FRICTION STIR SPOT WELDING: ESTUDO DOS EFEITOS DOS PARAMETROS DE SOLDAGEM NA LIGA AA6060 T5
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(2) FRICTION STIR SPOT WELDING: ESTUDO DOS EFEITOS DOS PARAMETROS DE SOLDAGEM NA LIGA AA6060-T5 1. INTRODUÇÃO Friction Stir Spot Welding (FSSW) é um processo de soldagem desenvolvido em 2001 no Japão, derivado de uma parceria entre a Mazda Motor Corporation e a Kawasaki Motors Corporation. É uma variante do processo Friction Stir Welding (FSW) que é destinado à união por cordão de solda, enquanto o FSSW é destinado a união por ponto de juntas soldadas. No processo de soldagem FSSW, esquematicamente ilustrado na Figura 1, a união entre as chapas se dá pela ação do calor proveniente do atrito da ferramenta e da deformação plástica. O calor gerado possibilita a mistura entre os materiais das chapas superior e inferior, formando uma união no estado sólido que. O processo, além de produzir soldas de melhores propriedades metalúrgicas em comparação com processos convencionais, é também conhecido por se tratar de uma tecnologia limpa, pois não há emissão fumos de soldagem no meio ambiente.. Figura 1 - Etapas do processo FSSW, como apresentado por Rosendo (2009) O FSSW é uma tecnologia relativamente nova e estudos sobre o processo são necessários para o entendimento de todos os mecanismos associados à formação da junta soldada, a relação dos parâmetros de soldagem e as propriedades da junta, etc. Este trabalho tem como objetivo estudar o efeito dos parâmetros velocidade de rotação (VR) e tempo de permanência (TP) na resistência ao cisalhamento e na temperatura de soldas FSSW da liga AA6060-T5. 2. METODOLOGIA Para a realização deste trabalho, corpos de prova na forma de juntas sobrepostas de chapas da liga AA6060-T5 com 3,2 mm de espessura, foram produzidas por meio do processo FSSW. As soldas foram realizadas usando um centro de usinagem ROMI D800. Durante as soldagens foi feito o monitoramento da temperatura em dois pontos distintos localizados na parte inferir do botão de solda, como mostra a Figura 2a. A Figura 2c mostra as dimensões da ferramenta utilizada. As medições de temperatura foram realizadas com termopares do tipo J, usando um condicionador de sinais Spider 8 da HBM..
(3) (a). (b). (c). Figura 2 ± a) Posição dos termopares, b) Foto do dispositivo de sujeição das chapas e cabeçote de soldagem e c) Ferramenta. Fonte: Aita (2017). Planejamento de experimentos (Design of Experiments ± DOE) foi implementado, pelo método fatorial completo, para determinar as combinações de parâmetros de soldagem a serem testadas e para a interpretação dos resultados. Os parâmetros de processos estudados foram velocidade de rotação (VR) e tempo de permanência (TP), em três níveis cada, formando uma matriz com 9 combinações de soldagem, como mostra a Tabela 1. Tabela 1 ± Combinações de soldagem em um arranjo fatorial completo. Velocidade Tempo de Combinações de Rotação Permanência de Soldagem (RPM) (s) 1 1500 0 2 1500 2 3 1500 4 4 2000 0 5 2000 2 6 2000 4 7 2500 0 8 2500 2 9 2500 4 Para cada combinação de parâmetros, foram produzidos quatro corpos de prova (CP) cujas dimensões estão ilustradas na Figura 3a. As amostras foram posteriormente submetidas a ensaio de cisalhamento para avaliação da resistência mecânica das soldas. Os ensaios de cisalhamento foram realizados em uma máquina de ensaios Shimadzu AGS-X 5kN, empregando-se um deslocamento de 0,5mm/min. A Figura 3b ilustra esquematicamente o ensaio de cisalhamento..
(4) (a). (b). Figura 3 ± a) Representação esquemática do corpo de prova e b) Esquema do ensaio de cisalhamento. 3. RESULTADOS e DISCUSSÃO A figura 5 mostra os resultados obtidos nos ensaios de cisalhamento, em termos da carga máxima medida nos ensaios para cada corpo de prova. Ao observar os resultados é possível notar que as melhores resistências mecânicas foram obtidas com VR de 1500RPM com TP de 2s e 4s. Observa-se ainda que o TP é parâmetro decisivo para a resistência mecânica o que reflete nas três VR estudadas. Para VR maiores, de 2000RPM e 2500RPM, a resistência ao cisalhamento diminuiu.. Figura 5 - Resistência ao cisalhamento em termos da carga máxima medida nos ensaios de cisalhamento. A Tabela 2 apresenta a análise de variância (ANOVA) das variáveis em estudo em termos da resistência ao cisalhamento. A ANOVA é uma ferramenta estatística importante pois ela mostra a contribuição de cada parâmetro (e também a contribuição da interação entre parâmetros) de soldagem na resistência ao cisalhamento. É notório o papel do TP que contribui em quase 60% na resistência ao cisalhamento..
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(6) Comparando os resultados de resistência ao cisalhamento (Figura 5) e temperatura (Figura7), percebe-se uma relação inversa entre ambos. Num primeiro momento este resultado pode parecer estranho pois com o maior aporte térmico, é de esperar como consequência uma maior área soldada o que resultaria numa maior resistência ao cisalhamento. Contudo, este resultado inverso entre temperatura e resistência sugere fortemente a ocorrência do fenômeno que chama transição stick/slip, como já reportado por Rosendo (2009) no processo FSpW. Aita (2017) demonstrou que no processo de soldagem FSSW da liga AA6060-T5, há ocorrência de stick/slip em rotações superiores a 1500RPM, revelando a importância de se ter cuidado ao especificar a velocidade de rotação no processo FSSW. 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS Neste trabalho estudou-se o efeito dos parâmetros velocidade de rotação (VR) e tempo de permanência (TP) na resistência ao cisalhamento e na temperatura de soldas FSSW da liga AA6060-T5. Ao analisar os resultados obtidos é possível concluir que: x O TP é o parâmetro de maior importância na resistência ao cisalhamento, contribuindo em quase 60% em seu valor. x A VR de 1500RPM foi a que resultou nas soldas de melhor desempenho mecânico, mas somente quando acompanhada de TP. x A discrepância entre os resultados de temperatura e resistência mecânica, sugere ocorrência do fenômeno conhecido como transição stick/slip para as rotações de 2000 e 2500RPM. 5. REFERÊNCIAS AITA, C. G. et al. Study on the applicability of Friction Stir Spot Welding of AA6060-T5 using the Taguchi method. SBPMat - XV MRS Meeting, 2016. AITA, C. G. Estudo do desempenho mecânico de juntas soldadas pelo processo de soldagem a ponto por fricção e mistura mecânica (FSSW) da liga AA6060-T5. Tese de Mestrado ± Universidade Federal do Pampa, Alegrete, p1103. 2017. C. JONCKHEERE, B. D. Meester, Fracture and mechanical proerties of friction stir spot welds in 6063-T6 aliminum alloy, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. (2012) 569-575. L. N. PAYTON, Metal Cutting Theory and Friction Stir Welding, Trends in Welding Research. (2005) 257-260.. ROSENDO, T. D. S. Estudo do Desempenho Mecânico de Soldas (s) Ponto por Fricção (FSPW) da liga AA6181-T4. Tese de Doutorado - Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre, p. 113. 2009..
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