O que torna as ligas de alumínio difíceis de soldar?

A soldabilidade é a medida combinada da resistência de um material à formação de trincas, da segurança da estrutura soldada e da economia das aplicações pretendidas para o produto. Um material é considerado soldável quando suas propriedades químicas, metalúrgicas e físicas são adequadas ao processo de soldagem e a junta atende aos parâmetros de resistência exigidos.

Como o alumínio e suas ligas possuem propriedades físico-químicas específicas, sua soldagem apresenta as seguintes dificuldades.

1. Oxidação rápida

O alumínio se oxida facilmente ao ar e durante a soldagem. O óxido de alumínio (Al₂O₃) resultante é estável e difícil de remover. Seu ponto de fusão é de cerca de 2.500 °C, muito acima do ponto de fusão das ligas de alumínio, que é de aproximadamente 660 °C. Durante a soldagem, a película de óxido impede o derretimento e a fusão do metal-base. Como sua densidade é cerca de 1,4 vez maior que a do alumínio, ela não flutua facilmente para fora do banho de fusão e pode causar fusão incompleta e inclusões de escória. Além disso, ela absorve umidade, o que pode causar porosidade na solda.

Antes da soldagem, a camada de óxido deve, portanto, ser removida por meio de uma limpeza superficial química ou mecânica rigorosa, e deve-se evitar que ocorra nova oxidação durante a soldagem.

2. Suscetibilidade à porosidade

Os gases com potencial de formação de poros incluem hidrogênio, monóxido de carbono e nitrogênio. O nitrogênio é insolúvel no alumínio líquido, enquanto as ligas de alumínio não contêm carbono que possa gerar poros de monóxido de carbono. O hidrogênio é, portanto, o gás formador de poros que suscita preocupação. Sua solubilidade é de 7 mL/kg no alumínio líquido, mas de apenas 0,4 mL/kg na temperatura de solidificação de 660 °C. Grande parte do hidrogênio originalmente dissolvido no metal líquido precipita e forma bolhas à medida que a solda se solidifica. O alumínio puro e as ligas de alumínio resistentes à corrosão são especialmente suscetíveis a esse fenômeno.

A penetração de hidrogênio nos metais de base e de adição deve ser limitada, e deve-se utilizar gás de proteção de alta pureza. Óxido, umidade e óleo devem ser completamente removidos das peças, do fio e dos eletrodos antes da soldagem. As interrupções devem ser minimizadas. Recomenda-se o uso de parâmetros de soldagem intensos: a soldagem TIG utiliza alta corrente com velocidade de avanço relativamente alta, enquanto a soldagem MIG utiliza alta corrente com velocidade de avanço mais baixa para manter a poça de fusão líquida por mais tempo e permitir que o hidrogênio escape da solução sólida supersaturada.

3. Risco de perfuração

O alumínio não apresenta nenhuma mudança perceptível de cor ao passar do estado sólido para o líquido, o que dificulta a avaliação da temperatura da piscina. Sua resistência mecânica também diminui com o aumento da temperatura, chegando a apenas 10 MPa a 370 °C. O material pode, portanto, não suportar o peso do metal fundido, causando má formação do cordão, colapso ou perfuração.

É comum o uso de uma barra de apoio. O aquecimento também deve ser controlado com cuidado; sempre que possível, deve-se utilizar a soldagem na posição horizontal; e o arco deve ser acionado e extinto nas abas de entrada e saída.

4. Tendência à fissuração a quente

O coeficiente de expansão linear do alumínio é quase o dobro do do aço, e sua contração por solidificação também é cerca de duas vezes maior, gerando tensões de soldagem substanciais. A composição da liga também tem um efeito significativo: impurezas acima dos limites especificados geram mais componentes eutéticos de baixo ponto de fusão na poça de fusão. Esses efeitos, em conjunto, favorecem a formação de trincas a quente.

As fissuras geralmente ocorrem no início e no fim do arco, em interrupções repentinas do arco, em soldas de fixação e em soldas de reparo. A prevenção, portanto, requer a redução da tensão de soldagem, o ajuste da composição do metal de solda, a melhoria das condições de solidificação da poça de fusão, um processo adequado e parâmetros controlados.

5. Resistência da junta inferior à resistência do metal-base

O calor da soldagem amolece a zona afetada pelo calor, reduzindo a resistência e prejudicando as propriedades mecânicas. Consequentemente, a junta pode não atingir a mesma resistência do metal base. Para obter uma junta de topo com resistência equivalente, é necessário aumentar a espessura do metal na zona de soldagem.

6. Redução da resistência à corrosão após a soldagem

As juntas em ligas de alumínio submetíveis a tratamento térmico, como o duralumínio, podem perder uma parte significativa de sua resistência à corrosão. Uma maior heterogeneidade microestrutural causa uma redução ainda maior. A pureza e a densidade do metal de solda também são importantes: impurezas abundantes, grãos grossos e a precipitação de fases frágeis, como o FeAl₃, reduzem significativamente a resistência à corrosão e podem causar tanto ataque superficial localizado quanto corrosão intergranular. A tensão de soldagem é outro fator importante.

A resistência à corrosão pode ser melhorada por meio de:

1. Reduzir a não uniformidade composicional e microestrutural por meio da ligação da solda com materiais de adição adequados, do refinamento dos grãos, da prevenção de defeitos, do ajuste do processo para limitar a zona afetada pelo calor e o superaquecimento, e da aplicação de tratamento térmico pós-soldagem.
2. Alívio da tensão de soldagem; a tensão de tração superficial localizada pode, por exemplo, ser reduzida por meio de marteladas localizadas.
3. Aplicação de tratamentos de proteção, como anodização ou revestimentos.