O aumento nos requisitos de segurança de passageiros, o desempenho dos veículos e a economia de combustível fizeram com que crescesse a demanda por ligas de aço de alta resistência pela indústria automotiva nos últimos anos.
Capazes de apresentar maior rigidez e melhor capacidade de absorver choques durante uma colisão, em comparação com ligas de aço convencionais, as ligas de aço de alta resistência têm sido usadas em locais da carroceria dos veículos que são críticos para a segurança, com o objetivo de absorverem energia durante um impacto.
Algumas dessas ligas de aço de alta resistência, contudo, acabam endurecendo durante a soldagem. E, ao serem submetidas ao processo de conformação em uma indústria automobilística – em que as chapas soldadas ganham uma forma desejada, como a de uma lataria, por meio da aplicação de uma força vertical –, acabam quebrando.
“Isso inviabiliza a utilização desses aços avançados não só na indústria automotiva, mas em outras áreas, como a aeroespacial”, disse Milton Sergio Fernandes de Lima, pesquisador do Instituto de Estudos Avançados (IEAv), do Comando da Aeronáutica, à Agência FAPESP.
Lima desenvolveu um método inovador de soldagem a laser em altas temperaturas para aços de ultra-alta resistência mecânica destinados a aplicações aeroespaciais que pode solucionar esse problema.
Os resultados do estudo, obtidos durante um estágio de Lima na Colorado School of Mines, nos Estados Unidos, com Bolsa da FAPESP, foram publicados no Welding Journal.
A técnica desenvolvida consistiu no aquecimento de chapas de aço do tipo 22MnB5 – a mais promissora liga da indústria automotiva no processo de conformação a quente – a temperatura em torno de 450 ºC, 10 minutos antes da soldagem a laser, de forma a equalizá-las.
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Depois de soldadas, as chapas foram mantidas em temperatura elevada durante 10 minutos para dar origem a uma estrutura 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 análises indicaram que as placas soldadas em temperaturas elevadas apresentaram bainita na microestrutura e dureza bastante reduzida em comparação com as chapas soldadas à temperatura ambiente, que apresentavam o microconstituinte martensita, de menor tenacidade e resistência à força de tensão em comparação com a bainita.
temperaturas que permite melhorar as características de aços de ultra-alta resistência
para aplicações automotivas e aeroespaciais.
Imagem: Welding Journal
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 Lima.
Possíveis aplicações
De acordo com o pesquisador, a técnica desenvolvida pode ser facilmente aplicada no setor industrial para melhorar a soldagem a laser de ligas de aço de alta e ultra-alta resistência mecânica.
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 estrangeiras 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 Lima.
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”, disse Lima.
O pesquisador realiza atualmente um projeto, também com apoio da FAPESP, no qual pretende nacionalizar a técnica que desenvolveu e utilizar um material amplamente utilizado no setor aeroespacial, os aços maraging, usados hoje no envelope-motor dos foguetes e mísseis nacionais.
O artigo Microstructure and Mechanical Behavior of Induction Assisted Laser Welded AHS Steels, de M.S. F. Lima, D. Gonzáles e S. Liu, pode ser lido no Welding Journal.
