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NOVA TECNOLOGIA DE SOLDAGEM PODE RECOLOCAR OS QUADROS DE ALUMÍNIO NO MERCADO HI-END

Fonte: Mundo Bici em 5/06/2019
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O alumínio, apesar de ser um dos materiais mais utilizados na fabricação de quadros de bicicletas, com a popularização e com a redução dos preços da fibra de carbono, foi suplantado por ela para a fabricação de quadros de bicicletas para  os mercados hi-end. Uma nova tecnologia desenvolvida na Universidade da Califórnia poderá recolocar o alumínio com força nos mercados. Dá para imaginar um quadro de alumínio tão leve e resistente como um de fibra de carbono e por um preço muito mais competitivo?

A esquerda Maximiliam Sokoluk, aluno da UCLA, o mecânico do laboratório Travis Widick e o professor Xiachun Li com um protótipo de quadro de bicicleta de alumínio 7075 soldado com varetas carregadas de nanoparticulas de carboneto de Titânio – foto: UCLA

A liga de alumínio da série 7075 é uma liga bastante utilizada na indústria da bicicleta, principalmente para componentes. Sua utilização para quadros sempre apresentou problemas, isso porque essa liga era considerada insoldável. Essa liga foi desenvolvida ainda na década de 1940, mas por muitos e muitos anos soldar esse material com segurança foi um desafio.

Embora a liga já seja usada em itens como asas de avião e fuselagens, nestes casos as folhas desse material para serem unidas normalmente são rebitadas. Os cientistas agora esperam que a capacidade de solda aumente suas aplicações.

O problema da soldagem de tubos da liga 7075 está no fato de que, quando o metal é aquecido, o alumínio, o zinco, o magnésio e o cobre, dos quais ele é composto, fluem de maneira irregular. O fenômeno é conhecido como segregação de fase, e como resultado, as rachaduras se formam ao longo do comprimento da solda o que na construção de um quadro de bicicleta é extremamente perigoso, colocando em risco os usuários.

Pesquisadores UCLA conseguiram soldar a liga 7075 – foto: UCLA

Porém essa realidade está mudando graças a um trabalho de pesquisa realizado por uma equipe da Escola de Engenharia Samueli, da Universidade da Califórnia, em Los Angeles. Esse trabalho poderá ter grande repercussão na indústria da bicicleta com a possibilidade de se construírem quadros com tubos da liga 7075 para atender o mercado de bicicletas de alta gama para as mais variadas finalidades – estrada, mountain bike, e-bikes.

A equipe do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da UCLA,   liderada  professor Xiaochun Li desenvolveu  uma nova tecnologia para soldagem de ligas de alumínio 7075. Ao longo dos estudos, a equipe encontrou uma   solução, considerada, bem  simples, muito inteligente e eficiente para os problemas associados à soldagem dessa liga.  A solução foi encontrada com a utilização da nano tecnologia.

Para a soldagem, por exemplo de quadros de bicicleta, a equipe do professor Xiaochun Li   está  baseada no uso de hastes de solda com nanopartículas de TiC (carboneto de titânio).  Esse componente, evita as trincas a quente associadas à soldagem de ligas 7075/7050. 

Teste de soldagem por arco de tungstênio a gás (GTAW) de AA7075. a Duas chapas AA7075 de 152,4 x 76,2 x 3,175 mm foram soldadas por arco usando três tipos diferentes de materiais de preenchimento para o cordão de solda (roxo). b e c Fendas de solidificação macroscópicas nas zonas de fusão do cordão nas soldas realizadas com materiais de preenchimento convencionais AA7075 e ER5356, respectivamente. d Utilizando AA7075 + 1,7 vol% TiC como material de enchimento, a solda produz um cordão de solda uniforme sem sinais de rachadura. Barras de escala de 10 mm – foto: UCLA – Escola de Engenharia Samueli

O professor explica o processo: “As nano-partículas fazem com que os elementos do metal líquido se solidifiquem mais uniformemente, evitando assim a segregação de fases”, diz Li. “A segregação de fases normalmente bloqueará o fluxo de metal líquido durante o resfriamento, induzindo assim o encolhimento e rachaduras sem o preenchimento do líquido. Como o metal solidifica mais uniformemente após a adição de nano-partículas, o metal líquido flui melhor durante a solidificação, sem rachaduras devido à segregação”, complementa o professor.

O resultado foi surpreendente pois as peças  soldadas mostram uma resistência à tração de até 392 megapascals – quando comparadas à comumente usada liga 6061 de alumínio que tem uma força de solda de 186 megapascals. 

Os técnicos, estimam que os tratamentos térmicos pós-soldagem poderiam aumentar a resistência das soldas das ligas 7075 em até 551 megapascais, o que a coloca no mesmo nível da resistência da solda do aço.

Porém, a questão mais importante dessa reviravolta no trabalho com as ligas 7075 está em que a aplicação desta nova tecnologia não requer investimentos adicionais. De acordo com o professor Li, as hastes de solda com nanopartículas de TiC podem ser usadas com ferramentas de soldagem existentes.

Para a indústria abre-se uma nova oportunidade pois a liga de alumínio 7075 é tão resistente quando o aço, mas pesando cerca de um terço. Essa relação entre resistência e peso oferece soluções muito práticas para toda a indústria de veículos.

 “As empresas poderiam usar os mesmos processos e equipamentos que já possuem para incorporar esta liga de alumínio super   forte em seus processos de fabricação, e seus produtos poderiam ser mais leves e mais eficientes em termos de energia, enquanto ainda mantêm sua força.”, destaca o professor da UCLA.

E aqui entra a indústria da bicicleta, aonde ela pode ser utilizada na construção de quadros de estrada como de bicicletas elétricas, aonde um menor peso do quadro representa um menor consumo de energia e uma maior autonomia ao usuário.  De acordo com o professor da UCLA, a nova tecnologia de soldagem não só fecha a lacuna entre as ligas  AL6061 e os quadros de carbono, mas também oferece à indústria  um concorrente direto à tecnologia da fibra de carbono.

Li e sua equipe já estão trabalhando com um fabricante de bicicletas, que está interessado em utilizar a tecnologia para produzir quadros com tubos de alumínio com a liga 7075

O artigo completo sobre a pesquisa com a utilização de nanopartículas para   a soldagem de ligas 7075 foi publicado na revista Nature Communications e pode ser encontrado nesse link: https://www.nature.com/articles/s41467-018-07989-y

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