimos dígitos indicam a porcentagem mínima de alumínio acima de 99%, ou seja, Liga 13.(50)(99,50% de alumínio, no mínimo).

SISTEMA DE DESIGNAÇÃO DE LIGAS DE ALUMÍNIO FORJADO

Tabela 1

Designação da liga fundida- O sistema de designação de ligas fundidas 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 LIGAS DE ALUMÍNIO FUNDIDO

Tabela 2

O segundo e o terceiro dígitos (xXXOs números .x são números arbitrários atribuídos para identificar uma liga específica na série. O número após a vírgula decimal indica se a liga é uma peça fundida (.0) ou um lingote (.1 ou .2). Um prefixo com letra maiúscula indica uma modificação em uma liga específica.
Exemplo: Liga – A356.0 com A maiúsculo (Axxx.x) indica uma modificação da liga 356.0. O número 3 (A3xx.x) indica que pertence à série do silício mais cobre e/ou magnésio. O 56 pol. (Ax56.0) identifica a liga dentro da série 3xx.x, e o .0 (Axxx.0) indica que se trata de uma peça fundida com formato final e não de um lingote.

Sistema de Designação de Têmpera do Alumínio -Ao considerarmos as diferentes séries de ligas de alumínio, observamos diferenças consideráveis ​​em suas características e, consequentemente, em suas aplicações. O primeiro ponto a ser reconhecido, após a compreensão do sistema de identificação, é que existem dois tipos distintos de alumínio dentro das séries mencionadas: as ligas de alumínio tratáveis ​​termicamente (aquelas que podem ganhar resistência com a aplicação de calor) e as ligas de alumínio não tratáveis ​​termicamente. Essa distinção é particularmente importante ao se considerar 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 podem ser endurecidas apenas por deformação. As ligas de alumínio forjado das séries 2xxx, 6xxx e 7xxx são tratáveis ​​termicamente, e a série 4xxx consiste em ligas tratáveis ​​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 ótimas por meio de um processo de tratamento térmico, sendo os mais comuns o tratamento térmico de solubilização e o envelhecimento artificial. O tratamento térmico de solubilização consiste em aquecer a liga a uma temperatura elevada (em torno de 990 °F) para dissolver os elementos ou compostos de liga. Isso é seguido por têmpera, geralmente em água, para produzir uma solução supersaturada à temperatura ambiente. O tratamento térmico de solubilização é geralmente seguido por envelhecimento. O envelhecimento é a precipitação de uma porção dos elementos ou compostos de uma solução supersaturada para obter as propriedades desejadas.

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

AS DESIGNAÇÕES BÁSICAS DE TEMPERAGEM

Tabela 3

Além da designação básica de têmpera, existem duas subcategorias: uma referente à têmpera "H" – endurecimento por deformação, e a outra referente à têmpera "T" – tratamento térmico.

Subdivisões do têmpera H – Endurecido 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 por deformação e estabilizado.
H4– Endurecido por deformação e envernizado ou pintado.

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

Subdivisões do têmpera T – Tratamento térmico

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

Dígitos adicionais indicam alívio do estresse.
Exemplos:
TX51ou TXX51– O alongamento alivia o estresse.
TX52ou TXX52– O estresse é aliviado pela compressão.

Ligas de alumínio e suas características- Ao analisarmos as sete séries de ligas de alumínio forjado, poderemos apreciar suas diferenças e compreender 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 referida como a série de alumínio puro, pois exige um teor mínimo de 99,0% de alumínio. São soldáveis. No entanto, devido à sua estreita faixa de fusão, requerem certas considerações para a obtenção de procedimentos de soldagem adequados. 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 barramento. Essas ligas possuem propriedades mecânicas relativamente fracas e raramente são consideradas para aplicações estruturais gerais. Essas ligas base são frequentemente soldadas com material de adição compatível ou com ligas de adição da série 4xxx, dependendo da aplicação e dos requisitos de desempenho.

Ligas da Série 2xxx– (tratáveis ​​termicamente – com resistência à tração máxima de 27 a 62 ksi) são ligas de alumínio/cobre (com 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. Apresentam excelente resistência em uma ampla faixa de temperaturas. Algumas dessas ligas são consideradas não soldáveis ​​por 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, utilizando os procedimentos de soldagem corretos. Esses materiais base são frequentemente soldados com ligas de adição de alta resistência da série 2xxx, projetadas para corresponder ao seu desempenho, mas às vezes podem ser soldados com ligas de adição 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 máxima de 16 a 41 ksi) Estas são as ligas de alumínio/manganês (com 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 altas temperaturas. Um de seus primeiros usos foi na fabricação de panelas e frigideiras, e hoje são o principal componente de trocadores de calor em veículos e usinas de energia. Sua resistência moderada, no entanto, muitas vezes impede sua consideração para aplicações estruturais. Essas ligas base são soldadas com ligas de adição das séries 1xxx, 4xxx e 5xxx, dependendo de sua composição química específica e dos requisitos particulares de aplicação e serviço.

Ligas da Série 4xxx– (Tratáveis ​​termicamente e não tratáveis ​​termicamente – com resistência à tração máxima de 25 a 55 ksi) Estas são as ligas de alumínio/silício (com adições de silício variando de 0,6 a 21,5%) e são a única série que contém 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 encontrada predominantemente como material de enchimento. O silício, isoladamente no alumínio, não é tratável termicamente; no entanto, várias dessas ligas de silício foram projetadas com adições de magnésio ou cobre, o que lhes confere a capacidade de responder favoravelmente ao tratamento térmico de solubilização. Normalmente, essas ligas de enchimento tratáveis ​​termicamente são usadas apenas quando um componente soldado será submetido a tratamentos térmicos pós-soldagem.

Ligas da Série 5xxx– (não tratáveis ​​termicamente – com resistência à tração máxima de 18 a 51 ksi) Estas são as ligas de alumínio/magnésio (com adições de magnésio variando de 0,2 a 6,2%) e possuem a maior resistência entre as ligas não tratáveis ​​termicamente. Além disso, esta série de ligas é facilmente soldável e, por esses motivos, é utilizada 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 adição, que são selecionadas após a consideração do teor de magnésio do material base e das condições de aplicação e serviço do componente soldado. Ligas desta série com mais de 3,0% de magnésio não são recomendadas para serviço em temperaturas elevadas acima de 150 °F (66 °C) devido ao seu potencial de sensibilização e consequente suscetibilidade à fissuração por corrosão sob tensão. Ligas base com menos de aproximadamente 2,5% de magnésio são frequentemente soldadas com sucesso com as ligas de adição das séries 5xxx ou 4xxx. A liga base 5052 é geralmente reconhecida como a liga base com o maior teor de magnésio que pode ser soldada com uma liga de adição da série 4xxx. Devido a problemas associados à fusão eutética e às consequentes propriedades mecânicas deficientes da solda, não é recomendável soldar materiais dessa série de ligas, que contêm maiores quantidades de magnésio, com ligas de adição da série 4xxx. Materiais com maior teor de magnésio são soldados apenas com ligas de adição da série 5xxx, que geralmente têm composição semelhante à da liga base.

Ligas da série 6XXX– (Tratáveis ​​termicamente – com resistência à tração máxima de 18 a 58 ksi) Estas são as ligas de alumínio/magnésio-silício (com adições de magnésio e silício em torno de 1,0%) e são amplamente encontradas na indústria de fabricação por soldagem, utilizadas predominantemente na forma de extrusões e incorporadas em muitos componentes estruturais. A adição de magnésio e silício ao alumínio produz um composto de silicieto de magnésio, que confere a este material a capacidade de ser tratado termicamente em solução para maior resistência. Essas ligas são naturalmente sensíveis a trincas de solidificação e, por esse motivo, não devem ser soldadas a arco autogenamente (sem material de adição). A adição de quantidades adequadas de material de adição durante o processo de soldagem a arco é essencial para promover a diluição do material base, evitando assim o problema de trincas a quente. Elas são soldadas com materiais de adição das séries 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 (com 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, aeroespacial e equipamentos esportivos de competição. Assim como a série de ligas 2xxx, esta série incorpora ligas consideradas inadequadas para soldagem a arco e outras que são frequentemente soldadas com sucesso por esse processo. 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, com suas diversas têmperas, constituem uma ampla e versátil gama de materiais para fabricação. Para um projeto de produto otimizado e um desenvolvimento bem-sucedido de procedimentos de soldagem, é importante compreender as diferenças entre as diversas ligas disponíveis e suas características de desempenho e soldabilidade. Ao desenvolver procedimentos de soldagem a arco para essas diferentes ligas, deve-se levar em consideração a liga específica que está sendo 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 seus sistemas de identificação.