BRPI0915440B1 - Process of fusion welding to join aluminum and titanium and joint submitted to brazing - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO DE SOLDAGEM POR FUSÃO PARA UNIR ALUMÍNIO E TITÂNIO E CONJUNTO SUBMETIDO À SOLDA-BRASAGEM".

Campo da Invenção A presente invenção refere-se, de um modo geral, a um processo de união de ligas de alumínio a ligas de titânio e, em particular, a tal processo útil na indústria aeroespacial.

Estado da Técnica Em geral, é conhecido que, quando da fabricação de produtos se-míacabados e elementos estruturais para construção aeronáutica, certas propriedades requeridas, em geral, não podem ser otimizadas ao mesmo tempo independentemente uma da outra. Os elementos estruturais metálicos monolíticos com propriedades variáveis em espaço são, assim, muito procurados no contexto existente na indústria aeronáutica. Os elementos estruturais estão sujeitos a uma ampla variedade de restrições contraditórias, que requerem escolhas particulares a cerca de materiais e condições de trabalho que podem levar a compromissos insatisfatórios, O pedido de patente dos Estados Unidos 2005/156095 explica que, para fabricação de trilhos de montagem de assentos de avião, é vantajoso usar um material altamente resistente à corrosão, tal como ligas de titânio. Contudo, as ligas de titânio são mais caras e têm uma densidade maior do que as ligas de alumínio, o que não é vantajoso com relação à necessidade constante de reduções de custos e peso na fabricação de aeronaves comerciais. É proposto fazer um trilho de montagem de assento com uma seção inferior feito de um primeiro material, tal como liga de alumínio de alta resistência, e uma seção superior feita de um segundo material diferente do primeiro material, tal como uma liga de titânio. Os primeiro e segundo materiais são interoonectados por meio de uma iníerconexão ou ligação metalúrgica homogênea.

Entre as técnicas de soldagem, duas famílias principais podem ser distinguidas. Em processos de soldagem por fusão, tais como soldagem por pontos de resistência, soldagem de topo sob pressão, soldagem a laser, soldagem a arco, soldagem por feixe de elétrons, a solda é feita acima do ponto de fusão, na fase líquida, Na soldagem de estado sólido, tal como a soldagem por atrito, soldagem por atrito com agitação ou soldagem por difusão, a solda é feita abaixo do ponto de fusão, na fase sólida. A soldagem por difusão de titânio e alumínio foi relatada em "Properties of diffusion welded hybrid joints titanium/aluminium, J. Wilden, JP Bergmann, S. Herz, Proceed-ings of the 3rd International Brazing and Soldering Conference, April 24-26, 2006, Crowne Plaza Riverwalk Hotel, San Antonio, Texas, USA, pp. 338-343)". Contudo, a resistência do conjunto obtido é menor do que 100 MPa. Com relação às técnicas de soldagem por fusão, duas opções podem ser consideradas a fim de soldar ligas de alumínio a uma liga de titânio: uma primeira opção é soldar em uma temperatura acima da temperatura de fusão da liga de titânio a fim de ter a fusão das ligas de alumínio e de titânio e uma segunda opção é soldar em uma temperatura acima da temperatura de fusão da liga de alumínio, mas abaixo da temperatura de fusão da liga de titânio; esse último caso será referido aqui como "solda- brasagem". A patente US 4.486.647 ilustra a primeira opção: energia de soldagem suficiente é proporcionada a fim de fundir as ligas de alumínio e de titânio no limite da fusão. Contudo, quando a fusão se solidifica, os compostos de titânio - alumínio são produzidos em grandes quantidades, resultando em uma resistência mecânica pobre da junta, menor do que cerca de 100 MPa. A primeira opção foi relatada em "Laser processing of aluminum-titanium tailored blanks, M. Kreimeyer, F. Wagner, F. Vollersten, Optics and Lasers in Engineering 43 (2005) 1021-1035". Nesse artigo, é relatado um processo em que a união é obtida através de fusão do metal a base de titânio enquanto se aquece o metal a base de alumínio através de condução. Contudo, parece mais uma vez que uma resistência limitada, em torno de 200 MPa, nesse caso, é obtida. A patente norte-americana N° 2.761,047 proporciona condições de solda-brasagem a fim de unir alumínio e ligas de alumínio ao titânio e ligas de titânio com um maçarico a arco gasoso inerte. O processo divulgado compreende uma etapa de limpeza que é dita ser realizada melhor quando o maçarico tem um eletrodo não consumível e é do tipo corrente alternada de frequência ultra-alta. A solda-brasagem a laser de alumínio e titânio, sem metal de enchimento, também é relatada em "Investigation of Laser-Beam Joined Ti-tanium-Aluminum Hybrid Structures, Applied Production Technology ΑΡΤΌ7, Bremen, September 17-19, 2007". A resistência mecânica é aperfeiçoada, comparando com a primeira opção, porém, ela ainda não é mais alta do que 242 MPa para uma solda entre uma liga de TÍA16V4 e uma liga 6056 na condição T4, envelhecida após soldagem até a condição T6. A velocidade de união relatada na conferência foi em torno de 0,2 m/Mn e leva a uma ampla zona afetada pelo calor de em torno de 20 mm. A solda-brasagem de alumínio ao titânio tem demonstrado ser difícil, a resistência da junção pode ser aumentada e a saída do processo aperfeiçoada. Há uma necessidade de um método aperfeiçoado capaz de solda-brasagem partes de liga de alumínio a partes de liga de titânio, com uma alta saída capaz de proporcionar juntas de soldagem de alta resistência.

Objeto da Invenção Um primeiro objeto da invenção é um processo para unir um primeiro elemento 1, compreendendo uma liga de alumínio, uma superfície externa 2, compreendendo uma liga de titânio e tendo pelo menos uma borda com uma espessura e, compreendendo as etapas de: (i) chanfragem da referida borda do referido segundo elemento em uma forma de tronco de cone, tendo em um primeiro lado um primeiro ângulo de afunilamento a1, em um segundo lado um segundo ângulo de a-funilamento a2 e uma espessura mínima t, em que a1 e a2 são maiores do que ou iguais a zero, a soma de a1 e a2 fica entre 10° e 50° e t está entre 0,05 e e 0,3 e, (ii) colocação do referido primeiro elemento (21) e da referida borda chanfrada do referido segundo elemento (21) em uma relação de a-poio, definindo uma geometria a ser submetida à solda-brasagem (3); (iii) aquecimento das áreas de superfícies dos referidos elementos adjacentes ao apoio até uma temperatura acima da temperatura de fusão da referida liga de alumínio e abaixo da temperatura de fusão da referida liga de titânio, na presença de um gás inerte (5) e de um metal de enchimento (4) para obter uma junta de solda-brasagem.

Outro objeto da invenção é um conjunto de solda-brasagem que se pode obter de acordo com o processo da invenção, compreendendo um primeiro elemento extrudado 1, compreendendo uma liga soldável por fusão de 2XXX, 6XXX ou 7XXX famílias de ligas e um segundo elemento extrudado 2 compreendendo uma liga de titânio e tendo pelo menos uma corda com uma espessura e e uma forma de tronco de cone tendo em um primeiro lado um primeiro ângulo de afunilamento a1, em um segundo lado um segundo ângulo de afunilamento a2 e uma espessura mínima t, em que a1 e a2 são maiores do que ou iguais a zero, a soma de a1 e a2 está entre 10° e 50° e temperatura está entre 0,05 e 0,3 e.

Outros objetos da invenção incluem o uso de um conjunto de solda- brasagem da invenção para a fabricação de elementos estruturais para a indústria aeroespacial e trilhos de assentos de aeronave compreendendo um conjunto de solda-brasagem de acordo com a invenção.

Descrição das Figuras A figura 1 mostra ranhuras definidas pelas várias geometrias de juntas e caracterizado pelo fato de compreender um ângulo 8 e uma profundidade d. A figura 2 mostra uma modalidade da invenção. A figura 3 é um exemplo de uma forma específica da borda chanfrada de acordo com a invenção. A figura 4 é um exemplo de uma forma específica da borda chanfrada de acordo com a invenção. A figura 5 mostra várias relações de apoio de primeiro e segundo elementos de acordo com a invenção. A figura 6 mostra duas modalidades de seção extrudada submetida à solda-brasagem de acordo com a invenção. A figura 7 mostra um dispositivo de grampeamento de acordo com a invenção.

As figuras 8a e 8b mostram imagens de juntas submetidas à solda-brasagem para as experiências número 1 e 4, respectivamente. A figura 9 mostra um perfil de dureza para a experiência número 1 e 2.

Descrição Detalhada da Invenção A menos que de outro modo indicado, todas as indicações referentes à composição química das ligas são expressas como uma percentagem de massas em peso com base no peso total da liga. A designação da liga é de acordo com as regulamentações de The Aluminium Association, conhecida por aqueles habilitados na técnica. Uma designação 6x56 inclui qualquer liga tendo 6 como um primeiro dígito e 56 como terceiro e quarto dígitos, tais como, por exemplo, 6056 e 6156. Ligas de titânio são aqui designadas pelo uso do símbolo químico para titânio Ti, seguido pelo(s) núme-ro(s) de percentagem e o(s) símbolo(s) químico(s) do(s) elemento(s) de liga. Por exemplo, Ti-5AI-2,5Sn indica que 5 por cento em peso de alumínio e 2,5 por cento em peso de titânio nos elementos de liga estão presentes na liga de titânio. As têmperas de produtos de liga de alumínio são formuladas no padrão europeu EM 515. Dentro da presente descrição, T3X significa qualquer têmpera tendo 3 como um primeiro dígito, incluindo, por exemplo, T3, T39, T351 ou T3511, mutatis mutandis para T4X, T6X e T8X. A menos que de outro modo indicado, as características mecânicas estáticas, em outras palavras, a resistência à tensão (UTS, também designada como Rm), a resistência à deformação de tração (TYS), (também designada como YS ou Rp0,2), o alongamento na fratura A e o alongamento no estiramento AG são determinados por um teste de tração de acordo com EN 10002-1. Testes de tração em juntas submetidas à solda-brasagem são determinados de acordo com EN 895: "Destructive tests on welds in metallic materiais - Transverse tensile test". A menos que de outro modo indicado, as definições dadas no Padrão Europeu EN 12258-1 se aplicam. O termo "folha" significa um produto laminado não excedendo a cerca de 6 mm de espessura. O termo "placa" inclui "placa média", que é um produto laminado de cerca de 6 mm a cerca de 30 mm de espessura e "placa espessa", que é um produto laminado tipicamente acima de cerca de 30 mm de espessura. Geometrias de junta defi- nidas por juntas soldadas no padrão ISO 2553:1992(E) são usadas aqui para descrever a preparação de bordas a serem soldadas ou submetidas à brasagem. Ranhuras definidas pelas várias geometrias de juntas são caracterizadas por um ângulo δ e uma profundidade d, conforme ilustrado na figura 1. As espessuras de produtos extrudados são definidas de acordo com o padrão EN2066. De acordo com a presente invenção, o processo para união de um primeiro elemento 1, compreendendo uma liga de alumínio, a um segundo elemento 2 compreendendo uma liga de titânio e tendo pelo menos uma borda com uma espessura e, compreende as etapas de: (i) chanfragem da referida borda do referido segundo elemento em uma forma de tronco de cone, tendo em um primeiro lado um primeiro ângulo de afunilamento a1, entre a porção biselada e a superfície do referido primeiro lado, em um segundo lado um segundo ângulo de afunilamento a2 entre a porção biselada e a superfície do referido segundo lado e uma espessura mínima t, em que a soma de a1 e a2 fica entre 10° e 50° e t está entre 0,05 e e 0,3 e, (ii) colocação do referido primeiro elemento e da referida borda chanfrada do referido segundo elemento (21) em uma relação de apoio, definindo uma geometria a ser submetida à solda-brasagem (3); (iii) aquecimento da superfície dos referidos elementos até uma temperatura acima da temperatura de fusão da referida liga de alumínio e abaixo da temperatura de fusão da referida liga de titânio, na presença de um gás inerte (5) e de um metal de enchimento (4) para obter uma junta de solda-brasagem oc1 e <x2 são maiores do que ou igual a zero. A figura 2 mostra uma modalidade da invenção em que um primeiro elemento 1 compreendendo uma liga de alumínio é colocado em uma relação de apoio com um segundo elemento 2 tendo uma borda chanfrada em uma forma de tronco de cone 21. Os primeiro e segundo elementos são presos com um dispositivo de grampeamento 6 representado esquematica-mente. Nesta modalidade, a geometria da relação de apoio 3 é um topo de bisel duplo com ampla face de raiz. Um maçarico de MIG 7, tendo um fio de metal de adição consumível 4 como eletrodo, emite um gás inerte que en- volve a área de junção e proporciona a atmosfera de gás inerte, impedindo a oxidação das áreas de superfície adjacentes às partes de apoio dos primeiro e segundo elementos. A porção traseira da solda (isto é, a porção da solda localizada no lado oposto ao maçarico de MIG) também é protegida da oxidação pelo gás inerte 51. Meios para fornecimento do eletrodo consumível 8 também estão presentes nesta modalidade. A superfície dos elementos é aquecida até uma temperatura acima da temperatura de fusão da liga de alumínio e abaixo da temperatura de fusão da liga de titânio para obter uma junta submetida à solda-brasagem.

De acordo com a presente invenção, a borda chanfrada do segundo elemento compreendendo uma liga de titânio deve ter uma forma específica A figura 3 e a figura 4 são dois exemplos de formas específicas da borda chanfrada de acordo com a invenção. O segundo elemento tem pelo menos uma borda com uma espessura e. Tipicamente, o referido segundo elemento é um perfil extrudado ou uma folha, embora qualquer borda com uma forma plana - paralela pode ser de uso. De preferência, os primeiro e segundo elementos são selecionados do grupo que consiste em um perfil extrudado, uma folha e uma placa. Conforme mostrado pelas figuras 3 e 4, a borda com uma forma plana-paralela de espessura e tem em um primeiro lado um primeiro ângulo de afunilamento a1 entre a porção biselada e a superfície do referido primeiro lado, em um segundo lado um ângulo de afunilamento a2 entre a porção biselada e a superfície do referido segundo lado e uma espessura mínima 11 em que a soma de a1 e a2 fica entre 10° e 50° e t fica entre 0,05 e e 0,3 e. A forma de tronco de cone da invenção proporciona um aperfeiçoamento significativo na resistência da junta soldada e uma saída de processo aperfeiçoada. Se a soma de a1 e a2 for menor do que 10°, a forma afunilada também é aguda, comparando com a espessura da borda e a face afunilada pode não ser coberta inteiramente pela solda, o que pode causar perda de resistência da junta soldada. Se a soma de a1 e a2 for maior do que 50°, a forma afunilada não é aguda o bastante, comparando com a geometria de topo quadrado regular e não proporciona um aperfeiçoamento significativo na resistência. Se for menor do que 0,05 e, a ponta de em forma de tronco de cone é aguda demais e pode se derreter durante a solda-brasagem, que será evitada. Se for maior do que 0,3 e, a ponta em forma de tronco de cone não á aguda o bastante, comparando com a geometria de topo quadrado regular e não proporciona um aperfeiçoamento significativo na resistência. De preferência, a soma α1 + a2 fica entre 20° e 40° e/ ou t fica entre 0,1 e e 0,2 e.

Embora os presentes inventores não estejam vinculados a qualquer teoria específica, eles acreditam que a resistência aperfeiçoada da junta submetida à solda-brasagem de acordo com a presente invenção está relacionada com o aumento da superfície de contato entre as ligas de alumínio e de titânio e/ ou ao fluxo aperfeiçoado do alumínio da liga fundida na superfície da liga de titânio el ou com a ausência de ângulos agudos de contato entre as ligas de alumínio e titânio, em relação ao formato em tronco de cone. A forma truncada afunilada é selecionada mesmo para uma espessura de borda de menos do que 2,5 mm, contrariamente à finalidade usual de bordas chanfradas, que deve reduzir a espessura da área de solda-brasagem. O primeiro elemento e a borda chanfrada do referido segundo elemento 21 são, então, colocados em uma relação de apoio definindo uma geometria a ser submetida à solda-brasagem. A relação de apoio compreende geometrias em que um espaçamento de junta limitado é deixado entre os elementos a serem submetidos à solda-brasagem, tipicamente, menos do que 10% da espessura de borda de segundo elemento e. De preferência, a referida geometria é selecionada no grupo que compreende um topo bisela-do com ampla face de raiz, um topo em V com ampla face de raiz, um topo em J e sua combinação. Através da combinação significam que, por exemplo, um topo em V com ampla face de raiz pode ser selecionado em um lado, enquanto que um topo de bisel com ampla face de raiz é selecionado no outro lado, proporcionando um topo biselado em V com geometria de ampla face de raiz.

Em uma modalidade da invenção, a referida geometria é um topo de chanfro único com ampla face de raiz tendo um ângulo 5 e uma pro- fundidade d, o referido ângulo 5 estando entre 40° e 80° e, de preferência, entre 50° e 70° e a referida profundidade d estando entre 70% e 95% e, de preferência, entre 80% e 90% da referida espessura de segundo elemento. Essa modalidade é ilustrada pela figura 5c.

Em uma modalidade preferida da invenção, a referida geometria é um topo de chanfro duplo com ampla face de raiz tendo uma primeira ranhura em um lado com um primeiro ângulo 51 e uma primeira profundidade d1 e uma segunda ranhura no outro lado com um segundo ângulo 52 e uma segunda profundidade d2 e em que os referidos primeiro e segundo ângulos 51 e 52 ficam entre 40° e 800 e, de preferência, entre 50° e 70° e em que a soma da referida primeira profundidade d1 e a referida segunda profundidade d2 fica entre 70% e 95% e, de preferência, entre 80% e 90% da referida espessura de segundo elemento. Essa modalidade é ilustrada pelas figuras 5a, 5b, 5d e 5f.

Em outra modalidade da invenção, a referida geometria e é um topo em V simples com ampla face de raiz tendo um ângulo 5 e uma profundidade d e em que o referido ângulo 5 fica entre 100° e 140° e, de preferência, entre 110° e 130° e em que a referida profundidade d fica entre 70% e 95% e, de preferência, entre 80% e 90% da referida espessura de segundo elemento.

Em outra modalidade da invenção, a referida geometria é um topo com chanfro em V com ampla face de raiz, tendo uma primeira ranhura em V em um lado com um primeiro ângulo 51 e uma primeira profundidade d1 e uma segunda ranhura biselada no outro lado com um segundo ângulo 52 e uma segunda profundidade d2, em que o referido primeiro ângulo 51 fica entre 100° e 140° e, de preferência, entre 110° e 130°, em que o referido segundo ângulo 52 fica entre 40° e 80° e, de preferência, entre 50° e 70° e em que a soma da referida primeira profundidade e a referida segunda profundidade fica entre 70° e 95° e, de preferência, entre 80° e 90° da referida espessura de segundo elemento.

Essa modalidade é ilustrada pela figura 5e. As geometrias de topo em V com ampla forma de raiz em pelo menos um lado são vantajosas quando o primeiro elemento da liga de alumínio é demasiado espesso para ser derretido por toda a sua espessura em condições usuais de soldagem por fusão, tipicamente, essa modalidade pode ser de uso quando a espessura do primeiro elemento é maior do que 2,5 mm ou mesmo 5 mm.

As figuras 6a e 6b ilustram conjuntos submetidos à solda-brasagem entre seções de perfil extrudado feitas de uma liga de titânio 2 e de uma liga de alumínio 1 unidas por uma junta de solda-brasagem 10 de acordo com a invenção.

Quando o conjunto submetido à solda-brasagem inclui diversos elementos de liga de alumínio como ilustrado na figura 6b, uma geometria de junta não simétrica, tal como, por exemplo, geometria de chanfro único (figura 5c) ou geometria de chanfro duplo não simétrica (figura 5d) ou geometria em V simples é vantajosa. Por outro lado, geometrias simétricas, tais como, por exemplo, geometria de chanfro duplo ou geometria em V duplo, são vantajosas para conjuntos submetidos à solda-brasagem, incluindo um elemento único de liga de alumínio, tal como ilustrado na figura 6a.

As áreas de superfície dos referidos elementos adjacentes ao apoio são, então, aquecidas até uma temperatura acima da temperatura de fusão da referida liga de alumínio e abaixo da temperatura de fusão da referida liga de titânio, na presença de um gás inerte 5 e um metal de enchimento 4 para obter uma junta submetida à solda-brasagem. Essa operação é aqui referida como a etapa de solda-brasagem.

Processos de soldagem por fusão, tais como soldagem por pontos de resistência, soldagem de topo sob pressão, soldagem a laser, soldagem a arco, tal como TIG (Tungsten Inert Gás - Gás Inerte de Tungstênio) ou MIG (Metal Inert Gás - Gás Inerte de Metal), soldagem a plasma, soldagem a feixe de elétrons e suas combinações são métodos preferidos usados para aquecimento das superfícies dos referidos elementos. Em uma modalidade preferida da invenção, um processo de soldagem a arco com um eletrodo consumível é usado. A vantagem do eletrodo consumível em relação ao eletrodo não consumível é, em particular uma entrada de calor reduzido, que reduz a largura, se a zona afetada pelo calor e uma automação de pro- cesso mais fácil, que permite uma maior saída de processo. De acordo com o processo da invenção, o uso de um metal de enchimento é necessário para evitar fraturas quentes na solda. Vários metais de enchimento feitos de ligas de alumínio ou ligas de zinco são adequadas para a presente invenção, o metal de enchimento é selecionado, usualmente, para ser compatível com a liga de alumínio do primeiro elemento. Exemplos de ligas de enchimento são 2319, 4043, 4047, 4145, 5087 e 5183. Exemplos de gás inerte adequado para o presente processo são argônio, hélio, nitrogênio e suas misturas, Um gás de oxidação, tal como oxigênio ou dióxido de carbono, pode ser adicionado ao gás inerte. Uma mistura adequada é uma que contém pelo menos 95% de argônio ou hélio e até 5% de oxigênio ou dióxido de carbono.

Qualquer liga de alumínio soldável por fusão pode ser de uso para o processo da presente invenção. Em particular, ligas soldáveis por fusão das séries 2XXX, 5XXX, 6XXX e 7XXX são vantajosas. De preferência, o primeiro elemento da liga de alumínio é uma liga tratável pelo calor, o que significa que pode ser endurecida por tratamento pelo calor de solução e resfriamento. Entre ligas de alumínio tratáveis pelo calor, ligas de 6XXX ou ligas de 2XXX tendo pelo menos 0,8% em peso de lítio são preferidas. Ligas de alumínio - lítio soldáveis, tendo pelo menos 0,8% em peso de lítio são preferidas e ainda contendo pelo menos 0,1% em peso de prata ("Weldalite® alloys") são particularmente adequadas para o processo da presente invenção.

Para envelhecer artificialmente produtos de ligas de alumínio, a operação de solda-brasagem pode ser realizada antes ou após o envelhecimento artificial. A resistência é ainda aperfeiçoada quando o envelhecimento artificial é conduzido no conjunto submetido à solda-brasagem. Em uma modalidade da presente invenção, o referido primeiro elemento está em uma têmpera de T3X ou T4X durante a etapa de solda-brasagem e o processo compreende uma etapa seguindo a etapa de solda-brasagem consistindo de envelhecimento do primeiro elemento até uma têmpera de T6X ou T8X. Contudo, essa etapa de processo adicional pode não ser vantajosa para a saída do processo em alguns casos, em particular, quando o conjunto tem grandes dimensões, como comprimento de diversos metros. Um conjunto submetido à solda-brasagem de acordo com a invenção é possível de ser obtido de acordo com um processo da invenção e compreende um primeiro elemento 1 compreendendo uma liga soldável por fusão de famílias de ligas de 2XXX, 5XXX, 6XXX ou 7XXX e um segundo elemento 2 compreendendo uma liga de titânio e tendo pelo menos uma borda com uma espessura e uma forma de tronco de cone tendo em um primeiro lado um primeiro ângulo de afuni-lamento oc1 entre a porção chanfrada e a superfície do referido primeiro lado, em um segundo lado um segundo ângulo de afunilamento oc2 entre a porção chanfrada e a superfície do referido segundo lado e uma espessura mínima t, em que °c1 e oc2 são maiores do que ou igual a zero, a soma de <χ1 e oc2 fica entre 10o e 50° e fica entre 0,05 e e 0,3 e.

Um conjunto submetido à solda-brasagem de acordo com a invenção tem, de preferência, uma resistência à tração final maior do que 260 MPa e, de preferência, maior do que 280 MPa. O conjunto submetido à solda-brasagem de acordo com a invenção pode ser usado para a fabricação de elementos estruturais para a indústria aeroespacial. Por exemplo, um trilho de assento de aeronave compreendendo um conjunto submetido à solda-brasagem de acordo com a invenção é vantajoso.

Outro aperfeiçoamento relacionado com o presente processo é uma redução da largura da zona afetada pelo calor, que é tipicamente menor do que 15 mm ou mesmo menor do que 10 mm. O processo de acordo com a presente invenção permite o uso de alta velocidade de soldagem de, preferencialmente, pelo menos 0,5 m/min e mesmo pelo menos 1,0 m/ min.

Usualmente, o conjunto submetido à solda-brasagem é obtido após dois processamentos de soldagem: um em cada lado dos elementos de apoio, o que reduz a saída do processo. OS presentes inventores verificaram que com um dispositivo de grampeamento específico é possível obter um conjunto submetido à solda- brasagem acabado com um único processamento de soldagem, o que é altamente vantajoso para saída de processo. A solda-brasagem em um lado também é vantajosa quando um lado tem baixa acessibilidade, tal como na geometria da figura 6b. De acordo com uma modalidade vantajosa da invenção, os primeiro e segundo elementos são fixados com um dispositivo de grampeamento compreendendo meio para manutenção de contrapressão de gás inerte acima da pressão atmosférica, de preferência, maior do que 110 KPa ou 120 KPa e é, então, possível obter um conjunto submetido à solda-brasagem acabado após um único processamento de soldagem. A contrapressão de gás inerte é a pressão de gás inerte em tomo da porção traseira da solda. Inesperadamente, o controle de pressão obtido com o dispositivo de grampeamento de acordo com a invenção permite controlar o fluxo de fundido da liga de alumínio e, em particular, forçar o fundido de liga de alumínio no elemento de liga de titânio, evitando, por exemplo, o gotejamento ou colar de solda em excesso, durante solda-brasagem e obter uma junta submetida à solda-brasagem após um processamento de soldagem em uma face simples, qualquer que seja a geometria da ranhura.

Um dispositivo de grampeamento apropriado para o processo da invenção com meios para controlar a contrapressão de gás inerte é agora descrito (figura 7). O dispositivo de grampeamento 6 útil para solda-brasagem de um primeiro elemento compreendendo uma liga de alumínio 1 a um segundo elemento compreendendo uma liga de titânio 2, compreende uma face superior 66 adaptada para compressão contra os referidos elementos a serem submetidos à solda-brasagem juntos, um canal 63, meios 641, 642, 643 para apertar os referidos elementos na referida face superior a fim de obter um tubo substancialmente livre de vazamentos, tendo o referido canal e os elementos para paredes, meios 61 para introdução de um gás 52 nos referidos tubos e meios 62 para obtenção de uma pressão do referido gás no referido tubo acima da pressão atmosférica, de modo que a referida pressão força a liga de alumínio derretida no referido segundo elemento durante a solda-brasagem. Os meios para apertar os elementos 1 e 2 na superfície superior 66 são, de preferência, canais 641 ligados a uma bomba de vácuo 643 através de tubos usinados 642. O grampeamento mecânico também pode ser usado, mas pareceu mais difícil para os presentes inventores, com esse tipo de meio de aperto, obter um tubo substancialmente livre de vazamentos entre o canal e os elementos a serem soldados. Por substancialmente livre de vazamento se quer dizer que é possível obter uma pressão dentro do tubo acima da pressão atmosférica, sem pressão de entrada de gás inerte excessiva. Um difusor pode ser usado vantajosamente como um meio para obter uma pressão em excesso. O processo de acordo com a invenção encontra muitos usos, em particular, na construção mecânica de veículos de transporte nas indústrias automobilística, ferroviária, aeroespacial, naval. A fabricação de elementos estruturais para a indústria aeroespacial é uma aplicação preferida. O termo "elemento estrutural" se refere a um elemento usado em uma construção mecânica para a qual as características mecânicas estáticas e/ ou dinâmicas são particularmente importantes para desempenho e integridade da estrutura e para o que um cálculo estrutural usualmente é requerido ou realizado. É, tipicamente, uma parte mecânica que, se falhar, porá em perigo a segurança da referida construção, seus usuários, passageiros ou outros. Para uma aeronave, esses elementos estruturais incluem, particularmente, elementos que compõem a fuselagem, tais como, invólucro da fuselagem, re-forçadores ou reforços, anteparos, molduras circunferenciais, asas (tais como invólucro da asa), enrijecedores, nervuras e longarinas e estabilizador de cauda compostos, particularmente, de estabilizadores horizontais ou verticais e vigas de piso, trilhos de assentos e portas.

Perfis extrudados submetidos à solda-brasagem com um processo de acordo com a invenção são particularmente úteis para fazer trilhos de assentos de aeronaves.

EXEMPLOS

Conjuntos soldados foram preparados compreendendo folhas de 1,8 ou 2 mm de espessura feitas de uma liga de alumínio e de uma liga de titânio tendo a mesma espessura. A liga de titânio era TÍ-6A1-4V. A liga de alumínio era AA6X56 ou AA2X98. AA6X56 foi soldada na têmpera de T3X ou na têmpera de T6X. Quando AA6X56 foi soldada na têmpera de T3X, o conjunto soldado foi envelhecido a fim de obter uma têmpera de T6X após a soldagem. AA2X98 foi soldada na têmpera T3X ou na têmpera de T8X. Quando AA2X98 foi envelhecido na têmpera T3X, o conjunto soldado foi envelhecido a fim de obter uma têmpera de T8X após a soldagem. Esse processo é referido como PWHT (Post Welding Heat Treatment - Tratamento Térmico de Pós-Soldagem), enquanto o processo em que a soldagem é realizada em um elemento de liga de alumínio envelhecida são referidos como HTBW (Heat treatment Before Welding - Tratamento Térmico antes da Soldagem).

Soldagem a arco de MIG foi usada como um método de soldagem. As experiências foram conduzidas com a máquina de soldar CMT® de Fronius. Argônio foi usado como um gás inerte para soldagem, O metal de enchimento foi uma fio de liga 4043 com um diâmetro de 1,2 mm. A menos que de outro modo mencionado, a folha de titânio e a borda chanfrada da folha de titânio foram colocadas em uma relação de apoio, definindo um topo de chanfro duplo com geometria de face ampla. Dois dispositivos de gram-peamento foram usados. O dispositivo de grampeamento A é um dispositivo de grampeamento padrão descrito na figura 2 e o dispositivo de grampeamento B é descrito na figura 7. Quando o dispositivo de grampeamento B foi usado, a solda-brasagem foi realizada apenas em um lado dos elementos de apoio. Quando o dispositivo de grampeamento A foi usado, a soldagem foi realizada em um lado, então, o conjunto soldado foi virado de cabeça para baixo e a soldagem foi realizada no outro lado. As condições da experiência e as propriedades mecânicas das juntas soldadas são proporcionadas na Tabela 1.

Tabela 1. Condições da Experiência e Resultados a: nenhuma chanfragem da folha de titânio, geometria de topo quadrado antes da solda-brasagem; b: desvio padrão de variantes 1-4, 6 e 7 é < 10 MPa. Para experiência n° 5 o desvio entre as experiências foi grande demais (>27 MPa) para proporcionar um valor médio significativo, valores máximos e mínimos são indicados.

Imagens da amostra submetida à solda-brasagem da experiência número 1 (dois processamentos de soldagem) e da experiência número 4 (um único processamento de soldagem) são apresentadas nas figuras 7a e 7b, respectivamente. A figura 8 é um perfil de dureza para amostras submetidas à solda-brasagem da experiência número 2 (HTBW) e da experiência número 1 (PWHT). O perfil de dureza é útil para determinar a largura da zona afetada pelo calor. Para ambas as amostras, a largura da zona afetada pelo calor é em torno de 10 mm, menor do que 15 mm. A comparação do número de experiência de referência 5 com a experiência de acordo com a invenção (1 a 4, 6 e 7) mostra, claramente, a vantagem do processo de acordo com a invenção; a resistência das amostras submetidas à solda-brasagem de acordo com a invenção é maior e também mostra menos desvio comparado com as amostras submetidas à solda-brasagem de referência. O aperfeiçoamento adicional relacionado com o processo de tratamento pelo calor de pós-soldagem é observado em particular pela comparação da experiência número 1 com a experiência número 2. A resistência obtida com um único processamento de soldagem (dispositivo de grampeamento B) é similar àquela obtida com dois processamentos de soldagem (dispositivo de grampeamento A), a saída de processo é, assim, duplicada com o dispositivo de grampeamento B.

REIVINDICAÇÕES

Claims (16)

1. Processo para unir um primeiro elemento (1) consistindo de uma liga de alumínio a um segundo elemento (2) consistindo de uma liga de titânio e tendo pelo menos uma borda com uma espessura e, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: (i) chanfragem da referida borda do referido segundo elemento em uma forma de tronco de cone, tendo em um primeiro lado um primeiro ângulo de afunilamento a1, em um segundo lado um segundo ângulo de afunilamento a2 e uma espessura mínima t, em que o1 e a2 são maiores do que ou iguais a zero, a soma de a1 e a2 fica entre 10° e 50° e t está entre 0,05 e e 0,3 e, (ii) colocação do referido primeiro elemento (21) e da referida borda chanfrada do referido segundo elemento (21) em uma relação de apoio, definindo uma geometria a ser submetida à solda-brasagem (3); (iii) aquecimento das áreas de superfícies dos referidos elementos adjacentes ao apoio até uma temperatura acima da temperatura de fusão da referida liga de alumínio e abaixo da temperatura de fusão da referida liga de titânio, na presença de um gás inerte (5) e de um metal de enchimento (4) para obter uma junta de solda-brasagem,

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a soma α1 + a2 fica entre 20° e 40° e/ ou fica entre 0,1 e 0,2 e.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a referida geometria é selecionada no grupo que compreender um topo com chanfro com ampla face de raiz, um topo em V com ampla face de raiz, um topo em J, um topo em U e suas combinações.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o rastreamento geometria é um topo de chanfro único com ampla face de raiz, tendo um ângulo S e uma profundidade d, em que o referido ângulo 5 fica entre 40° e 80° e, de preferência, entre 50° e 70° e a referida profundidade d fica entre 70% e 95% e, de preferência, entre 80% e 90% da referida espessura de segundo elemento.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a referida geometria é um topo de chanfro duplo com ampla face de raiz, tendo uma primeira ranhura em um lado com um primeiro ângulo 51 e uma primeira profundidade d1 e uma segunda ranhura no outro lado com um segundo ângulo δ2 e uma segunda profundidade d2 e em que os referidos primeiro e segundo ângulos δ1 e δ2 ficam entre 40° e 80° e, de preferência, entre 50° e 70° e em que a soma da referida primeira profundidade d1 e a referida segunda profundidade d2 fica entre 70% e 95% e, de preferência, entre 80% e 90% da referida espessura de segundo elemento.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a geometria é um topo em V único com ampla face de raiz tendo um ângulo δ e uma profundidade d e em que o referido ângulo δ fica entre 100° e 140° e, de preferência, entre 110° e 130° e em que a referida profundidade d fica entre 70% e 95% e, de preferência, entre 80% e 90% da referida espessura de segundo elemento.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a referida geometria é um topo com chanfro em V com ampla face de raiz tendo uma primeira ranhura em um lado com um primeiro ângulo δ1 e uma primeira profundidade d1 e uma segunda ranhura chanfrada no outro lado com um segundo ângulo δ2 e uma segunda profundidade d2, em que o referido primeiro ângulo δ1 fica entre 100° e 140° e, de preferência, entrei 10° e 130°, em que o referido segundo ângulo δ2 fica entre 40° e 80° e, de preferência, 50° e 70° e em que a soma da referida primeira profundidade d1 e a referida segunda profundidade d2 fica entre 70% e 95% e, de preferência, entre 80% e 90% da referida espessura de segundo elemento.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de que os referidos primeiro e segundo elementos são selecionados do grupo que consiste de um perfil extrudado, uma folha e uma placa.

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de que os referidos primeiro e segundo elementos são fixados com um dispositivo de grampeamento compreendendo meios para manutenção de uma contrapressão do referido gás inerte acima da pressão atmosférica, de preferência, maior do que 110 kPa e em que o conjunto submetido à solda-brasagem acabado é obtido após uma soldagem única.

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a referida liga de alumínio é uma liga soldável por fusão das famílias das ligas 2XXX, 5XXX, 6XXX ou 7XXX.

11. Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a referida liga de alumínio é tratável pelo calor.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o referido primeiro elemento está em têmpera T3X ou T4X durante a etapa e (iii) compreendendo uma etapa seguindo a etapa (iii); (iv) envelhecimento do referido primeiro elemento até uma têmpera T6X ou T8X.

13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o aquecimento é obtido de uma soldagem a arco com um eletrodo consumível.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o referido dispositivo de grampeamento {6} compreende uma face superior (66) adaptada para compressão contra os referidos elementos a serem submetidos à solda-brasagem juntos, um canal (63), meios (641, 642, 643) para apertar os referidos elementos na referida face superior a fim de obter um tubo substancialmente livre de vazamentos, tendo o referido canal e os elementos para paredes, meios (61) para introdução de um gás (52) no referido tubo e meios (62) para obtenção de uma pressão do referido gás no referido tubo acima da pressão atmosférica, de modo que a referida pressão força a liga de alumínio derretida no referido segundo elemento durante a solda-brasagem.

15. Conjunto submetido à solda-brasagem que se pode obter de acordo com o processo como definido na reivindicação 10, caracterizado por compreender um primeiro elemento extrudado (1) compreendendo uma liga soldável por fusão das famílias de ligas 2XXX, 5XXX, 6XXX ou 7XXX e um segundo elemento extrudado (2) compreendendo uma liga de titânio e tendo pelo menos uma borda com uma espessura e e uma forma de tronco de cone tendo em um primeiro lado um primeiro ângulo de afunilamento a1, em um segundo lado um segundo ângulo de afunilamento a2 e uma espessura mínima t, em que a1 e a2 são maiores do que ou iguais a zero, a soma de a1 e a2 fica entre 10° e 50° e temperatura fica entre 0,05 e 0,3 e.

16. Conjunto submetido à solda-brasagem, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a resistência à tração final do referido conjunto é maior do que 260 MPa e, de preferência, maior do que 280 MPa.