Efeito dos parâmetros de soldagem por atrito linear (FSW) nas tensões residuais, dureza e microestrutura em juntas de aço ao boro 22MnB5

Abstract

Desenvolvido em 1991 pelo Dr. Wayne M. Thomas, pesquisador do The Welding Institute (TWI), a soldagem linear por atrito (SLA) ou Friction Stir Welding (FSW) é um processo de soldagem de estado sólido, fazendo uso de temperatura e principalmente deformação plástica. Desenvolvido primeiramente para soldagem de ligas de alumínio, o processo foi ganhando destaque ao longo dos anos devido a sua versatilidade, segurança, baixa geração de resíduos e capacidade de soldar materiais que os métodos de solda por fusão não conseguem, criando possibilidades totalmente novas para diversos ramos da indústria, como a aeroespacial, automotiva e militar. Adicionalmente, o processo promove uma série de vantagens para a microestrutura do material em relação a métodos convencionais: preserva as propriedades mecânicas, refina os grãos e gera uma pequena zona termicamente afetada (ZTA). Este trabalho identificou uma janela de parâmetros para a solda de ligas 22MnB5 com rotação de 500 rpm e velocidade de avanço de 60 mm/min. Além disso, investigou o impacto desse processo nas tensões residuais, microestrutura e dureza. Percebeu-se grande dependência da correta usinagem da ferramenta para a obtenção de uma solda com qualidade, além do aumento da vida útil da mesma. Encontrou-se, para a microdureza, um aumento da faixa de 200 % em relação ao metal base, aumento esse que começa a ocorrer já na zona de ZTA. Identificou-se que mesmo tendo atingido a temperatura de austenitização do material durante a solda, ainda é preciso encontrar uma janela de parâmetros que gere um aporte térmico maior e que possa garantir a transformação de toda fase austenítica para martensita por toda a peça, sem necessitar de tratamentos térmicos posteriores. A tensão residual encontrada na zona de mistura do material chegou bem próxima ao valor da tensão de escoamento do metal base, 82 %

Friction Stir Welding (FSW) is a solid state welding process. That is based on thermomechanical work and plastic deformation. Developed primarily for aluminum alloys joints, the process has gained prominence over the years due to its versatility, safety, low waste generation and the ability to weld materials that fusion welding methods cannot do. That created entirely new possibilities for many industries, such as the aerospace, automotive and military. Additionally, the process promotes many advantages for the microstructure of the material, when compared to conventional methods: it keeps the mechanical properties, refines the grains and generates a small heat affected zone (HAZ). The work presented has identified a sweet spot within the range of parameters to weld with quality the boron steel 22MnB5. Additionally, it has investigated the influence of this process over residual stress, microstructure and hardness. It was noticed that there is a great dependence of the correct machining of the tool in order to obtain a quality weld, in addition to increasing its useful life. It was found, for microhardness, an increase in the range of 200 % in relation to the base metal, an increase that begins to occur in the Thermomechanical Affected Zone (TAZ). It was identified that even having reached the austenitization temperature of the material during the weld, it is still necessary to find a parameter window that generates a greater heat input and that can guarantee the transformation of the entire austenitic phase to martensite throughout the piece, without the need of further heat treatments. The residual stress found in the material mixing zone came very close to the base metal yield stress value, 82 %