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Encontro26.03.2018
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DESENVOLVIMENTO DE UMA GAIOLA DE CARRO DE COMPETIÇÃO USANDO A TECNOLOGIA DE UNIÃO POR ADESÃO
A. Seixas, J. D. Lagos Jr e N. G. Costa
Instituto de Engenharia Mecânica – Departamento de Produção

Universidade Federal Itajubá – Cx Postal 50 – Itajubá – MG




Palavras-chave: soldagem TIG, alumínio, colagem a frio.

Resumo


Atualmente a estrutura do Mini Baja é fabricada em aço AISI 1020. O uso de materiais de baixa densidade pode melhorar os resultados na competição. Uma solução para redução de peso consiste na construção de sua estrutura em liga de alumínio, o qual tem densidade aproximadamente três vezes menor que a do aço. As uniões em alumínio podem ser feitas via soldagem TIG (Tungsten Inert Gas), a qual necessita de alta qualificação do soldador e um equipamento de alto custo. Além disto, neste processo de fabricação há a formação da ZTA (Zona Termicamente Afetada) que faz com que o material tenha a sua resistência mecânica reduzida neste local. A união por colagem a frio tem passado por desenvolvimentos que podem produzir união estrutural com propriedades mecânicas próximas as obtidas quando o processo TIG é utilizado. Este trabalho visa comparar as propriedades mecânicas de tubos unidos pelo processo de soldagem TIG e pelo processo de união a frio.

Tubos de alumínio da liga EN AW – 6061, de diâmetro igual a 25,4 mm e espessura da parede de 3 mm foram cortados em comprimentos de 150 mm. As extremidades dos tubos destinados a soldagem de topo foram chanfradas em 45°. Os tubos foram unidos pelo processo de soldagem TIG e em seguida foram envelhecidos.

A ZTA foi caracterizada usando um Microscópio Ótico da marca LEICA com o aumento de 200X. Os tubos destinados à união por colagem foram inicialmente envelhecidos para posterior usinagem de rebaixo para encaixe dos tubos. Em seguida as amostras foram preparadas para colagem: jateamento úmido com esferas de vidro foi usado para garantir uma superfície uniforme e retirar possíveis rebarbas da usinagem, posteriormente o tubo foi inserido em uma solução de ácido crômico por 2 minutos para metalização da superfície destinada a aplicação da cola, esse tubo foi levado em estufa para eliminar a umidade em sua superfície, antecedendo a colagem o tubo foi imergido em uma solução desengraxante de metil – etil – cetona por 2 minutos. A colagem foi realizada utilizando dois tipos de cola das marcas MULTI METALL e HYSOL, permanecendo sem solicitação mecânica por 24 horas. Todos os tubos unidos tanto por soldagem como por colagem foram submetidos ao ensaio de tração utilizando a Máquina de Tração da marca MOHR FEDERHAFF com capacidade máxima para 40 toneladas.

O tratamento térmico de envelhecimento na liga de alumínio EN AW – 6061 produziu um aumento de dureza de aproximadamente 57%, ou seja, a dureza que inicialmente era de 55 HB passou a ser 86 HB após este tratamento térmico. A dureza obtida a 10 mm do cordão de solda teve uma redução de 45%, passando de 55 HB para 30 HB. Esta redução deve-se que a 10 mm do cordão de solda encontra-se a ZTA e nesta região há um crescimento dos grãos.

A micrografia da liga EN AW – 6061 soldada pelo processo TIG permitiu identificar a ZTA. Nesta região houve uma redução no limite de resistência mecânica devido ao menor número de barreiras para o movimento das discordâncias.

As amostras soldadas romperam no ensaio de tração a uma carga de 7620 Kgf. O rompimento ocorreu na região de fixação da garra, indicando que o tubo soldado pode apresentar um limite de resistência a tração superior a este valor.

Os valores encontrados para ensaio de tração dos tubos colados com as colas MULTI METALL e HYSOL foram respectivamente 770 e 3740 Kgf. O resultado de tração para os tubos colados com a cola MULTI METALL apresentou valores abaixo do desejado, enquanto os tubos unidos com a cola HYSOL apresentaram valores compatíveis com o limite de resistência a tração de um tubo de aço 1020 soldado por eletrodo revestido.

O tratamento térmico de envelhecimento produziu um aumentou de dureza de 57% mostrando-se bastante eficaz.

A dureza na ZTA reduziu sensivelmente demonstrando que esta região tenderá a ser a região de falha quando solicitada mecanicamente.

Os valores dos resultados de ensaio de tração para os tubos unidos a frio com a cola HYSOL apresentaram valores de limite de resistência à tração compatíveis para o necessário na estrutura do carro Mini Baja.



A união dos tubos pela cola MULTIMETAL não apresentou resistência mecânica necessária para o uso no carro Mini Baja.

AGRADECIMENTOS


Os autores agradecem ao CNPq pela concessão da bolsa de iniciação científica.
REFERÊNCIAS
F. Norman, K. Hyde, F. Costello, S. Thompson, S. Birley And P. B. Prangnell, Examination Of The Effect Of Sc On 2000 And 7000 Series Aluminium Alloy Castings: For Improvements In Fusion Welding, Materials Science And Engineering A, Volume 354, Issues 1-2, 15 August 2003, Pages 188-198
Budinski K. Engineering Materials: Properties & Selection – chapter 4, página 95-100.




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