Técnica de soldagem expande uso das ligas de aço de alta resistência Com informações da Agência Fapesp

Técnica de soldagem expande uso das ligas de aço de alta resistência

Com informações da Agência Fapesp -  27/11/2017

O método inovador de soldagem a laser em altas temperaturas gera uma microestrutura conhecida como bainita, em vez da mais quebradiça martensita. [Imagem: M. S. F Lima et al. (2017)]

Ligas de alta resistência

Um pesquisador brasileiro desenvolveu uma nova técnica de soldagem que deverá viabilizar o uso das mais recentes ligas de aço de alta resistência pelas indústrias automobilística e aeroespacial.

Capazes de apresentar maior rigidez e melhor capacidade de absorver choques durante uma colisão, essas ligas de alta resistência já vêm sendo usadas em locais da carroceria dos veículos que são críticos para a segurança, com o objetivo de absorverem energia durante um impacto.

Contudo, algumas dessas ligas acabam endurecendo muito durante a soldagem, perdendo elasticidade e tornando-se quebradiças. Assim, ao serem submetidas ao processo de conformação por uma prensa, em que as chapas soldadas ganham a forma da peça desejada, elas acabam quebrando.

"Isso inviabiliza a utilização desses aços avançados não só na indústria automotiva, mas em outras áreas, como a aeroespacial," disse Milton Sérgio de Lima, pesquisador do Instituto de Estudos Avançados da Aeronáutica.

Bainita

Para resolver este problema, Milton desenvolveu um método inovador de soldagem a laser em altas temperaturas que soluciona essa deficiência do processo produtivo. Sua demonstração envolveu o aço 22MnB5, a liga considerada mais promissora para a indústria no processo de conformação a quente.

A técnica consiste no aquecimento das chapas de aço a temperatura em torno de 450 ºC, 10 minutos antes da soldagem a laser, de forma a equalizá-las. Depois de soldadas, as chapas são mantidas em temperatura elevada durante outros 10 minutos, para dar origem a uma estrutura interna do aço chamada bainítica. Trata-se de um microconstituinte do aço que apresenta altos valores de tenacidade - a quantidade de energia que um material pode absorver antes de fraturar - e resistência à força de tensão.

As placas soldadas com a nova técnica apresentaram bainita na microestrutura e dureza bastante reduzida em comparação com as chapas soldadas a temperatura ambiente, que apresentavam o microconstituinte martensita, de menor tenacidade e resistência à força de tensão em comparação com a bainita.

Os testes de resistência à tração - quantidade de força necessária para quebrar um material por estiramento - também revelaram que as chapas submetidas à soldagem a temperatura mais elevada apresentaram maior tenacidade.

"Conseguimos produzir soldas resistentes diretamente na faixa bainítica, sem a necessidade de tratamentos térmicos extras", contou Milton, completando que a técnica pode ser facilmente aplicada no setor industrial para melhorar a soldagem a laser de ligas de aço de alta e ultra-alta resistência mecânica.

Automotiva e aeroespacial

A indústria automotiva utiliza a soldagem a laser para unir chapas de aço (blanques) e fazer a estampagem para produzir componentes estruturais da carroceria de automóveis, como colunas, trilhos para tetos e laterais, além de túneis e barras para as portas, de forma mais rápida e confiável do que a soldagem convencional.

Na área aeroespacial, a soldagem a laser tem sido usada por fabricantes de aeronaves, como Boeing e Airbus, e algumas pequenas empresas do setor aeroespacial na Europa, com o objetivo de aumentar a confiabilidade na soldagem de estruturas para aeronaves, foguetes, mísseis, satélites, além de veículos de reentrada atmosférica, antenas, sistemas embarcados e drones.

"As estruturas para aplicação nessa área têm que ser capazes de resistir a temperaturas e pressões extremas. Por isso, precisam apresentar níveis de confiabilidade muito elevados", disse Milton.

Apesar de os estudos estarem em estágio inicial, estima-se que o aço bainítico pode se tornar um excelente material para blindagens por absorver muito bem a energia mecânica, explicou o pesquisador. "Há muitos materiais desenvolvidos pela indústria aeroespacial que não chegam a voar em razão dos critérios elevadíssimos de confiabilidade. Mas, muitas vezes, alguns subprodutos deles podem ter aplicações e ser facilmente introduzidos em outros setores, como a indústria automotiva", detalhou.

Bibliografia:

Microstructure and Mechanical Behavior of Induction Assisted Laser Welded AHS Steels
Milton Sérgio Fernandes de Lima, Devon Gonzales, Stephen Liu
Welding Journal
Vol.: 96, 376-388