Análise técnica e econômica operacional entre processo de soldagem MIG e a laser: aplicação em quebra-ondas de tanques de combustível em alumínio
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2026-07-06
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O processo atual de fixação dos quebra-ondas em tanques de combustível de alumínio é realizado por meio da soldagem MIG interna, o que gera marcas externas indesejadas decorrentes da ZTA, impactando negativamente a qualidade estética do produto final. O presente trabalho realizou uma análise técnica e econômica operacional comparativa entre os processos MIG e a soldagem a laser com e sem metal de adição, ambos aplicados de forma manual em juntas sobrepostas de chapas de alumínio na liga 5754 H22 com 2 mm de espessura. Os corpos de prova foram confeccionados e submetidos a inspeção visual dimensional da marca externa, ensaios de cisalhamento, análise macrográfica e mapeamento do perfil de dureza Vickers. Os resultados dos ensaios mecânicos indicaram que todos os nove conjuntos experimentais atenderam com margem de segurança ao esforço de projeto solicitado de 19,4 kN para o tanque real. Os conjuntos MIG apresentaram as maiores cargas de ruptura por cisalhamento com falha localizada na ZTA em dois dos três conjuntos. Em contrapartida, as amostras dos conjuntos soldados a laser e um dos conjuntos MIG, romperam diretamente na região fundida devido à presença de porosidades internas registradas nas macrografias. O perfil de dureza revelou um comportamento em formato de "U", com redução de dureza localizada na ZTA decorrente da redução do encruamento original da liga. Na avaliação estética, o processo a laser mostrou-se superior ao reduzir a largura da marca externa, devido à maior concentração de energia do feixe laser. Sob a perspectiva econômica operacional, um dos conjuntos laser com metal de adição consolidou-se como o cenário de maior competitividade global, registrando o menor custo por metro linear do estudo, uma vez que a junta estreita reduziu expressivamente o consumo de metal de adição, superando os custos operacionais da menor velocidade induzida pela curva de aprendizado do operador. Por fim, as parametrizações de laser autógeno resultaram nos maiores custos diretos em função da baixa velocidade de soldagem devido à falta de familiaridade com o processo. Conclui-se que a soldagem a laser com metal de adição apresenta-se como a opção mais viável para a otimização estética e financeira do componente, condicionada ao refino dos parâmetros operacionais para a mitigação de porosidades na zona fundida. [resumo fornecido pelo autor]
Resumo
The current process for securing baffles in aluminum fuel tanks is carried out via internal MIG welding, which generates undesired external marks resulting from the heat affected zone, negatively impacting the aesthetic quality of the final product. This study performed a comparative technical and operational economic analysis between MIG welding and laser welding with and without filler metal, manually applied to lap joints of 2 mm thick 5754 H22 aluminum alloy sheets. The specimens were fabricated and subjected to dimensional visual inspection of the external blemish, shear tests, macrographic analysis, and Vickers hardness profile mapping. Mechanical test results indicated that all nine experimental groups met the required design load of 19.4 kN for the actual tank with a safe margin. The MIG groups exhibited the highest shear failure loads, with fracture located in the heat affected zone for two of the three configurations. Conversely, specimens from the laser-welded groups and one of the MIG groups ruptured directly in the fusion zone due to the presence of internal porosities recorded in the macrographs. The hardness profile revealed a characteristic U shaped behavior, with localized hardness loss in the heat affected zone resulting from the reduction of the alloy's original work hardening. In the aesthetic evaluation, the laser process proved superior by significantly reducing the width of the external mark due to the higher energy density of the laser beam. From an operational economic perspective, one of the laser configurations with filler metal consolidated itself as the most globally competitive scenario, recording the lowest cost per linear meter in the study. This was achieved because the narrow joint drastically reduced filler metal consumption, overcoming the operational costs of the lower welding speed induced by the operator's learning curve. Finally, autogenous laser parameterizations resulted in the highest direct costs due to low welding speeds caused by a lack of familiarity with the process. It is concluded that laser welding with filler metal presents itself as the most viable option for the aesthetic and financial optimization of the component, conditioned upon the refinement of operational parameters to mitigate porosities in the fusion zone. [resumo fornecido pelo autor]