Nas últimas décadas, peças de metalurgia do pó (PM) surgiram como um processo de fabricação atraente para substituir componentes forjados ou fundidos devido à sua flexibilidade de projeto, baixo custo, tolerâncias rigorosas e bom equilíbrio entre ductilidade e resistência à tração.
A união é um processo fundamental na fabricação mecânica, usado para conectar peças feitas de materiais semelhantes ou diferentes. Você deve estar se perguntando: é possível soldar peças de metal em pó? Continue lendo para encontrar a resposta que você procura.
Fabricação de metais em pó
A fabricação de pó metálico inclui principalmente: mistura de pó, compactação de pó e sinterização.
Misturando e misturando
O objetivo da mistura é combinar uniformemente o pó metálico com os ligantes. A adição de ligante aumenta a fluidez do pó e reduz a força de desmoldagem.
Compactando
O pó misturado é prensado sob alta pressão (geralmente 400–800 MPa) usando ferramentas de metalurgia do pó, formando o que é conhecido como "compacto verde". O pó metálico compactado não é forte o suficiente e só é comparável ao giz.
sinterização
sinterização A sinterização é realizada a uma temperatura abaixo do ponto de fusão do metal, geralmente entre 70% e 90% do ponto de fusão. A sinterização funde as partículas de pó, conferindo à peça a resistência e a integridade desejadas.
Desafios na soldagem de peças de metal em pó
Tal como acontece com outras soldagens de metais, o principal requisito para a soldagem peças de metalurgia do pó é que nenhum defeito deve ser introduzido. No entanto, os seguintes fatores podem afetar o processo de soldagem.
Porosidade
A porosidade dos componentes da metalurgia do pó afeta a condutividade térmica, o que por sua vez afeta os parâmetros de soldagem.
A porosidade na microestrutura das peças metálicas sinterizadas afeta sua soldagem, diferenciando-a da soldagem de componentes fundidos ou forjados.
Durante a soldagem, a zona afetada pelo calor dos componentes da metalurgia do pó pode rachar. Isso ocorre porque as peças de metal em pó são porosas e a força de ligação entre as partículas é limitada, o que as impede de resistir ao maior estresse causado pelo aumento da temperabilidade da zona afetada pelo calor.
Contaminantes
A presença de contaminantes como lubrificantes, fluidos de galvanoplastia e óleos nos poros internos das peças sinterizadas afetará o desempenho da soldagem. Portanto, essas impurezas e contaminantes devem ser limpos antes da soldagem.
Teor de carbono
A maioria das peças de metalurgia do pó são à base de ferro, e seu teor de carbono varia. Peças sinterizadas com baixo teor de carbono, inferior a 0.5%, são fáceis de soldar, enquanto aquelas com alto teor de carbono são difíceis de soldar.
Tecnologia de Soldagem de Peças de Metalurgia do Pó
Soldagem por resistência
Soldagem por resistência é a união de duas superfícies metálicas a um estado fundido ou plástico por meio de corrente e pressão, combinando-as então metalurgicamente.
A vantagem da soldagem por resistência é que ela não requer materiais de soldagem nem gás de proteção.
Os tipos comuns de soldagem por resistência incluem os seguintes:
- Soldagem a ponto
A soldagem a ponto é adequada para união por sobreposição de peças sinterizadas de chapa fina com espessura inferior a 3 mm.
- soldagem por projeção
A soldagem por projeção é ideal para unir peças metálicas em pó com alto teor de carbono (0.4% – 0.8%) e densidade (6.5 – 7.5 g/cm³) a peças de aço com baixo teor de carbono.
- Soldagem de costura
As peças metálicas sinterizadas passam entre dois eletrodos de disco rotativos para formar uma costura de solda contínua com sobreposições frontal e traseira. É adequado para unir componentes finos de metal em pó.
- soldagem por flash
Esses processos de soldagem são geralmente aplicáveis a peças de metalurgia do pó, mas a superfície das peças deve estar limpa e livre de impurezas.
Brasagem
Produtos de metalurgia do pó também podem ser unidos por brasagem. A brasagem é adequada para compactos verdes com maior densidade. Quando o produto tem mais poros, parte da solda é sugada, resultando em solda insuficiente na superfície de soldagem.
Soldagem a arco de tungstênio a gás (GTAW/TIG)
O GTAW usa um eletrodo de tungstênio não consumível para criar um arco CC (para materiais à base de ferro) que derrete os materiais que estão sendo soldados.
Durante o processo, gases inertes como argônio ou hélio protegem a área de soldagem e o eletrodo de contaminantes atmosféricos, como oxigênio, hidrogênio e nitrogênio.
Ao soldar produtos de metal em pó com soldagem GTAW, o metal de adição pode ajudar a compensar a contração que ocorre devido à fusão e densificação das partículas na área de solda. No entanto, o coeficiente de expansão térmica, a resistência mecânica e a resistência à corrosão do metal de adição devem ser compatíveis com os materiais a serem soldados.
Em um casas, a soldagem de dois componentes de metal em pó usando GTAW substituiu um componente fundido no diferencial do caminhão, resultando em uma economia de custos de 35%.
Soldagem a arco de metal a gás (GMAW/MIG)
A soldagem GMAW utiliza um eletrodo de arame contínuo para gerar um arco que aquece a peça de trabalho, fundindo e unindo os materiais. A soldagem GMAW permite soldar materiais de metalurgia do pó contendo pós mistos com alto teor de carbono (0.3-0.9%).
Soldagem por feixe de elétrons
A soldagem por feixe de elétrons concentra fluxos de elétrons de alta velocidade em um feixe para formar uma fonte de calor estreita e forte para unir peças metálicas sinterizadas. A soldagem por feixe de elétrons (EBW) geralmente é realizada em um ambiente de vácuo e é um processo avançado de soldagem automatizada em lotes.
Soldagem por feixe de laser
A soldagem por feixe de laser (LBM) é um processo altamente automatizado, com alta precisão e deformação mínima. A LBM funde os materiais da peça usando um feixe de laser, como um laser de CO2.
Para reduzir a formação de martensita, materiais de temperabilidade média são geralmente pré-aquecidos a 250-300°C antes da soldagem.
No entanto, a soldagem a laser é mais cara do que outros processos de soldagem.
Dicas para soldagem por fusão de metal em pó
O problema mais comum que você pode enfrentar ao soldar componentes de metal em pó por fusão é a formação de rachaduras na solda ou perto dela. Isso geralmente ocorre devido a tensões que se desenvolvem à medida que o metal de solda esfria e solidifica.
Você pode reduzir o risco de rachaduras:
- Pré-aquecer as peças para remover a umidade (hidrogênio) e reduzir os gradientes térmicos
- Pós-aquecimento após soldagem para aliviar tensões residuais
- Minimizar a entrada de calor para limitar as tensões de fusão e solidificação das partículas
- Projetar juntas cuidadosamente para reduzir a concentração de tensões
Peças de metalurgia do pó que foram tratadas com vapor, infiltradas com cobre ou temperadas e revenidas não são adequadas para soldagem por fusão.
Seleção de materiais para soldagem de peças de metal em pó
- O pó de ferro atomizado possui menos impurezas residuais do que o pó de ferro esponja ou outros pós de ferro reduzido. Portanto, para aplicações de soldagem de alta resistência ou por fusão, é melhor usar pó de ferro atomizado.
- O teor de carbono tem um efeito significativo em toda a soldabilidade de peças de metalurgia do pó. Geralmente, quanto menor o teor de carbono, melhor a soldabilidade. Mas o carbono pode aumentar as propriedades de resistência do material.
- Ao usar soldagem por fusão, é melhor não usar materiais de metalurgia do pó com enxofre adicionado. Isso ocorre porque o enxofre pode migrar para os contornos dos grãos durante a soldagem e causar trincas térmicas.
- O níquel adicionado ao pó de ferro ou ao pó de aço pode aumentar a tenacidade do material, sem afetar a soldabilidade.