Estudo da soldagem de junta híbrida compósito-metal com simulação numérica

Abstract

No contexto industrial moderno a necessidade de unir componentes constituídos a partir de materiais dissimilares, como compósitos de matrizes poliméricas reforçados por fibras a metais, como a liga de alumínio 2024-T3, representa um desafio significativo. Os métodos convencionais de união, como técnicas mecânicas ou adesivas são as soluções mais utilizadas, entretanto abordagens recentes como a soldagem, que combina os fatores de condução térmica e pressão têm sido exploradas. Este trabalho teve como objetivo mapear a distribuição térmica em juntas híbridas durante o processo de prensagem a quente utilizando o compósito PEI/fibra de vidro com alumínio 2024-T3, a partir de um modelo numérico com Método dos Elementos Finitos. Com foco nos impactos da temperatura nos componentes da junta, pode-se otimizar o processo. Os resultados indicam que a técnica avaliada oferece uma distribuição de calor mais uniforme em comparação a outros processos de soldagem para materiais dissimilares envolvendo compósitos de matriz polimérica. Neste contexto os parâmetros de pressão, tempo e potência foram identificados como as variáveis de maior influência no processo, com impacto direto na resistência ao cisalhamento das juntas sobrepostas. Em relação a outros processos como soldagem por fricção, esta técnica se destaca por fornecer uma área útil soldada maior, devido a melhor distribuição de temperatura.

In the modern industrial context, the need to join components made from dissimilar materials, such as fiber-reinforced polymer matrix composites and metals like the 2024-T3 aluminum alloy, represents a significant challenge. Conventional joining methods, including mechanical and adhesive techniques, are the most commonly used solutions. However, recent approaches, such as welding, which combines thermal conduction and pressure, have been explored. This study aimed to map the thermal distribution in hybrid joints during the hot pressing process using PEI/glass fiber composite and 2024-T3 aluminum, based on a numerical model employing the Finite Element Method. By focusing on the temperature effects on joint components, the process can be optimized. The results indicate that the evaluated technique provides a more uniform heat distribution compared to other welding processes for dissimilar materials involving polymer matrix composites. In this context, pressure, time, and power parameters were identified as the most influential variables in the process, directly impacting the shear strength of the overlap joints. Compared to other processes, such as friction welding, this technique stands out by providing a larger effective welded area due to improved temperature distribution.