BR102020009150A2

BR102020009150A2 - ligas de soldagem de alumínio com desempenho melhorado

Info

Publication number: BR102020009150A2
Application number: BR102020009150-6A
Authority: BR
Inventors: Shenjia Zhang; Janusz Stanislaw Sekunda; Jean Bilodeau
Original assignee: General Cable Technologies Corporation
Priority date: 2019-05-10
Filing date: 2020-05-08
Publication date: 2020-11-17
Also published as: US11958140B2; CN111906470A; CA3078120A1; KR20200130172A; US20200353573A1; EP3736079A1

Abstract

São divulgadas ligas de soldagem de alumínio com desempenho de soldagem melhorada. As ligas de soldagem de alumínio incluem altos níveis de carregamento de magnésio e um ou mais de elementos ativos de superfície e elementos estabilizadores de arco. Métodos de preparação e uso das ligas de soldagem de alumínio são adicionalmente divulgados.

Description

LIGAS DE SOLDAGEM DE ALUMÍNIO COM DESEMPENHO MELHORADO

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente divulgação refere-se geralmente a ligas de soldagem de alumínio que exibem desempenho melhorado.

ANTECEDENTES

[002] É útil soldar metais juntos para a construção de vários artigos e estruturas. Nos processos típicos de soldagem, as superfícies dos artigos podem ser unidas utilizando uma ferramenta de soldagem que aplica energia para fundir as superfícies, bem como uma liga de soldagem dispersada entre as superfícies para formar uma junta. As ligas de soldagem são selecionadas com base em várias propriedades, tal como sua compatibilidade com o material de base, sua resistência mecânica e sua eficiência durante o uso. Tipicamente, as ligas de soldagem são formadas do mesmo metal base ou similar ao material a ser soldado, mas também podem ter formulações diferentes para intensificar seu uso ou propriedades. Embora as ligas de alumínio contendo magnésio sejam úteis por sua alta resistência, a utilização dessas ligas de alumínio para fins de soldagem pode levar a vários problemas e não prover os benefícios desejados.

[003] Publicação de Pedido de patente PCT N° WO 2007/020041 descreve um produto de liga de alumínio tendo alta resistência, excelente resistência à corrosão e soldabilidade, com a seguinte composição em % em peso: - Mg 3,5 a 6,0 Mn 0,4 a 1,2 Fe < 0,5 Si < 0,5 Cu < 0,15 Zr < 0,5 Cr <0,3 Ti 0,03 a 0,2 Sc < 0,5 Zn < 1,7 Li < 0,5 Ag < 0,4, opcionalmente um ou mais dos seguintes elementos formadores de dispersoides selecionados do grupo que consiste em érbio, ítrio, háfnio, vanádio, cada um <0,5% em peso, e impurezas ou elementos incidentais cada < 0,05, total < 0,15 e o restante sendo alumínio.

[004] A patente chinesa CN 101649405B descreve uma liga soldável de Al-Mg-Mn-Zr-Sr com alta intensidade e alta tenacidade, contendo estrôncio. O método de preparação é o seguinte: batelada de acordo com a porcentagem em peso dos componentes; aquecendo até 820 a 850 graus centígrados, ao fundir completamente, reduzindo a temperatura, mantendo-se, usando C2Cl6 para refinar, e então lingotando em um molde de pré-aquecimento; após tratamento de lingote, lingotando uniformemente, aquecimento e extrusão para deformação, a razão de extrusão é 12. A invenção tem uma proporção racional de componentes, fácil processamento e produção, técnica operacional simples; por meio da liga, usando o elemento Sr, melhora eficazmente a estrutura organizacional da liga de Al, e melhora a propriedade mecânica abrangente da liga de Al; a invenção é adequada para aplicação industrial, e provê uma maneira operacional para melhorar a propriedade mecânica abrangente da liga de Al soldável com alta intensidade no sistema de Al-Mg-Mn-Zr-Sr.

[005] Publicação de Pedido de patente PCT N° WO 2000/066800 descreve um produto de liga de alumínio-magnésio para construção mecânica soldada, tendo a seguinte composição, em porcentagem em peso: Mg 3,5-6,0, Mn 0,4-1,2, Zn 0,4-1,5, Zr 0,25 máx., Cr 0,3 máx., Ti 0,2 máx., Fe 0,5 máx., Si 0,5 máx., Cu 0,4 máx., um ou mais selecionado(s) do grupo: Bi 0,005-0,1, Pb 0,005-0,1, Sn 0,01-0,1, Ag 0,01-0,5, Sc 0,01-0,5, Li 0,01-0,5, V 0,01-0,3, Ce 0,01-0,3, Y 0,010,3, Ni 0,01-0,3, outros (cada) 0,05 máx. (Total) 0,15 máx., o restante alumínio.

SUMÁRIO

[006] De acordo com uma modalidade, uma liga de soldagem de alumínio inclui cerca de 2,4% ou mais, em peso, de magnésio; cerca de 0,25% ou menos, em peso, de zinco; e cerca de 0,01% a cerca de 1,5% em peso de um ou mais de elementos ativos de superfície e elementos estabilizadores de arco; e o restante é alumínio. A liga de soldagem de alumínio é substancialmente livre de zircônio.

[007] De acordo com outra modalidade, um processo de soldagem inclui formar uma junta entre dois ou mais artigos, aplicar energia e uma liga de soldagem de alumínio à junta, e resfriar a junta. A liga de soldagem de alumínio inclui cerca de 2,4% ou mais, em peso, de magnésio; cerca de 0,25% ou menos, em peso, de zinco; e cerca de 0,01% a cerca de 1,5% em peso de um ou mais de elementos ativos de superfície e elementos estabilizadores de arco; e o restante é alumínio. A liga de soldagem de alumínio é substancialmente livre de zircônio.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[008] Embora úteis por sua alta resistência, a soldagem de ligas de alumínio contendo magnésio sofre de vários problemas. Por exemplo, as ligas de soldagem de alumínio contendo magnésio conhecidas apresentam pouca eficiência de soldagem, uma alta geração de salpicos e fuligem, baixa fluidez na pudlagem e formação de arcos instáveis. Verificou-se que as ligas de soldagem de alumínio contendo magnésio melhoradas, como descrito abaixo, provêm benefícios intensificados sobre as ligas de soldagem de alumínio contendo magnésio convencionais. As ligas de soldagem melhoradas são formadas através da inclusão de um ou mais de elementos ativos de superficie, que melhoram a formação de salpicos e a fluidez na poça de soldagem (weld pool), e elementos estabilizadores de arco, que melhoram a estabilidade e o fluxo de corrente do arco de soldagem.

[009] Como usado nesse documento, salpicos referem-se a gotículas indesejáveis de material fundido que são perdidas durante um processo de soldagem. Como usado nesse documento, fuligem referem-se a subproduto indesejável formado durante um processo de soldagem. Como usado nesse documento, a fluidez na pudlagem refere-se à fluidez na pudlagem fundida formada durante o processo de soldagem. A fluidez na pudlagem é indicada por um ângulo de convergência pequeno e uma forma de cordão menos convexa. Uma pudlagem com baixa fluidez (ângulo de convergência grande e cordão mais convexo) ficará relutante em fluir com o arco e em umedecer a placa de base. Como usado nesse documento, a estabilidade de arco refere-se à ausência de eventos de perda de estabilidade, como quando o arco de soldagem se dissipa ou falha.

[0010] Geralmente, os elementos ativos de superfície e/ou elementos estabilizadores de arco podem ser incluídos em qualquer liga de alumínio contendo magnésio. Por exemplo, as ligas de soldagem melhoradas descritas nesse documento podem incluir cerca de 2,4% ou mais, em peso, de magnésio. Em certas modalidades, o teor de magnésio das ligas de soldagem melhoradas pode ser de cerca de 3% ou mais, em peso; cerca de 3,5% ou mais, em peso; cerca de 4% ou mais, em peso, cerca de 4% a cerca de 7%, em peso, ou cerca de 4,5% a cerca de 7% em peso. Sem estar limitado pela teoria, teoriza-se que ligas de soldagem melhoradas, incluindo grandes quantidades de magnésio, tal como cerca de 4% a cerca de 7% em peso de magnésio, podem exibir melhor desempenho de soldagem do que ligas de alumínio semelhantes, incluindo quantidades relativamente menores de magnésio.

[0011] Verificou-se que a inclusão de elementos ativos de superfície e/ou elementos estabilizadores de arco pode facilitar a formação de uma liga de soldagem de alumínio com desempenho melhorado.

[0012] Como pode ser reconhecido, o termo elementos ativos de superfície pode se referir a elementos que migram para a superfície em um sistema de liga. Os elementos ativos de superfície adequados para as ligas de soldagem de alumínio descritos nesse documento podem incluir elementos que melhoram a superfície da liga de soldagem fundida, tais como os elementos que exibem uma pressão de vapor menor que o magnésio nas temperaturas de soldagem (por exemplo, de cerca de 1000°C a cerca de 1600°C). Tais elementos incluem cálcio, berílio e estrôncio. Como pode ser reconhecido, a inclusão de elementos com essas pressões de vapor pode diminuir a propensão da liga de gerar salpicos e formação de bolhas localizadas, diminuindo a pressão geral de vapor da liga fundida dentro da faixa de temperatura de soldagem. Em certas modalidades, o berílio pode ser indesejável, pois é um agente cancerígeno conhecido e pode ser um elemento proibido nas ligas de soldagem.

[0013] Em certas modalidades, as ligas de soldagem melhoradas podem incluir cerca de 0,01% a cerca de 0,5% em peso dos elementos ativos de superfície, incluindo quaisquer quantidades entre cerca de 0,01% a cerca de 0,5%, em peso, incluindo cerca de 0,02% a cerca de 0,1%, em peso, e cerca de 0,02% a cerca de 0,075%, em peso. Em certas modalidades, pode ser útil limitar o nível de carregamento dos elementos ativos de superfície nas ligas de soldagem melhoradas descritas nesse documento a um nível de carregamento de cerca de 0,50% ou menos. Níveis de carregamento maiores que 0,50% podem aumentar a pressão total de vapor durante a soldagem e aumentar a suscetibilidade do metal de solda à porosidade do gás. Como pode ser reconhecido, esses dois efeitos são prejudiciais às operações de soldagem e ao desempenho da soldagem.

[0014] As ligas de soldagem melhoradas podem, alternativamente ou adicionalmente, incluir elementos estabilizadores de arco. Os elementos estabilizadores de arco referem-se a elementos que são facilmente ionizados e têm menores potenciais de primeira ionização que o alumínio. Como pode ser reconhecido, a ionização aumentada de tais elementos pode aumentar a corrente do arco e a estabilidade de arco durante a soldagem. Geralmente, os elementos estabilizadores de arco que exibem essas propriedades podem incluir metais de terras raras, tais como, os metais da série de elementos lantanídeos, incluindo lantânio, cério, praseodímio, neodímio, promécio, samário e európio. O érbio não é um elemento estabilizador de arco adequado, pois exibe um primeiro potencial ionização maior do que o alumínio. Exemplos particulares de elementos estabilizadores de arco adequados incluem cério e lantânio.

[0015] Em certas modalidades, as ligas de soldagem melhoradas podem incluir cerca de 0,01% a cerca de 1% em peso dos elementos estabilizadores de arco, incluindo quaisquer quantidades entre cerca de 0,01% a cerca de 1%, em peso, tal como cerca de 0,1% a cerca de 0,75% em peso dos elementos estabilizadores de arco. Em certas modalidades, pode ser útil incluir uma combinação de mais de um elemento estabilizador de arco, tal como uma combinação de cério e lantânio.

[0016] Em certas modalidades, as ligas de soldagem melhoradas descritas nesse documento podem incluir elementos ativos de superfície e elementos estabilizadores de arco. Por exemplo, em certas modalidades, as ligas de soldagem melhoradas podem incluir cálcio, cério e lantânio para melhorar cada um dos salpicos, fluidez na pudlagem e estabilidade de arco. Em certas modalidades, também foram encontradas melhorias na formação de salpicos e fluidez de pudlagem a partir da inclusão de apenas elementos ativos de superfície para melhorar a estabilidade de arco.

[0017] Como pode ser reconhecido, vários tipos de liga de alumínio foram padronizados pelo Accrediting Standards Committee H35 da Aluminum Association. As classes de alumínio padronizadas são definidas por suas composições elementares com as várias classes geralmente destinadas a aplicações e indústrias específicas. Ligas específicas de alumínio e magnésio de interesse foram publicadas pela Aluminum Association em janeiro de 2015 nas "Designações internacionais de ligas e limites de composição química para alumínio forjado e ligas de alumínio forjado", incluindo ligas de alumínio da série 5000. As ligas de alumínio da série 5000 são ligas de alumínio contendo magnésio, que são úteis para formar artigos estruturais e prover reforço devido à resistência conferida pela inclusão de altas quantidades de carregamento de magnésio. Determinadas classes de alumínio também são definidas pela American Welding Society ("AWS") para aplicação de soldagem a arco elétrico na AWS A5.10 (2017), incluindo liga de alumínio 5183, liga de alumínio 5556 e liga de alumínio 5554.

[0018] Em certas modalidades, as ligas de soldagem melhoradas descritas nesse documento podem ser formadas por modificação de ligas de alumínio conhecidas da série 5000, incluindo, por exemplo, liga de alumínio AA5356. Em tais modalidades, elementos ativos de superfície e/ou elementos estabilizadores de arco podem ser adicionados a uma liga de alumínio da série 5000 previamente lingotada ou podem ser adicionados durante a formação inicial da liga de alumínio da série 5000.

[0019] Exemplos de ligas de alumínio adequadas podem incluir quantidades variadas de magnésio, manganês, bem como outros elementos, para atingir o equilíbrio desejado de soldabilidade, desempenho de soldagem e propriedades mecânicas. Como pode ser reconhecido, as classes padronizadas da AWS com maior teor de magnésio, tais como ER5183 e ER5356, podem exibir maior resistência à tração, mas pior desempenho de soldagem do que as classes com menor teor de magnésio, tal como o ER5554. A inclusão de elementos ativos de superfície e elementos estabilizadores de arco pode melhorar o desempenho de soldagem de todas as classes de ligas de alumínio e magnésio na AWS A5.10 (2017) e pode beneficiar particularmente os ER5356, ER5183 e ER5556, cada um com quantidades maiores de magnésio.

[0020] Ligas de alumínio ER5356 ou ligas de alumínio AA5356 são definidas pela norma AWS A5.10 (2017) ou definidas alternativamente pelo sistema AA5356 do sistema de número unificado ("UNS") e incluem, em peso, 0,40% ou menos de ferro, 0,25% ou menos de silício, 0,10% ou menos de cobre, 0,05% a 0,20% de manganês, 4,5% a 5,5% de magnésio, 0,05% a 0,20% de crômio, 0,10% ou menos de zinco, 0,06% a 0,20% de titânio, 0,0003% ou menos de berílio, 0,05% ou menos de um do outro elemento com um total menor que 0,15% um do outro elemento, e o restante alumínio.

[0021] As ligas de alumínio ER5183 definidas pela AWS A5.10 (2017) incluem, em peso, 0,40% ou menos, de ferro, 0,40% ou menos, de silicone, 0,10% ou menos, de cobre, 0,50% a 1,0% de manganês, 4,3% a 5,2%, de magnésio, 0,05% a 0,25% de crômio, 0,25% ou menos, de zinco, 0,15% ou menos, de titânio, 0,0003% ou menos, de berílio, 0,05% ou menos de cada outro elemento com um total menor que 0,15% de cada outro elemento, e o restante alumínio.

[0022] As ligas de alumínio ER5554 definidas pela AWS A5.10 (2017) incluem, em peso, 0,40% ou menos, de ferro, 0,25% ou menos, de silício, 0,10% ou menos, de cobre, 0,50% a 1,0% de manganês, 2,4% a 3,0%, de magnésio, 0,05% a 0,20% de crômio, 0,25% ou menos, de zinco, 0,05% a 0,20% de titânio, 0,0003% ou menos de berílio, 0,05% ou menos de cada outro elemento com um total menor que 0,15% de cada outro elemento, e o restante alumínio.

[0023] As ligas de alumínio ER5556 definidas pela AWS A5.10 (2017) incluem, em peso, 0,40% ou menos, de ferro, 0,25% ou menos, de silício, 0,10% ou menos, de cobre, 0,50% a 1,0% de manganês, 4,7% a 5,5%, de magnésio, 0,05% a 0,20% de crômio, 0,25% ou menos, de zinco, 0,05% a 0,20% de titânio, 0,0003% ou menos de berílio, 0,05% ou menos de cada outro elemento com um total menor que 0,15% de cada outro elemento, e o restante alumínio.

[0024] As ligas de alumínio ER5654 definidas pela AWS A5.10 (2017) incluem, em peso, 0,45% ou menos, de ferro e silício combinados, 0,05% ou menos, de cobre, 0,01% ou menos, de manganês, 3,1% a 3,9%, de magnésio, 0,15% a 0,35% de crômio, 0,20% ou menos, de zinco, 0,05% a 0,15% de titânio, 0,0003% ou menos de berílio, 0,05% ou menos de cada outro elemento com um total menor que 0,15% de cada outro elemento, e o restante alumínio.

[0025] Certas ligas de soldagem melhoradas descritas nesse documento podem satisfazer os requisitos de classes de liga de alumínio padronizados, tal como quando as quantidades de carregamento dos elementos ativos de superfície e elementos estabilizadores de arco permanecem dentro dos limites elementares das classes de liga de alumínio definidas.

[0026] Em certas modalidades, as ligas mecânicas de alumínio descritas nesse documento podem, alternativamente, ser semelhantes às ligas de alumínio da série 5000, mas podem ser formadas com níveis de carregamento maiores de elementos ativos de superfície ou elementos estabilizadores de arco, tais como, cálcio, estrôncio, cério e lantânio. Como pode ser observado, as ligas de alumínio da série 5000 permitem apenas 0,05% em peso de elementos incidentais com um total de 0,15% em peso de todos os elementos incidentais.

[0027] Em certas modalidades, as ligas de soldagem de alumínio descritas nesse documento podem reter a resistência das ligas de alumínio da série 5000 devido à retenção de altos níveis de carregamento de magnésio. Essa alta resistência torna as ligas de soldagem melhoradas descritas nesse documento particularmente úteis como uma liga de soldagem para qualquer operação de soldagem que solda uma liga de alumínio de alta resistência, tal como uma liga de alumínio da série 5000.

[0028] Em certas modalidades, as ligas de soldagem melhoradas podem incluir, em peso, cerca de 0,4% ou menos de silício, tal como cerca de 0,4% a cerca de 0,01% de silício. Em certas modalidades, as ligas de soldagem melhoradas podem incluir, em peso, cerca de 0,2% a cerca de 0,04% de silício; cerca de 0,15% a cerca de 0,05% de silício; ou cerca de 0,08% a cerca de 0,05% de silício.

[0029] Em certas modalidades, as ligas de soldagem melhoradas podem incluir, em peso, cerca de 0,7% ou menos de ferro, como cerca de 0,7% a cerca de 0,10% de ferro ou qualquer faixa entre cerca de 0,7% a cerca de 0,1% de ferro, incluindo cerca de 0,10% ferro a cerca de 0,35% de ferro e cerca de 0,15% a cerca de 0,20% de ferro.

[0030] Em certas modalidades, as ligas de soldagem melhoradas podem incluir, em peso, cerca de 0,10% ou menos de cobre, incluindo 0,05% ou menos de cobre, cerca de 0,04% ou menos de cobre, cerca de 0,001% a cerca de 0,035% de cobre; cerca de 0,001% a cerca de 0,03% de cobre; e cerca de 0,01% a cerca de 0,25% de cobre.

[0031] Em certas modalidades, cerca de 1,0%, em peso, ou menos de manganês podem ser incluídos nas ligas de soldagem melhoradas. Por exemplo, em certas modalidades, as ligas de soldagem melhoradas podem incluir, em peso, cerca de 1,0% a cerca de 0,5% de manganês, cerca de 0,25% a cerca de 0,10% de manganês, cerca de 0,25% a cerca de 0,15% de manganês ou 0,01% ou menos de manganês.

[0032] Em certas modalidades, as ligas de soldagem melhoradas podem incluir, em peso, cerca de 0,20% ou menos de crômio, incluindo, por exemplo, cerca de 0,18% a cerca de 0,05% de crômio, cerca de 0,15% a cerca de 0,05% de crômio e cerca de 0,15% para cerca de 0,10% de crômio.

[0033] Em certas modalidades, as ligas de soldagem melhoradas podem incluir cerca de 0,25% ou menos de zinco. Por exemplo, em certas modalidades, as ligas de soldagem melhoradas podem incluir, em peso, cerca de 0,25% a cerca de 0,001% de zinco, cerca de 0,20% a cerca de 0,002% de zinco, cerca de 0,15% a cerca de 0,005% de zinco, cerca de 0,10% a cerca de 0,01 % de zinco, cerca de 0,05% a cerca de 0,001% de zinco, cerca de 0,04% a cerca de 0,003% de zinco ou cerca de 0,035% a cerca de 0,01% de zinco.

[0034] Em certas modalidades, titânio pode ser incluído nas ligas de soldagem melhoradas descritas nesse documento em cerca de 0,2%, em peso ou menos. Por exemplo, o titânio pode ser incluído em certas modalidades em cerca de 0,15%, em peso, a cerca de 0,05%, em peso, incluindo em cerca de 0,10%, em peso, a cerca de 0,075%, em peso.

[0035] O boro pode ser incluído nas ligas de soldagem melhoradas em cerca de 0,01%, em peso ou menos. Por exemplo, em certas modalidades, as ligas de soldagem melhoradas podem incluir cerca de 0,0050%, em peso ou menos de boro. Em certas modalidades, as ligas de soldagem melhoradas podem estar substancialmente livres de qualquer boro. Como usado nesse documento, "substancialmente livre de" significa que o componente está incluído em cerca de 0,001% ou menos em peso ou está presente apenas como um contaminante inevitável.

[0036] Em certas modalidades, as ligas de soldagem melhoradas descritas nesse documento podem incluir cerca de 0,05%, em peso, ou menos de cada elemento incidental e um total de 0,15%, em peso, ou menos de todos os elementos incidentais, tal como zircônio ou berílio. Em certas modalidades, os elementos incidentais podem ser os elementos incidentais das ligas de alumínio da série 5000, com exceção dos elementos ativos de superfície e dos elementos estabilizadores de arco. Em certas modalidades, as ligas de soldagem melhoradas podem estar substancialmente livres de um ou mais de zircônio, berílio e neodímio.

[0037] Em certas modalidades, as ligas de soldagem melhoradas descritas nesse documento podem incluir, em peso, cerca de 0,4% ou menos de silício; cerca de 0,7%, ou menos de ferro; cerca de 0,4%, ou menos, de cobre; cerca de 0,05% a cerca de 0,3%, de manganês; cerca de 3,1% a cerca de 7%, de magnésio; cerca de 0,05% a cerca de 0,20%, de crômio; cerca de 0,1% ou menos de zinco; cerca de 0,2% ou menos de titânio; cerca de 0,01% a cerca de 0,5%, ou um ou mais de cálcio e estrôncio, ou cerca de 0,01% a cerca de 1% de um ou mais de cério e lantânio; cerca de 0,05%, ou menos individualmente, ou cerca de 0,15% coletivamente, de impurezas ou elementos incidentais; o restante alumínio.

[0038] Em certas modalidades, as ligas de soldagem melhoradas descritas nesse documento podem incluir, em peso, cerca de 0,25% ou menos de silício; cerca de 0,74 ou menos de ferro; cerca de 0,2%, ou menos, de cobre; cerca de 0,05% a cerca de 0,3%, de manganês; cerca de 2,4% a cerca de 7%, de magnésio; cerca de 0,05% a cerca de 0,20%, de crômio; cerca de 0,25%, ou menos, de zinco; cerca de 0,2% ou menos de titânio; cerca de 0,01% a cerca de 0,5%, ou um ou mais de cálcio e estrôncio, ou cerca de 0,01% a cerca de 1% de um ou mais de cério e lantânio; cerca de 0,05%, ou menos individualmente, ou cerca de 0,15% coletivamente, de impurezas ou elementos incidentais; e o restante alumínio.

[0039] Geralmente, as ligas de alumínio descritas nesse documento podem ser formadas como conhecidas na técnica. Por exemplo, o alumínio substancialmente puro pode ser fundido a uma temperatura de cerca de 537°C a 704°C (1000°F a cerca de 1300°F) e, em seguida, elementos adicionais, tais como, magnésio, ferro, silício, cálcio, estrôncio, cério e lantânio podem ser adicionados de acordo com a porcentagem em peso desejada. Em certas modalidades, certos elementos podem opcionalmente ser adicionados usando um refinador de grãos para controlar adicionalmente a estrutura microcristalina. Uma vez que todos os elementos estejam presentes de acordo com a sua porcentagem em peso desejada, a mistura de alumínio fundido pode ser lingotada para formar uma liga de soldagem de alumínio, como descrito nesse documento. Alternativamente, uma liga de alumínio existente pode ser fundida e elementos adicionais podem ser incorporados.

[0040] Em certas modalidades, processamento adicional, tal como trefilação de fio a frio, pode ser realizado para melhorar adicionalmente a estrutura do grão, como conhecido na técnica. Como pode ser reconhecido, a trefilação de fio a frio é um processo que puxa um fio em temperatura não elevada (por exemplo, temperatura ambiente) através de uma matriz para melhorar a estrutura e as propriedades microcristalinas. Em certas modalidades, a liga de soldagem melhorada pode adicionalmente ser formada em um fio de soldagem ou eletrodo de soldagem.

[0041] Como pode ser observado, são conhecidas muitas variações no processo de lingotamento de uma liga de alumínio. Por exemplo, várias etapas de agitação podem ser realizadas em uma mistura de alumínio fundido para melhorar a homogeneidade. Adicionalmente, ou alternativamente, uma mistura de alumínio fundido pose ser deixada assentar por um período de tempo para permitir que partículas de inclusão indesejadas sejam depositadas como sedimentos e sejam removidas. Em certa modalidade, uma mistura de alumínio fundido também pode ser refinada para remover impurezas usando, por exemplo, constituintes de liga e controle preciso da temperatura para precipitar impurezas indesejadas da mistura fundida.

EXEMPLOS

[0042] Vários exemplos de ligas de alumínio foram formados como eletrodos de soldagem para avaliar melhorias no desempenho da soldagem causadas pela inclusão de elementos ativos de superfície ou estabilizadores de arco. O exemplo 1 é uma liga de alumínio AA5356 e serve como um controle comparativo. O exemplo 2 é uma liga de alumínio AA5356 que incorpora cerca de 0,045% em peso de cálcio. O exemplo 3 é uma liga de alumínio AA5356 incorporando cerca de 0,02% em peso de cálcio. O exemplo 4 é uma liga de alumínio AA5356 que incorpora cerca de 0,06% em peso de cálcio. O exemplo 5 é uma liga de alumínio AA5356 incorporando cerca de 0,50% em peso de cálcio. O exemplo 6 é uma liga de alumínio AA5356 que incorpora cerca de 0,05% em peso de cério e cerca de 0,05% em peso de lantânio. O exemplo 7 é uma liga de alumínio AA5356 que incorpora elementos ativos de superfície e estabilizadores de arco. O exemplo 7 inclui cerca de 0,045% em peso de cálcio, cerca de 0,40% em peso de cério e cerca de 0,35% em peso de lantânio.

[0043] Os Exemplos 1 a 7 foram avaliados quanto ao desempenho da soldagem soldando placas de alumínio AA6061 de 3/8" (9,5 mm) na posição plana, 1F. O soldador usado foi um soldador a arco Millermatic 350P Inverter usando uma pistola de bobina Miller Spoolmatic 30 A (ambos disponíveis na Miller Electric Manufacturing Co. de Appleton, WI). O soldador foi operado usando um eletrodo positivo de corrente contínua a uma voltagem de 23 volts a 23,8 volts usando argônio como gás de blindagem. A taxa de deposição foi de 2,04 kg/hora a 2,95 kg/hora (4,5 lbs/hora a 6,5 lbs/hora).

[0044] Cada um dos exemplos 1 a 7 foi avaliado quanto à geração de fuligem, salpicos, fluidez na pudlagem e estabilidade de arco por dois técnicos de soldagem com cada técnico, provendo uma pontuação subjetiva de desempenho para cada medida. A Tabela 2 representa a pontuação média dos dois técnicos em uma escala de 1 a 5, com uma pontuação de 5 indicando excelência e uma pontuação de 1 indicando desempenho ruim. A formação de salpicos foi avaliada comparando a porcentagem em peso de salpicos formados durante a soldagem com cada uma das ligas de soldagem de exemplo com menos salpicos sendo classificados como mais altos. A fluidez na pudlagem foi determinada comparando o ângulo de convergência e a convexidade do cordão de um pudlado fundido formado com cada uma das ligas de soldagem de exemplo. Um exemplo de liga de soldagem foi classificado como mais alto se o pudlado fundido exibisse um ângulo de convergência inferior e um cordão menos convexo. A estabilidade de arco foi medida observando-se a frequência de eventos de perda de estabilidade no arco de soldagem desengatado ou falhado. As ligas de exemplo foram classificadas com alta classificação se exibissem poucos, se houver, eventos de perda de estabilidade.

[0045]Os exemplos 1, 2, 3, 5 e 7 foram adicionalmente avaliados quanto à eficiência da soldagem e à porcentagem em peso de salpicos. A eficiência da soldagem e a porcentagem em peso de salpicos se referem à quantidade de liga de soldagem incorporada na junta ou perdida como salpicos, respectivamente. A eficiência da soldagem e a porcentagem em peso de salpicos foram medidas determinando o peso da liga de soldagem aplicada, multiplicando o tempo de soldagem pela taxa de alimentação do fio em kg/hora e comparando esse peso à mudança no peso da placa de base.

[0046] Como representado na Tabela 2, a incorporação de pequenas quantidades de elementos ativos de superfície (Cálcio) ou elementos estabilizadores de arco (Cério e Lantânio) melhorou o desempenho de soldagem dos exemplos 2 a 4 e 6 a 7, como demonstrado pelas avaliações subjetivas melhoradas e eficiência da soldagem melhorada.

[0047] Deve ser entendido que todas as limitações numéricas máximas fornecidas através desse relatório descritivo incluem todas as limitações numéricas inferiores, como se essas limitações numéricas inferiores fossem expressamente escritas nesse documento. Toda limitação numérica mínima dada ao longo desse relatório descritivo incluirá toda limitação numérica maior, como se essas limitações numéricas maiores fossem expressamente escritas nesse documento. Toda faixa numérica fornecida através desse relatório descritivo incluirá toda a faixa numérica mais estreita que se enquadre em uma faixa numérica mais ampla, como se essas faixas numéricas mais estreitas fossem todos expressamente escritas nesse documento.

[0048] Todo documento citado nesse documento, incluindo qualquer patente ou pedido com referência cruzada ou relacionada, é incorporado nesse documento por referência em sua totalidade, a menos que seja expressamente excluído ou de outra forma limitado. A citação de qualquer documento não é uma admissão de que é técnica anterior em relação a qualquer invenção divulgada ou reivindicada nesse documento ou que ela sozinha, ou em qualquer combinação com qualquer outra referência ou referências, ensina, sugere ou divulga qualquer invenção. Além disso, na medida em que qualquer significado ou definição de um termo nesse documento conflite com qualquer significado ou definição do mesmo termo em um documento incorporado por referência, o significado ou a definição atribuído(a) a esse termo no documento prevalecerá.

[0049] A descrição anterior de modalidades e exemplos foi apresentada para fins de descrição. Não se destina a ser exaustivo ou limitativo às formas descritas. Numerosas modificações são possíveis à luz dos ensinamentos acima. Algumas dessas modificações foram discutidas e outras serão entendidas pelos técnicos no assunto. As modalidades foram escolhidas e descritas para ilustração dos habilitados comuns na técnica. Em vez disso, pretende-se que o escopo seja definido pelas reivindicações anexadas a várias modalidades. O escopo não é, obviamente, limitado aos exemplos ou às modalidades estabelecido(o)s nesse documento, mas pode ser empregado em qualquer número de pedidos e artigos equivalentes pelos descritos nesse documento.

Claims

Liga de soldagem de aluminio, caracterizada pelo fato de que compreende:
cerca de 2,4% a cerca de 7% em peso de magnésio;
cerca de 0,25% ou menos, em peso, de zinco;
cerca de 0,01% a cerca de 1,5% em peso de um ou mais de elementos ativos de superficie e elementos estabilizadores de arco; e
o restante é aluminio; e
em que a liga de soldagem de aluminio é substancialmente livre de zircônio.
Liga de soldagem de aluminio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os elementos ativos de superficie exibem uma pressão de vapor menor que o magnésio a uma temperatura de cerca de 1000°C a cerca de 1600°C.
Liga de solda de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os elementos ativos de superfície compreendem cálcio e estrôncio.
Liga de solda de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende cerca de 0,01 % a cerca de 0,5% em peso dos elementos ativos de superfície .
Liga de solda de alumínio, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que os elementos ativos de superfície consistem em cálcio .
Liga de soldagem de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os elementos estabilizadores de arco são selecionados de um ou mais de metais da série de lantanideos que exibem um primeiro potencial de ionização menor que o alumínio.
Liga de solda de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os elementos estabilizadores de arco compreendem um ou mais de cério e lantânio.
Liga de solda de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende cerca de 0,01% a cerca de 1% em peso dos elementos estabilizadores de arco.
Liga de solda de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende: cerca de 0,01% a cerca de 0,50% em peso dos elementos ativos de superfície; e cerca de 0,01% a cerca de 1,0% em peso dos elementos estabilizadores de arco.
Liga de solda de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende cerca de 4% a cerca de 7% em peso de magnésio.
Liga de solda de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende cerca de 0,25% ou menos, em peso, de zinco.
Liga de solda de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende, em peso:
cerca de 0,05% a cerca de 1,0% de manganês;
cerca de 2,4% a cerca de 7% de magnésio;
cerca de 0,25% ou menos, de zinco;
cerca de 0,4% ou menos, de silício;
cerca de 0,7% ou menos, de ferro;
cerca de 0,4% ou menos, de cobre;
cerca de 0,05% a cerca de 0,20% de crômio;
cerca de 0,02% ou menos, de titânio; e
um ou mais de:
0,01% a cerca de 0,5% de um ou mais de cálcio e estrôncio; e
0,01% a cerca de 1% de um ou mais de cério e lantânio.
Liga de solda de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende, em peso:
cerca de 0,05% a cerca de 0,3% de manganês;
cerca de 3,1% a cerca de 7% de magnésio;
cerca de 0,1% ou menos, de zinco;
cerca de 0,25% ou menos, de silício;
cerca de 0,4% ou menos, de ferro;
cerca de 0,2% ou menos, de cobre;
cerca de 0,05% a cerca de 0,20% de crômio;
cerca de 0,02% ou menos, de titânio; e
um ou mais de:
0,01% a cerca de 0,5% de um ou mais de cálcio e estrôncio; e
0,01% a cerca de 1% de um ou mais de cério e lantânio.
Liga de solda de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende, em peso:
cerca de 0,50% a cerca de 1,0% de manganês;
cerca de 4,7% a cerca de 5,5% de magnésio;
cerca de 0,25% ou menos, de zinco;
cerca de 0,25% ou menos, de silício;
cerca de 0,4% ou menos, de ferro;
cerca de 0,1% ou menos, de cobre;
cerca de 0,05% a cerca de 0,20% de crômio;
cerca de 0,05% a cerca de 0,20%, de titânio; e
um ou mais de:
0,01% a cerca de 0,5% de um ou mais cálcio e estrôncio; e
0,01% a cerca de 1% de um ou mais de cério e lantânio.
Liga de solda de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que é uma ou mais de uma liga de alumínio da série 5000 como padronizada pelo Accrediting Standards Committee H35 da Aluminum- Association e uma liga de alumínio da série 5000 como padronizada pela American Welding Society ("AWS") A5.10 (2017) .
Liga de solda de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que é uma liga de alumínio AA5356 como padronizada pelo Comitê de Padrões de Acreditação H35 da Associação de Alumínio ou uma liga de alumínio ER5554 como padrão pela Sociedade de Soldagem Americana ("AWS") A5.10 (2017).
Liga de solda de alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que exibe uma eficiência de soldagem de cerca de 82% ou maior.
Fio de soldagem ou eletrodo de soldagem, caracterizado pelo fato de que é formado da liga de soldagem de alumínio conforme definida na reivindicação 1.
Processo de soldagem, caracterizado pelo fato de que compreende:
formar uma junta entre dois ou mais artigos;
aplicar energia e uma liga de soldagem de alumínio à junta; e
resfriar a junta; e
em que a liga de soldagem de alumínio compreende: cerca de 2,4% a cerca de 7% ou mais, em peso, de magnésio;
cerca de 0,25% ou menos, em peso, de zinco;
cerca de 0,01% a cerca de 1,5% em peso de um ou mais de elementos ativos de superfície ou elementos estabilizadores de arco; e
o restante é alumínio; e
em que a liga de soldagem de alumínio é substancialmente livre de zircônio.
Processo de soldagem, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que os elementos ativos de superfície compreendem um ou mais de cálcio e estrôncio e em que os elementos estabilizadores de arco compreendem um ou mais de cério e lantânio.