Solda a ponto por atrito e mistura em juntas similares de aço ao boro 22MnB5

Abstract

A soldagem a ponto por atrito e mistura (FSSW), método de união no estado sólido que usa ferramenta não consumível, já se mostrou eficaz para a união de chapas de alumínio e vem como uma alternativa interessante ao método de soldagem por resistência (RSW). Com a crescente utilização de aços 22MnB5 conformados a quente na indústria automobilística, o método de FSSW pode ser justificado pois une as chapas ainda no estado sólido e, por isso, tem potencial de ajudar a evitar defeitos microestruturais como porosidade e microtrincas. Dado esse contexto, o objetivo deste trabalho foi estudar o FSSW em aços 22MnB5, propondo geometrias de ferramenta, cujo material é Nitreto Cúbico de Boro Policristalino (PCBN), e estudando a influência do diâmetro pino. Além disso, foram estudadas influências dos parâmetros de soldagem e verificada a viabilidade deste método na indústria automobilística. Para isso, foram utilizadas chapas do material proposto e as mesmas foram recortadas conforme geometria necessária para ensaios de arrancamento de solda. Após esse processo, as mesmas foram tratadas termicamente a fim de simular a dureza de uma chapa conformada a quente. Essas chapas então foram soldadas em uma máquina de FSW, utilizando os parâmetros que foram baseados na literatura. Os resultados mostraram que é possível alcançar níveis satisfatórios de resistência mecânica com o método de FSSW e que a combinação de altas velocidades de rotação com baixas velocidade de penetração podem aumentar a força de arrancamento, alongando a zona de mistura, assim como ampliar a vida útil da ferramenta, além de ser um método ambientalmente amigável. No entanto, no comparativo com o método de Solda Ponto por Resistência (RSW), o FSSW ainda leva desvantagem. Além de ter demonstrado menor resistência mecânica e um pior aspecto visual, o FSSW levou à quebra prematura das ferramentas, principal motivo pelo qual é necessário ainda evoluir com este método a fim de encontrar meios de aumentar a vida útil da ferramenta para um número aceitável de soldas até a falha

Friction stir spot welding (FSSW), a solidstate joining method that uses a nonconsumable tool, has already proven to be effective for joining aluminum sheets and comes as an interesting alternative to the resistance spot welding (RSW) method. With the increasing use of hot stamped 22MnB5 steels in the automotive industry, the FSSW method can be justified as it joins the sheets still in the solid state and, therefore, has the potential to help prevent microstructural defects such as porosity and cracks. Given this context, the objective of this work was to study the FSSW in 22MnB5 steels, proposing tool geometries, whose material is Polycrystalline Cubic Boron Nitride (PCBN), and studying the influence of the pin diameter. In addition, influences of welding parameters were studied and the viability of this method in the automobile industry was verified. For this, sheets of the proposed material were used and they were cut according to the geometry required for weld pullout tests. After this process, they were thermally treated in order to simulate the hardness of a hot stamped steel. These sheets were then welded in a FSW machine, using the parameters that were based on the literature. The results showed that it is possible to achieve satisfactory levels of mechanical resistance with the FSSW method and that the combination of high rotation speeds with low penetration rates can increase the pullout force, lengthening the mixing zone, as well as extending the life of the tool, in addition to being an environmentally friendly method. However, compared to the Resistance Spot Welding (RSW), the FSSW still has disadvantages. In addition to having demonstrated lower mechanical resistance and a worse visual appearance, the FSSW led to premature tool breakage, the main reason why it is still necessary to evolve with this method in order to find ways to increase the tool life to an acceptable number of weldings to failure