Quais são as melhores ligas de alumínio para soldagem?

Que As ligas de alumínio são as melhores para soldagem? O alumínio se tornou o mais popular dos metais usados nos setores contemporâneos devido à sua alta portabilidade, forte resistência aos elementos e facilidade de fabricação. Suas ligas são de valor inestimável nos setores aeroespacial, automotivo e marítimo, bem como nos setores de habitação e construção. Mas os desafios criados pela soldagem de alumínio são diferentes da soldagem de outros metais, em parte devido à alta condutividade térmica, à velocidade de formação de óxido e às características de distorção e rachadura do alumínio no processo de soldagem. O conhecimento das propriedades e das características de várias ligas de alumínio é importante para a escolha do material adequado a uma determinada tarefa.

Nem todas as ligas de alumínio são igualmente soldáveis, enquanto algumas são bem adaptadas à soldagem tradicional, outras precisam de algum procedimento especial de soldagem, como a soldagem por fricção. A seleção da liga e o método de soldagem dependem de fatores como força, resistência à corrosão, ductilidade e capacidade de tratamento térmico. As superfícies também devem ser preparadas adequadamente, os metais de adição precisam ser compatíveis e os tratamentos pós-soldagem devem ser considerados para obter junções de alta qualidade.

O artigo apresentará um relatório detalhado sobre os melhores tipos de ligas de alumínio a serem soldadas, suas características, os benefícios associados ao seu uso, as recomendações a serem seguidas e os desafios esperados ao soldar esses tipos de ligas de alumínio. Com base nesse conhecimento, os profissionais estarão em condições de obter estruturas soldadas duráveis, confiáveis e de bom desempenho em diversas aplicações industriais e estruturais.

O que são ligas de alumínio

As ligas de alumínio são os materiais usados com a adição de outros metais ao alumínio para melhorar suas qualidades, como resistência, resistência à corrosão, usinabilidade ou soldabilidade. O alumínio puro é fraco, leve, macio e muito resistente à corrosão. Ao misturar elementos adicionais (como cobre (Cu), magnésio (Mg), silício (Si), manganês (Mn) ou zinco (Zn)), os engenheiros podem criar ligas adequadas a uma variedade de tipos de aplicações, incluindo aeroespacial, peças automotivas, estruturas marítimas e de construção.

Alguns pontos sobre as ligas de alumínio

• Força aprimorada: A liga confere uma resistência elevada em comparação com o alumínio não adulterado.
• Resistência à corrosão: Algumas ligas incluem magnésio e outras ligas com a reputação de resistir à ferrugem e à corrosão causadas por condições ambientais.
• Soldabilidade: Outras ligas de alumínio são fáceis de soldar, mas algumas tendem a rachar.
• Categorias:
• Ligas forjadas trabalhadas mecanicamente: (aplicação a) extrudados, placas, chapas (por exemplo, séries 1xxx, 5xxx, 6xxx).
• Ligas de fundição: Eles são criados por meio da fundição de um fluxo de alumínio fundido em moldes para criar tipos complexos.

Em termos simples, as ligas de alumínio têm as propriedades leves e resistentes à corrosão do alumínio com qualidades adicionais favoráveis necessárias para atender às necessidades de uma aplicação industrial.

Conhecendo as ligas de alumínio

As ligas de alumínio foram divididas em ligas forjadas e ligas fundidas. As ligas trabalhadas mecanicamente são forjadas em folhas, chapas ou extrusões, mas as ligas fundidas são feitas na forma de alumínio derretido em moldes. As ligas forjadas são ainda divididas em séries de acordo com os elementos de liga:

• Série 1xxx (alumínio puro) - Contém principalmente alumínio com pureza de 99% ou mais. Essas ligas são macias, altamente livres de corrosão e facilmente soldadas.
• Série 2xxx (ligas de Al-Cu) -Eles têm alta resistência, mas têm resistência à corrosão reduzida e são mais difíceis de soldar por serem mais propensos a rachaduras.
• Série 3xxx (ligas de Al-Mn) -Boa resistência à corrosão, força moderada e boa soldabilidade.
• Série 4xxx (ligas de Al-Si) -Normalmente, eles têm capacidade média de soldagem e são usados em aplicações automotivas e aeroespaciais.
• Série 5xxx (ligas de Al-Mg) - Boa resistência à corrosão, alta resistência e boa soldabilidade.
• Série 6xxx (ligas de Al-Mg-Si) -Boa força e resistência à corrosão; soldabilidade moderada.
• Série 7xxx (ligas de Al-Zn-Mg-Cu) -super alta resistência com baixa capacidade de soldagem e propensa a rachaduras.
• A seleção da liga é uma grande influência sobre sua capacidade de ser soldada e sua capacidade de ser soldada em conjunto, sendo que a qualidade da junta também é influenciada dessa maneira.

Condições que afetam a soldabilidade

As ligas de alumínio podem ser soldadas, dependendo de uma série de fatores:

• Elementos de liga: Esses são elementos como magnésio (Mg), silício (Si), cobre (Cu) e zinco (Zn) que afetam a soldabilidade. Cobre: altos níveis de cobre, como nas ligas da série 2xxx, podem piorar a facilidade de soldagem e aumentar a probabilidade de trincas a quente.
• Condutividade térmica e ponto de fusão: O alumínio conduz o calor aproximadamente quatro vezes mais do que o aço, o que faz com que o calor se espalhe facilmente e dificulta a manutenção de um banho de solda consistente. Outro risco que o baixo ponto de fusão do alumínio representa para ele é a queima durante a soldagem.
• Suscetibilidade a rachaduras: As ligas em 2xxx e 7xxx têm uma tendência a rachar na solidificação devido às tensões concentradas durante o resfriamento.
• Oxidação da superfície: O alumínio forma pronta e espontaneamente uma camada de óxido muito resistente quando em contato com o ar. Essa camada de óxido se funde em uma faixa de temperatura mais alta em comparação com o metal subjacente e deve ser mantida.

As melhores ligas de alumínio para soldar

Liga 5052

A liga Al-Mg (alumínio-magnésio) 5052 é considerada por muitos como uma das ligas mais amigáveis à soldagem. Isso se deve ao seu alto teor de magnésio e, portanto, tem boa resistência à corrosão, especialmente em ambientes marinhos e aplicações em processamento químico.

Aplicativos: Resistência moderada a alta, alta ductilidade e resistência à corrosão acima da média.

Vantagens:

• Soldabilidade muito boa com técnicas TIG ou MIG.
• Não é resistente a distorções e rachaduras a quente durante a soldagem.
• Possui excelentes propriedades de resistência à corrosão por soldagem.

Materiais: Estruturas marítimas, tanques químicos, painéis automotivos, telhas e equipamentos industriais.

Liga 5083

A liga de alumínio e magnésio 5083 tem alta resistência a baixas temperaturas e, portanto, é aplicável em aplicações marítimas e criogênicas. Ela resiste à corrosão, especialmente em água industrial e do mar.

Características: Resistência extra-alta, boa proteção contra corrosão, boa resistência à fadiga.

Vantagens:

• Excelente soldabilidade com o mínimo de preparação pós-soldagem.
• Muito resistente a rachaduras por estresse e corrosão.
• Utilizado em aplicações que exigem alta integridade estrutural, como as envolvidas em aplicações para serviços pesados.

Aplicações: Construção naval, vasos e tanques de pressão, estruturas e equipamentos automotivos e equipamentos de transporte.

Liga 5754

Outra liga de Al-Mg é a A-Mg 5754, que pode ser descrita como de resistência média com alta resistência à corrosão e alta conformabilidade. Ela também alcança resistência estrutural, bem como soldabilidade, e é por isso que é comumente usada onde a resistência estrutural é fundamental, bem como a soldabilidade.

Características: Resistência moderada, alta ductilidade e resistência à corrosão.

Vantagens:

• Excelente soldagem com os métodos de soldagem disponíveis.
• Excelente corrosão em condições marinhas e industriais.
• Possui boa conformabilidade e resistência razoavelmente boa, mesmo quando soldada.

Aplicativos: Painéis para carrocerias de automóveis, painéis estruturais, revestimentos de construção e marítimos.

Liga 6061

A liga Al-Mg-Si com a composição 6061 tem sido amplamente utilizada nos campos estrutural e aeroespacial. É um compromisso entre tenacidade, resistência à corrosão e utilidade.

Tipo de propriedades: Resistência média-alta, muito boa resistência à corrosão e ductilidade moderada.

Vantagens:

• Pode ser soldado por TIG ou MIG com possível pré-aquecimento necessário em seções espessas.
• As propriedades mecânicas são recuperadas por meio de um tratamento térmico pós-soldagem.
• Com uma excelente relação entre resistência e peso, é adequado para uso em peças estruturais.

Aplicativos: Estruturas de aeronaves, tubulações, componentes automotivos, estruturas de pontes e produtos estruturais.

Liga de 6063

A liga Al-Mg-Si (6063) é outra liga de Al arquitetônica e decorativa que se destaca por ter um acabamento suave em sua superfície e a capacidade de resistir à corrosão.

Propriedades: Resistência forte ou moderada, boa resistência à corrosão e bom acabamento superficial.

Vantagens:

• Excelente capacidade de soldagem de todos os tipos de espessura.
• Também é capaz de resistir à corrosão, inclusive em ambientes externos e na arquitetura.
• A superfície lisa pode ser anodizada e marcada com decoração.

Aplicativos: Estrutura arquitetônica, molduras de janelas, portas, paredes de cortina e extrusões.

Liga 1100

A liga de alumínio 1100 quase parece uma liga de alumínio puro (é o alumínio 99%). Ela é macia, dúctil e muito fácil de soldar, portanto, é adequada quando a questão é a resistividade e não a resistência.

Alta ductilidade: Excelente resistência à corrosão, baixa resistência.

Vantagens:

• Muito fácil de soldar com pouca ou nenhuma preparação.
• Muito boa resistência à corrosão, mesmo com produtos químicos severos.
• Dobrado, modelado e moldado com muita facilidade.
• Aplicativos: Aplicações em telhados, revestimentos, equipamentos químicos, objetos de cozinha e aplicações de baixa resistência.

Liga 1350

Outra liga de alumínio de alta pureza aplicável nos setores elétrico e químico é a 1350. Ela é incrivelmente forte e tem grande resistência à corrosão, além de ser muito soldável e ser um metal muito confiável quando usado em ambientes especializados.

Vantagens: Imune à corrosão, excelente capacidade de soldagem e baixo peso.

Vantagens:

• Fácil de soldar de maneira convencional.
• Leve, portanto, aplicável em máquinas transportáveis.
• É resistente à corrosão e tem uma longa vida útil, mesmo em ambientes químicos ou de água do mar.
• Aplicativos: Equipamentos de processamento, conduítes, barramentos elétricos e tanques de armazenamento de produtos químicos.

Ligas de alumínio, bem como suas principais propriedades e a capacidade de serem soldadas

A tabela técnica abaixo contém a lista dos nomes próprios completos das ligas de alumínio, bem como suas principais propriedades e a capacidade de serem soldadas:

Esta é uma versão que emprega nomes de ligas apropriados de referência em livros de engenharia e termos aeroespaciais/industriais.

Os tipos de liga de alumínio

As ligas de alumínio são categorizadas em dois grandes grupos, a saber: ligas forjadas e ligas fundidas. Cada tipo tem atributos, usos e soldabilidade específicos.

1. Ligas de alumínio, forjadas

As folhas, chapas, folhas, barras ou extrusões trabalhadas mecanicamente são feitas de ligas forjadas. Elas são subdivididas em duas séries em termos de sua composição:

Ligas não tratáveis termicamente:

• Essas ligas não conseguem atingir a resistência por meio desses tratamentos térmicos, mas por meio de trabalho a frio. Em vez disso, os exemplos incluem as séries 1000, 3000 e 5000. Elas são muito resistentes à corrosão e têm boa soldabilidade, por isso são usadas em estruturas marítimas, telhados e aparelhos de processamento químico.

Ligas tratáveis termicamente:

•  O tratamento de solução de recozimento dessas ligas também pode proporcionar resistência. Exemplos são as séries 2000, 6000 e 7000. Elas são resistentes, mas podem ser difíceis de soldar, em alguns casos necessitando de métodos especiais. As aplicações são aeroespaciais, automotivas e de estruturas.

2. Fundição de ligas de alumínio

O fundição de alumínio As ligas de aço inoxidável são produzidas por meio do vazamento da liga fundida em peças fundidas. Elas são aplicáveis em formas complexas que são difíceis de criar com processos forjados. As ligas de fundição podem ser tratáveis ou não tratáveis termicamente e oferecem um equilíbrio uniforme de força, resistência à corrosão e usinabilidade. Os usos típicos incluem blocos de motor, peças automotivas e maquinário.

É fundamental entender a natureza da liga de alumínio ao escolher o material apropriado a ser usado na soldagem, pois isso provavelmente influenciará as propriedades mecânicas, a resistência à corrosão e a qualidade das juntas.

As ligas de alumínio mais difíceis de soldar

Liga 2024

Material Al-Cu de alta resistência, usado no setor aeroespacial e em usos similares de alta tensão.

Desafios:

• Tende a ser suscetível a trincas a quente quando soldado.
• Necessita de métodos especiais e metais de adição.
• Deve ser seguido de tratamento térmico pós-soldagem para recuperar as propriedades mecânicas.

Liga 2219

Características: Liga Al-Cu de alta resistência, aplicável em componentes aeroespaciais e de foguetes.

Desafios:

• Muito difícil de soldar, pois pode rachar e distorcer.
• E exige grande habilidade no aquecimento e na soldagem perfeita.

Liga 7075

Características: Uma liga de Al-Zn-Mg-Cu de altíssima resistência, normalmente usada em produtos aeroespaciais e militares.

Desafios:

• Baixa soldabilidade; não devem ser soldadas convencionalmente.
• Muito suscetível à corrosão por estresse.
• Normalmente, são usados processos de soldagem por fricção ou outros processos especiais.

Técnicas de soldagem de alumínio

É imperativo escolher o procedimento de soldagem adequado, assim como a liga metálica apropriada. Os métodos de soldagem de alumínio mais usados são:

• Soldagem TIG (GTAW): Podem ser produzidas soldas finas e limpas, mas é adequado para materiais finos. É comum quando se lida com ligas 1xxx, 5xxx e 6xxx.
• Soldagem MIG (GMAW): Oferece taxas de deposição mais rápidas, pode ser usado com seções mais espessas e, com frequência, é o processo de soldagem preferido na indústria para soldar ligas de alumínio das séries 5xxx e 6xxx.
• Metais de enchimento: É importante selecionar o metal de adição adequado. Dessa forma, os enchimentos 5356 são aplicáveis a ligas 5xxx e 4043 a 6xxx.
• Pré-aquecimento e pós-aquecimento: Tratamento: O pré-aquecimento evita problemas associados a choques térmicos e rachaduras, principalmente em componentes espessos. Algumas ligas precisarão de envelhecimento artificial para recuperar a resistência após a soldagem.

Sugestões práticas na soldagem de ligas de alumínio

Composições de soldagem de alumínio O alumínio pode ser facilmente soldado, mas essa operação precisa de planejamento e técnica adicionais, pois o alumínio tem alta condutividade térmica, tendência a desenvolver revestimentos de óxido e pode ser facilmente deformado ou fraturado. A liga e a técnica corretas podem aumentar consideravelmente a resistência e a qualidade da solda. Veja a seguir algumas sugestões de trabalho:

1. Selecione a liga certa para o uso

• Em ambientes marinhos, químicos e propensos à corrosão: 5052, 5083 e 5754 são a escolha perfeita.
• Força moderada: 6061 e 6063 são usados principalmente em construções robustas.
• Para uso em decoração ou como materiais de baixa resistência: 1100, 1350 podem ser usados.
• Evite ligas metálicas: como 2024, 2219 e 7075, a menos que sejam usados métodos especializados, como a soldagem por fricção.

2. Escolha o processo de soldagem adequado

• TIG (GTAW): É um processo preciso e limpo e é frequentemente usado quando se trata de solda de seção fina. Mais adequado para 5052, 5083, 6061 e 1100.
• Gás inerte metálico (GMAW): Usa o padrão industrial MIG (gás inerte metálico ou arco gás-metal). Aplica-se mais rapidamente onde é necessário um metal mais espesso; comumente aplicado em aplicações industriais. Adequado para 5052, 6061 e 5754.
• Soldagem por fricção (FSW): Essa técnica de soldagem é mais produtiva com as ligas de alta resistência, como 7075 e 2219, nas quais a soldagem por fusão não é sugerida.

3. Preparação da superfície

• Antes de chamá-lo para o poleiro, limpe a superfície do óxido de alumínio com uma escova de aço inoxidável ou com um limpador químico antes da soldagem
• Certifique-se de que a superfície não seja oleosa ou úmida, caso contrário, o material poderá ser poroso e ter elos fracos.

4. Regular a entrada de aquecimento

• O alumínio conduz o calor muito rapidamente e, portanto, o superaquecimento causa distorção, queima ou resistência.
• Minimize passes de solda longos e tamanhos inadequados de eletrodos e use o pré-aquecimento (quando necessário) para garantir uma distribuição uniforme do calor.

5. Use metais de enchimento compatíveis

• Para manter a resistência e evitar a corrosão, combine a liga de enchimento com o metal de base.
• Algumas das ligas de preenchimento mais comuns são as ligas de preenchimento 4045, 5356 e 5556, dependendo da base do alumínio.

6. Tratamentos pós-soldagem

• No caso de ligas que exigem tratamento térmico, como 6061 ou 2024, o tratamento térmico pós-soldagem deve ser feito para restaurar as propriedades mecânicas.
• É possível obter mais resistência à corrosão por meio de anodização ou outros revestimentos protetores quando se trata de ambientes marinhos ou outros ambientes corrosivos.

7. Minimizar a distorção

• As soldas escalonadas, a fixação e a solda de aderência podem ajudar a reduzir o empenamento ou a tensão.
• Barras de apoio ou placas de resfriamento podem ser usadas para absorver o calor extra em chapas finas.
• Essas sugestões úteis garantem uma uniformidade soldada robusta, resistente e anticorrosiva em alumínio e minimizam a chance de rachaduras, malformações ou colisões.

Conclusão

A soldagem das ligas de alumínio precisa de algum tipo de equilíbrio entre a seleção do material, o procedimento e a terapia térmica pós-soldagem para obter juntas robustas, estáveis e resistentes à corrosão. Dentre a grande variedade de ligas de alumínio disponíveis, 5052, 5083, 5754, 6061, 6063, 1100 e 1350 apresentam as melhores características em termos de resistência à corrosão, ductilidade e facilidade de fabricação para serem soldadas com sucesso. Esse tipo de liga é comum em setores como o marítimo, o automotivo, o aeroespacial e o estrutural, devido à sua resistência moderada a alta com boa soldabilidade. Por outro lado, nas resistências finais mais altas do espectro de ligas (2024, 2219 e 7075), as ligas de alta resistência são particularmente difíceis de soldar porque são propensas a trincas a quente, distorção e perda das propriedades de resistência, exigindo métodos especiais de soldagem (soldagem por fricção, tratamento térmico controlado) ou tratamentos térmicos especiais.

Aspectos práticos como a preparação da superfície de fixação, a temperatura, o uso de cargas adequadas e os tratamentos pós-soldagem são importantes para garantir o uso ideal de estruturas soldadas feitas de alumínio. Conhecendo as propriedades, os benefícios e as desvantagens de cada liga, os engenheiros e fabricantes podem tomar decisões informadas que levarão à resistência estrutural adequada e à longa vida útil. Por fim, ao selecionar a liga de alumínio correta e aderir aos procedimentos corretos de soldagem, é possível garantir alta qualidade e segurança na soldagem, aumentando a segurança e a eficiência de todos os produtos e aplicações industriais, arquitetônicas e tecnológicas.

Perguntas frequentes

1. Quais são as ligas de alumínio mais fáceis de soldar?

As ligas 5052, 5083, 5754, 6061, 6063, 1100 e 1350 são as mais fáceis de soldar. As ligas têm boa resistência à corrosão, alta ductilidade e muito pouca chance de rachaduras durante a soldagem, o que torna o uso da liga adequado para a maioria das aplicações industriais e estruturais.

2. Por que certas têmperas de liga de alumínio são difíceis de soldar?

As ligas como 2024, 2219, 7075 são difíceis de soldar devido à alta resistência e ao fato de poderem ser tratadas termicamente, mas têm uma tendência a desenvolver trincas a quente, distorção e esses são alguns dos riscos que enfrentam durante o processo de soldagem por fusão convencional, a capacidade de perder suas propriedades mecânicas. Processos especiais de união, como a soldagem por fricção, também costumam ser necessários para produzir juntas resistentes e sem defeitos.

3. Quais são as melhores práticas em fontes de soldagem de alumínio?

As práticas recomendadas envolvem a limpeza adequada da superfície para remover as camadas de óxido, o controle cuidadoso da entrada de calor, os tipos de metais de adição compatíveis entre si, a fixação ou solda por pontos para minimizar qualquer distorção e qualquer tratamento pós-solda, como tratamento térmico ou revestimento protetor. Essas práticas resultam efetivamente em soldas altas, fortes e duráveis e anticorrosão.