Ferramentas revestidas em FSW: a influência do revestimento nas condições termomecânicas

Abstract

O Friction Stir Welding (FSW) é um processo de união no estado sólido onde o calor gerado entre a ferramenta e os materiais a soldar é originado pelo atrito desenvolvido entre si durante todo o processo. Não havendo qualquer tipo de lubrificação na zona de contacto, poder-se-á afirmar-se que o atrito é de crucial relevância para a produção de boas soldaduras quando se usa este tipo de processo. Deste modo, a possibilidade de controlar o coeficiente de atrito na interface de contacto, entre material base e a ferramenta, assume elevado interesse técnico-científico para o processo e daí ser o assunto chave abordado na presente dissertação. A alteração do coeficiente de atrito na zona de interface, para além das técnicas de alteração da geometria da superfície de ferramenta, poderá também ser obtida com recurso a ferramentas revestidas. Assim, na presente dissertação, foram revestidas ferramentas FSW com dois tipos de revestimento, um com o qual se pretende promover alto atrito e outro para promover condições de baixo atrito, i.e., TiSiN e DLC, respetivamente. Estes revestimentos foram depositados por pulverização catódica em ferramentas de carboneto de tungsténio (WC). Foram realizadas soldaduras por pontos na liga de alumínio 6082-T6 com diferentes condições de processo, nomeadamente diferentes diâmetros de ferramenta e velocidades de rotação. Após tratamento de dados verificou-se influência direta do tipo de revestimento nas temperaturas médias e máximas registadas na zona de interface durante o processo. Porém, tendo em conta que o revestimento promove a alteração de condições numa região muito restrita, a influência do tipo de revestimento quer no binário quer na força axial não se verificou, concluindo-se que as condições termomecânicas são maioritariamente reguladas, de uma forma global, pela velocidade de rotação e pelo diâmetro da base da ferramenta.Os ensaios tribológicos realizados em pino-disco, onde foi adquirido o coeficiente de atrito, não permitem estabelecer qualquer relação com a temperatura gerada no processo, já a condutividade térmica dos revestimentos parece influenciar a temperatura gerada no contacto.

Friction Stir Welding (FSW) is a solid-state joining process where the generated heat between tool and workpiece is originated by the friction developed between these two parts during the entire process. Since there is no lubrication on the contact, it is possible to say that the friction is of crucial relevance for the manufacturing of sound welds when using this type of process. This way, the possibility of controlling the friction coefficient on the contact interface, between base material and tool, is of high technical-scientific interest and hence is the key subject addressed in this thesis. Changing the friction coefficient on the contact interface, can be achieved not only by changing the tool´s surface geometry but also by resorting to coated tools. With this in mind, in the present dissertation, FSW tools were coated with two types of film, one that promotes high friction and one that promotes low friction, TiSiN and DLC, respectively. These films where deposited by sputtering on tungsten carbide (WC) tools. The welds were manufactured by spot welding on 6082-T6 aluminum alloy with different process conditions, namely different tool diameters and rotational speeds. After process data analysis it was observed a direct influence of the type of film on the maximum and maintenance temperatures measured during the process. However, since the film only promotes the change of the process conditions on a very restricted area, no influence of the type of film on the torque and on the axial force was observed, which made possible to conclude that global thermomechanical conditions are mainly regulated by tool rotational speed and tool diameter. The pin-on-disk tribological tests didn’t allow for the establishment of a correlation with the generated temperature in the process, however the thermal conductivity of the films seems to have an influence on the measured temperature.