14 de março de 2019
Desenvolvida pelo PNNL, novidade é inspirada na técnica de marcenaria do rabo de andorinha e une chapas espessas de alumínio ao aço

Por Marcio Ishikawa |

Pesquisadores do Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), ligado ao Departamento de Energia americano (DOE), desenvolveram e testaram um novo processo de união capaz de unir chapas espessas de alumínio ao aço. Chamada de Friction Stir Dovetailing (encaixe por fricção, em uma tradução livre), o novo processo pode ser utilizado na fabricação de veículos militares, proporcionando redução de peso, agilidade e eficiência energética.

Friction Stir Dovetailing

A nova técnica é baseada em outras desenvolvidas pelo próprio PNNL, a Friction Stir Welding, que une materiais similares de diferentes espessuras, e a Friction Stir Scribe, capaz de unir chapas finas de materiais dissimilares como aço e alumínio. No entanto, o Friction Stir Scribe não era capaz de unir as chapas espessas de alumínio, fundamentais nos veículos militares.

A Friction Stir Dovetailing é baseada na técnica de marcenaria da “rabo de andorinha”, em que os elementos a serem unidos são encaixados com pinos de forma trapezoidal, que formam um intertravamento mecânico, e então, colados. No caso dos metais, é utilizada uma ferramenta especialmente desenhada para deformar o alumínio dentro de uma ranhura na placa de aço, formando o intertravamento mecânico. Ao mesmo tempo, a fricção na parte inferior da ranhura forma um composto intermetálico que “cola” os metais.

“A combinação de intertravamento mecânico e colagem metalúrgica formada durante um único processo é uma inovação que resulta em juntas de resistência e ductilidade superiores comparadas às criadas pelos outros métodos de fricção”
Scott Whalen, engenheiro do PNNL líder da pesquisa do Friction Stir Dovetailing

Segundo Whalen, o controle da temperatura e pressão na interface alumínio-aço é fundamental para a nova técnica, pois regula o crescimento de compostos intermetálicos. Normalmente, em outras técnicas de união por atrito, essas ligações intermetálicas (Fe3Al) crescem de forma desordenada e não uniforme, resultando em  juntas com falhas e fragilizadas. Mas, com o correto controle de temperatura e pressão, forma-se uma fina camada, mil vezes menor que um fio de cabelo humano, que age como cola entre os dois metais, sem fragilizar a junta.

Testes laboratoriais das juntas resultantes do processo de Friction Stir Dovetailing mostraram que, ao combinar a ligação metalúrgica com o intertravamento em “rabo de andorinha”, a resistência da junta não é apenas superior, mas o material pode se alongar até meio centímetro antes de se romper – apresentando cinco vezes mais ductilidade que o alumínio e aço unidos através de outras técnicas de fricção.

O projeto foi idealizado a partir da campanha, lançada em 2014 pelo Centro Militar de Engenharia e  Desenvolvimento de Pesquisas Automobilísticas de Tanques (TARDEC), que buscava maneiras de fazer tanques, veículos leves de combate e unidades de deslocamento mais leves. Um dos objetivos era reduzir os gastos com combustível – que, segundo o escritório de Contabilidade do Governo dos EUA, chega a vários bilhões de dólares por ano.

“Estamos constantemente à procura de métodos inovadores de união multimaterial que nos  ajudem a selecionar o material mais adequado para os propósitos e lugares certos. A Friction Stir Dovetailing nos oferece exatamente isso.”
Jason Middleton, diretor associado da TARDEC de Engenharia de Ciclo de Vida do Produto

A equipe de pesquisa, agora, planeja refinar a técnica e expandir o processo para outras configurações conjuntas. Além do alumínio e do aço, outras combinações de materiais, como o alumínio ao cobre, o alumínio ao magnésio e o magnésio ao aço, também podem ser unidas com o uso do Friction Stir Dovetailing.

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Friction Stir Dovetailing: nova técnica de união alumínio/aço para veículos militares

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