Brasagem Industrial com Ouro: Um Estudo de Caso

Alex Pohoata – F & B Mfg. LLC; Phoenix, Arizona, EUA

Experimentos foram realizados para desenvolver o melhor processo de brasagem da liga Hast X para uma aplicação aeroespacial.

Um OEM aeroespacial precisava ter um tubo de drenagem soldado em um detalhe de ressalto, conforme mostrado na Figura 1. As peças eram feitas de liga de níquel resistente à corrosão e ao calor AMS 5536 (Hast X).

O requisito para metal de adição de brasagem (BFM - Brazing Filler Metal) era AMS 4787. Este BFM é uma liga de ouro-níquel (82Au–18Ni) definida de acordo com AWS A5.8 como BAu-4. Esta liga pode ser usada como pasta de 84-90% em peso de pó com uma malha (tamanho dos grânulos de pó) de no mínimo 140 ou como chapa, tira e folha.

Figura 1. Detalhes a serem brasados

Figura 3. Peças de amostra para brasagem

Figura 4. Liga de brasagem de enchimento formada como arruela Processo Experimental

O processo de brasagem ocorreu em um forno a vácuo com vácuo de 10-5 mm Hg. O resfriamento foi em argônio com ponto de orvalho de -62°C. Não foi utilizada pressão parcial. A brasagem em forno a vácuo tem como grande vantagem o controle completo de todo o processo. Os controles automatizados do forno permitem a visualização do processo tanto no tratamento térmico (monitor) quanto no escritório (controle). O engenheiro de tratamento térmico também tem acesso ao computador.

A aplicação mais fácil é usar pasta como metal de adição. Não requer formato específico, podendo ser aplicado em qualquer quantidade, conforme necessário, com uma simples seringa. As pontas da seringa de brasagem são mostradas na Figura 2.

Durante o desenvolvimento da brasagem, por simplicidade, o detalhe do ressalto real foi substituído por um cilindro feito da mesma liga e com as mesmas dimensões do furo do ressalto real (Fig. 3). Foi mantido o mesmo tubo de drenagem. Para o desenvolvimento do processo de brasagem, optou-se pela utilização de chapa de brasagem na forma de arruelas (Fig. 4) além da pasta de brasagem.

Todas as peças foram brasadas na posição vertical. Nenhuma solda adesiva foi aplicada. A folga entre o tubo de drenagem e a saliência (amostra do cilindro) foi de 0,002 polegada em relação às paredes. Devido ao fato de que o metal base Hast X contém alumínio e titânio, os orifícios foram niquelados de acordo com AMS 2403 com uma espessura de revestimento de no máximo 0,001 polegada para evitar qualquer formação de óxido na junta de brasagem (ou seja, para melhorar o fluxo de liga de

Figura 6. Amostra brasada usando pasta de brasagem

Figura 7. Amostra soldada usando arruelas de ouro sólido

enchimento líquido).

Um conjunto inicial de amostras foi brasado usando pasta de brasagem aplicada no topo do cilindro com uma amostra usando quatro arruelas de ouro, também no topo. Outra amostra foi brasada de cabeça para baixo com quatro arruelas localizadas no fundo do furo. Todos os locais são mostrados na Figura 5.

A temperatura de transformação solidus-liquidus é 950˚C para BAu-4. A literatura publicada recomenda uma temperatura de brasagem para esta liga na faixa de 950-1005˚C. Esta brasagem foi realizada a 990˚C ± 3˚C.

Resultados

A amostra brasada usando pasta de brasagem mostrou muito pouco fluxo. A imagem foi obtida em uma máquina de tomografia computadorizada de raios X (Fig. 6).

Nenhuma das amostras brasadas usando arruelas de ouro foi capaz de brasagem aceitável. O BFM estava fluindo para dentro do orifício do cilindro, mas a quantidade de vazios era excessiva (Fig. 7).

Após consultar vários fabricantes de BFM, decidiu-se tentar a brasagem a uma temperatura mais alta. A próxima tentativa consistiu em brasar uma amostra com pasta de brasagem e outra

Figura 8. Brasado com pasta de ouro a 1038˚C Figura 9. Brasado com arruelas de ouro a 1038˚C

amostra com quatro arruelas de ouro no topo. A brasagem ocorreu a 1038˚C.

A amostra com a pasta de brasagem mostrou um fluxo até o buraco. Infelizmente, a quantidade de vazios era excessiva. Ele mediu 0,083 polegada e a tolerância é de 0,020 polegada no máximo (Fig. 8).

A amostra com as arruelas de ouro estava finalmente de acordo com a especificação do OEM e os requisitos do desenho de engenharia (Fig. 9).

Conclusões

A brasagem com ouro tem suas peculiaridades. Ao contrário da brasagem de níquel ou brasagem de cobre, o BAu-4 não flui muito facilmente. Neste caso em particular, quando o metal de adição deve fluir para um furo cego, a pasta de brasagem não é muito bem sucedida mesmo em uma temperatura mais alta.

Uma explicação muito possível é que o ar fica preso no orifício da bolsa pela pasta brasada e não pode produzir uma camada uniforme de brasagem entre as duas peças a serem brasadas. Este não é o caso do metal de ouro maciço, que não pode tapar hermeticamente o orifício. Portanto, o ar pode ser extraído com vácuo do forno. Uma temperatura bem-sucedida para este tipo de aplicação parece ser 1038˚C.

Para obter mais informações: Entre em contato com Alex Pohoata, Engenheiro Metalúrgico/NPI de Projeto, F&B Mfg. LLC, 4245 N. 40th Ave., Phoenix, AZ 85019, EUA; tel: +1 602-533-1107; e-mail: apohoata@fbmfg.com; web: www.fbmfg.com.

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