Dois fatores importantes que afetam a soldagem de aço e alumínio

Aço e alumínio têm diferentes propriedades químicas e físicas, como ponto de fusão, coeficiente de expansão térmica, módulo de elasticidade, etc. Ao soldar aço e alumínio por processo de soldagem a quente, eles enfrentarão muitos problemas, ou seja, alumínio e aço estão sujeitos a formam fases IMP muito duras e frágeis (fase intermetálica), quanto maior a entrada de calor de soldagem, mais fases IMP são geradas. Este estágio quebradiço destrói severamente a resistência estática e dinâmica da junta e reduz a plasticidade da junta. Suas principais diferenças físicas são as seguintes:

O aço pode derreter parte do alumínio no estado sólido, mas quando o teor de alumínio ultrapassa 12%, a estrutura cristalina muda fundamentalmente, formando uma mistura muito dura (250-520hv) e frágil de FeAL (rede) e Fe3Al (rede). Se o teor de alumínio na mistura de Fe2Al, Fe2Al5 e FeAl3 for aumentado, maior dureza (600-1100 HV) e maior fragilidade serão fornecidas. Este material frágil é o resultado da difusão do aço no alumínio ou do alumínio no aço. Quando os potenciais eletroquímicos de dois materiais diferentes são diferentes, a difusão molecular ocorre para compensar a diferença de potencial. Quanto maior a diferença de potencial (E ~ 1.22 V de aço e alumínio), maior será a tendência de difusão.

No entanto, quando a espessura da fase frágil IMP da junta soldada é inferior a 10 m, sua fragilidade se torna menos importante e óbvia. Neste momento, o desempenho da peça depende principalmente da ductilidade do substrato. A corrosão é outro grande problema, pois o potencial eletroquímico desses dois materiais é completamente diferente, levando à eletrólise (equivalente a uma bateria), enquanto o potencial do alumínio é muito baixo, e o eletrodo negativo irá corroer com a eletrólise. Em resumo, a soldagem de aço e alumínio precisa atender a dois requisitos:

  1. Espessura da fase IMP na junta <10 m
  2. Impedir a corrosão do metal base após a soldagem

Para atender a esses dois requisitos, é necessário um processo de baixa entrada de calor e, em seguida, um fio de solda especial ou tratamento anticorrosivo de costura de solda.

A tecnologia CMT (Cold Metal Transfer) é desenvolvida com base na transferência por curto-circuito e sua entrada de calor é muito menor do que a soldagem GMAW comum. O processo é: o arco queima e o fio é empurrado para a frente até que a gota seja encurtada. Nesse momento, a velocidade de alimentação do arame é invertida, o arame é puxado para trás e a corrente e a tensão são quase zero. Depois que o próximo loop é formado, o arco é reacendido e a transferência de gotículas começa novamente antes que o fio seja reconectado. A frequência média desse movimento de feedback / retração é de até 70 Hz.

Um exemplo de sucesso é baseado na soldagem de aço galvanizado e alumínio. O experimento de soldagem é o seguinte: a espessura do alumínio é de 0.83 mm, o enchimento é material de alumínio-silício e a costura de brasagem é formada na superfície do aço por fusão de alumínio e zinco. Um teste básico de 1 mm foi realizado na junção de aço e alumínio. A tabela a seguir mostra a intensidade média do teste.

A perda de resistência da zona afetada pelo calor durante o processo de transferência de metal frio é inevitável. Durante a soldagem e o tratamento térmico da liga de alumínio, a resistência da zona afetada pelo calor perde 30-40% devido à precipitação dos cristais para formar uma estrutura de cristal mista. Portanto, a zona afetada pelo calor da junta é a parte mais fraca da junta, e a resistência à tração mínima é cerca de 60% daquela dos materiais à base de alumínio. Para ligas de alumínio endurecido naturalmente, a resistência da zona afetada pelo calor também é reduzida devido à recristalização. A redução da resistência está relacionada ao aporte de calor durante o pré-tratamento e soldagem, e a fratura ocorre principalmente na zona afetada pelo calor.

Os dados de teste mostram que a soldagem de aço e alumínio é possível, mas o aço deve ser galvanizado e um processo especial de soldagem de baixa energia é um pré-requisito para o sucesso. As juntas soldadas têm boa resistência à tração, resistência à corrosão e resistência à fadiga, e a fase frágil do IMP é inferior a 2.5 m, que é a chave para evitar a fratura frágil das juntas de aço-alumínio.

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