União de materiais no setor automotivo

União de materiais no setor automotivo

Caros leitores, iniciamos o ano de 2017 com grandes desafios dentro das indústrias brasileiras diante de um momento político e econômico difícil no cenário nacional. A escassez de recursos e a desaceleração do consumo tornaram os investimentos em P&D muito mais concorridos. O foco nos interesses tecnológicos a curto e médio prazo estão sendo fortemente levados em conta, não poderemos gastar energia e recursos com temas inexpressivos, e sim naqueles de real interesse. Em vista destes comentários, gostaria de conduzir esta coluna discutindo alguns campos de estudos que estão recebendo preferencialmente apoios das empresas, institutos e fomento público.

A manufatura de veículos, segmento de grande valia econômica para o setor automotivo, sempre desperta atenção da comunidade tecnológica para qualquer iniciativa visando reduzir custos, melhoria de processos e superação de barreiras técnicas presentes nas etapas produtivas.

Penso, neste sentido, que a união de materiais das mais diversas naturezas é um campo fértil de oportunidades. Posicionando estas ideias, cito os avanços dos aços de segunda e terceira geração, o alumínio prestes a ser aplicado com frequência nos veículos, compósitos tradicionais e os dos tipos sanduíches com metal, todos mostrando um campo vasto de aplicações e, ainda, os revestimentos protetivos como fator importante nestas questões.

Este debate precisa ser colocado dentro da seguinte equação: como viabilizar a junção de dois materiais sem perda de desempenho e qualidade no produto final, e desta forma direcionar os novos processos, tecnologias e materiais aplicados na cadeia de manufatura das montadoras? Apesar do custo do processo ainda ser uma variável importante, as barreiras tecnológicas têm maior influência na decisão final para a rota de produção.

Para nos localizarmos nesta questão, citarei os obstáculos que lidamos dentro dessas rotas que atuam fortemente nas propriedades dos materiais. A primeira é a temperatura e tempo envolvidos no processo de fabricação. Neste caso, a escolha do processo produtivo é uma decisão importante para preservar a condição do material. A segunda barreira é manter a resistência dos materiais sob intempéries do processo, onde o comportamento de recuperação microestrutural pode atenuar as perdas de propriedades durante o aquecimento, como, por exemplo, nos efeitos da soldagem.

Nos últimos anos e com mais presença atualmente, os novos aços de alta resistência ainda embarcando nos nossos produtos são muito sensíveis a temperaturas de processos de junção, normalmente atingidas na soldagem MIG/MAG e, por isso, estão exigindo das comunidades científicas soluções técnicas para atenuar essas perdas. Os avanços iniciais nestes casos, partiam-se para um estudo de ajuste no processo, obtendo o menor aquecimento possível do material e o aumento de velocidade de processo pelo emprego de parâmetros refinados nos equipamentos de soldagem. Apesar desses fatos parecerem de pouco interesse, digo com confiança que a diferença no comportamento do produto final em fadiga é enorme para pequenas alterações nos parâmetros de processo.

No segundo caso, a metalurgia física do material tem tido um papel importante nesta questão, onde elementos químicos adicionados nos materiais provocam uma recuperação de propriedades durante o resfriamento após a soldagem. Exemplifico a precipitação de nitrocarbonetos de Va e Nb, o efeito endurecedor do B nos aços microligados e a precipitação de nanopartículas nas ligas de alumínio na série 7000 pela adição de Mg e Ti.

Os temas anteriores têm um vasto campo para estudo, porém existe uma tendência em buscar processos de junção menos agressivos aos materiais e, neste caso, percebe-se um aumento significativo da aplicação de Brasagem (MIG Brazing), onde a menor temperatura de aquecimento do material reduz perdas de propriedades e danifica menos os revestimentos dos materiais. Todavia, pouco se conhece no Brasil sobre esta técnica para uso especificamente em veículos.

Diante de todo este cenário, existem dois processos que vêm ganhando muito espaço: o uso do clinch e do adesivo estrutural. O primeiro já tem mostrado muita vantagem e vem sendo empregado frequentemente em aços de baixa resistência e materiais não ferrosos, mas ainda com limitação de processo para aços avançados, isto é, existe pouca informação da sua eficiência na junção em aços de alta resistência.

E o segundo caso é o avanço tecnológico dos adesivos estruturais no sentido de obter melhores curas e atingir as propriedades finais diante de uma curta janela de processamento do veículo na pintura, e como um fator agravante estes materiais são muito sensíveis a variações na montagem, como os gaps e as contaminações locais.

Tornando esta coluna mais desafiadora, cito dois processos que merecem atenção dos pesquisadores para um grande espaço em novos P&D. Um deles já é pauta nas discussões, chamado de soldagem por atrito (Friction Stir Welding, FSW), e o outro, ainda começando a despertar interesses das comunidades, é a soldagem ultrassônica. Para ambos os casos, o efeito da temperatura nas perdas de propriedades e da capacidade protetiva dos revestimentos são muito atenuados. Comprovadamente, o FSW já tem ganhado recursos de P&D para aplicações a curto prazo, como se tem notado nos centros de pesquisas brasileiros, como o LNLS-MAT [1], IPT-LEL [2], IPEN-CCTM [3] e UFRGS-LAMEF [4] , porém o segundo caso tem muito potencial a crescer e ainda não saiu do papel de forma efetiva, apesar de já se conhecer um pouco na aplicação em polímeros e alguma coisa para alumínio. Entretanto, praticamente nada para aços.

Concluindo, alerto aos crescentes investimentos nos processos de junção de manufatura automotiva (joining) para desenvolvimentos de novas técnicas em novos materiais e a presença mais intensa desses temas nos eventos técnicos dentro do setor, todos no sentido de agregar maior valor a este segmento, sendo que nestes casos, a necessidade da sinergia das engenharias mecânica e de  materiais precisa ocorrer de forma efetiva para criar novas soluções de juntas viáveis ao setor automotivo, e informo para os novos pesquisadores a facilidade de encontrar centros de P&D e recursos disponíveis que atuam nestes segmentos. Um abraço e até a próxima coluna.

 

Referências

[1] http://lnls.cnpem.br;
[2] http://www.ipt.br/centros_tecnologicos/LEL;
[3] https://www.ipen.br;
[4] https://www.ufrgs.br/lamef/.
Marco Antonio Colosio
Marco Antonio Colosio
Diretor de Associação e Atividades Estudantis da SAE BRASIL. Chairperson do Simpósio SAE BRASIL de Materiais Novos e Nanotecnologia. Engenheiro Metalurgista e Doutor em Materiais pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - USP. Professor titular do curso de Engenharia de Materiais da Fundação Santo André, lecionando diversas disciplinas na área da Metalurgia. Colaborador e associado da SAE BRASIL com mais de 29 anos de experiência no setor automotivo nos campos de especificações de materiais, análise de falhas e inovações tecnológicas

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