Efeito dos parâmetros de processo na dureza da ZTA da solda fricção de cardan

Abstract

Resumo : A Soldagem por Fricção é uma técnica relativamente recente que utiliza um ferramental de soldagem não consumível para gerar calor através da fricção e deformação plástica na junta a ser soldada, propiciando assim a formação da junta enquanto os materiais ainda estão no estado sólido. As principais vantagens da solda por fricção, sendo uma soldagem no estado sólido, são baixa distorção, ausência de defeitos relacionados ao material fundido, e alta força de ligação na junta soldada, mesmo naquelas ligas que são consideradas não soldáveis pelas técnicas convencionais. Mais do que isso, as juntas soldadas por fricção são caracterizadas pela ausência de defeitos ocasionados pelo material de adição, uma vez que a técnica não requer material de adição, e pelo baixo hidrogênio retido nas juntas soldadas, uma consideração importante quando soldando aços e outras ligas metálicas susceptíveis à fragilização por hidrogênio. Este processo está bem estabelecido como um dos mais econômicos e altamente produtivos métodos de união de metais similares e dissimilares. É largamente empregado na indústria automotiva e aeroespacial. A solda fricção é, por vezes, a única alternativa viável para superar as dificuldades encontradas em unir materiais com características muito diferentes. O objetivo deste estudo é determinar o efeito da força de fricção e velocidade de rotação na dureza da zona termicamente afetada (ZTA) dos componentes do cardan soldado usando soldagem fricção por arraste contínuo, visando atingir durezas abaixo de 400 HV em ambos componentes, um tubo baixo carbono (CE=0.40) e um garfo médio carbono (CE=0.64). O processo foi realizado mantendo a força de fricção constante em 7 toneladas e variando a rotação em 300, 600 e 750 RPM; mantendo a força de fricção constante em 5 toneladas e variando a velocidade de rotação em 300, 400, 600 e 750 RPM; e mantendo a velocidade de rotação constante em 600 RPM e variando a força de fricção em 4, 6, 8 e 10 toneladas. Após este estudo, verificou-se ser possível aperfeiçoar os parâmetros de soldagem e obter durezas abaixo de 400 HV, mesmo com um material com média temperabilidade como o material do Garfo, 38MnVS6 (CE=0.64).

Abstract : Friction welding is a fairly recent technique that utilizes a non-consumable welding tool to generate frictional heat and plastic deformation at the welding location, thereby affecting the formation of a joint while the material is in solid state. The principal advantages of frictional welding, being a solid state process, are low distortion, absence of melt-related defects and high joint strength, even in those alloys that are considered non-weldable by conventional welding techniques. Furthermore, friction welded joints are characterized by the absence of filler-induced problems or defects, since the technique requires no filler, and by the low hydrogen contents in the joints, an important consideration in welding steel and other alloys susceptible to hydrogen damage. Friction welding can be used to produce butt, corner, lap, T, spot, fillet and hem joints, as well as to weld hollow objects, such as tanks and tubes or pipes, stock with different thicknesses. This process is now well established as one of the most economical and highly productive methods in joining similar and dissimilar metals. It is widely used in automotive and aerospace industrial applications. Friction welding is often the only viable alternative in this field to overcome the difficulties encountered in joining the materials with widely varying physical characteristics. The objective in this study is to determine the effect of friction force and spindle speed in heat affected zone (HAZ) hardness of propshaft components welded using direct drive friction welding, aiming to achieve hardness below 400 HV in both components, a low carbon tube (CE=0.40) and a medium carbon yoke (CE=0.64). The process was carried out keeping friction force constant in 7 tons and varying speed in 300, 600 and 750 RPM; keeping friction force constant in 5 tons and varying speed in 300, 400, 600 and 750 RPM; and keeping speed constant in 600 RPM and varying friction force in 4, 6, 8 and 10 tons. Finishing this study we were able to verify that it is possible to adjust the welding conditions in order to achieve hardness under 400 HV, even with a material with medium hardenability like the material of the yoke, 38MnVS6 (CE=0.64).