Soldagem por Fricção e Mexa (FSW) Explicada: Processo, Benefícios e Aplicações

O que é Soldagem por Fricção e Mexa?

A soldagem por fricção e mexa (FSW) é um processo de união em estado sólido que usa calor de fricção gerado por uma ferramenta rotativa para unir duas peças de trabalho frente a face sem derreter o material da peça de trabalho. O calor é gerado pela fricção entre a ferramenta rotativa e o material da peça de trabalho, o que leva a uma região amolecida próxima à ferramenta FSW.

Enquanto a ferramenta é percorrida ao longo da linha de junta, ela mistura mecanicamente as duas peças de metal, e forja o metal quente e amolecido pela pressão mecânica, que é aplicada pela ferramenta, muito parecido com a união de argila ou massa.

É usada principalmente em alumínio forjado ou extrudado e particularmente para estruturas que precisam de resistência de solda muito alta. A FSW é capaz de ligar ligas de alumínio, ligas de cobre, ligas de titânio, aço doce, aço inoxidável e ligas de magnésio.

Mais recentemente, foi usada com sucesso na soldagem de polímeros. Além disso, a união de metais dissimilares, como alumínio a ligas de magnésio, foi recentemente alcançada pela FSW. A aplicação da FSW pode ser encontrada na construção naval moderna, trens e aplicações aeroespaciais.

Princípio de Operação

O progresso da ferramenta através da junta, também mostrando a zona de solda e a região afetada pelo ombro da ferramenta.

A FSW é realizada com uma ferramenta cilíndrica rotativa que tem um pino perfilado com diâmetro menor que o diâmetro do ombro. Durante a soldagem, a ferramenta é alimentada em uma junta de topo entre duas peças de trabalho fixadas até que a sonda penetre na peça de trabalho e o ombro toque a superfície das peças de trabalho.

A sonda é ligeiramente mais curta que a profundidade de solda requerida, com o ombro da ferramenta cavalgando sobre a superfície de trabalho. Após um curto tempo de espera, a ferramenta é movida para frente ao longo da linha de junta na velocidade de soldagem pré-definida.

Calor de fricção é gerado entre a ferramenta resistente ao desgaste e as peças de trabalho. Este calor, junto com o gerado pelo processo de mistura mecânica e o calor adiabático dentro do material, faz com que os materiais mexidos amoleçam sem derreter.

À medida que a ferramenta é movida para frente, um perfil especial na sonda força o material plastificado da face dianteira para a traseira, onde as altas forças auxiliam na consolidação forjada da solda.

Este processo da ferramenta percorrendo a linha de solda em um eixo tubular plastificado de metal resulta em severa deformação em estado sólido envolvendo recristalização dinâmica do material base.

O Processo de Soldagem por Fricção e Mexa

A soldagem por fricção e mexa usa uma ferramenta especialmente projetada que gira em alta velocidade sobre as costuras que precisam ser soldadas juntas. À medida que a ferramenta gira sobre o metal, calor é gerado entre eles. Este calor faz com que os metais se tornem plásticos e fundam um no outro. A soldagem por fricção e mexa é capaz de soldar dois tipos de juntas:

• Juntas de Sobreposição
• Juntas de Topo

A ferramenta usada para soldagem por fricção e mexa tem duas partes. Uma parte cilíndrica chamada ombro gira sobre a costura, e um pino perfilado se estende do ombro.

O pino é primeiro perfurado na costura. Então, o ombro gira sobre a peça de trabalho por um certo período de tempo até que uma temperatura ótima seja alcançada e absorvida nos materiais.

Então, a ferramenta se move através da costura, criando uma solda contínua. Isso é possível devido ao aquecimento volumétrico produzido pela ferramenta e a mistura das partículas de metal pelo pino perfilado. É do pino perfilado que entra no espaço de trabalho que vem o nome "Mexa", pois o pino está literalmente mexendo as partículas amolecidas para fundi-las.

Aplicações da Soldagem por Fricção e Mexa

O processo FSW foi inicialmente patenteado pela TWI na maioria dos países industrializados e licenciado para mais de 183 usuários. A soldagem por fricção e mexa e suas variantes soldagem por ponto de fricção e mexa e processamento por fricção e mexa são usadas para as seguintes aplicações industriais: construção naval e offshore, aeroespacial, automotiva, material rodante para ferrovias, fabricação geral, robótica e computadores.

A soldagem por fricção e mexa encontra aplicação em uma ampla variedade de indústrias que usam alumínio.

Construção Naval: A FSW foi usada pela primeira vez para soldar painéis de alumínio ocos para barcos de pesca. Hoje, esta técnica de soldagem é comum na soldagem de painéis de freezer de alumínio usados no corpo e casco de navios. Como a FSW cria distorção mínima, painéis de alumínio manterão sua forma mesmo com soldas longas.

Aeroespacial: Tanques de combustível de alumínio usados em espaçonaves para armazenar oxigênio criogênico utilizam FSW. A técnica de união solda as cúpulas à estrutura cilíndrica que compõe estes tanques de combustível. A Boeing usou FSW no Módulo Interstágio de um foguete Delta II que teve um lançamento bem-sucedido em agosto de 1999.

A FSW também é utilizada para unir frames leves de alumínio vistos na fuselagem de aeronaves. Isso porque a técnica oferece uma alternativa muito mais leve do que parafusar ou rebitear.

Ferroviário: A soldagem por fricção e mexa encontra seu uso em perfis ocos e extrusões com reforço em T para fabricação de trens de alta velocidade.

Indústria Automotiva: A indústria automotiva voltou-se para o alumínio como material ideal para preparar chassis de carros. Portanto, é uma das maiores adotantes da tecnologia FSW. Métodos de soldagem convencionais não podem reproduzir peças de alta tolerância como as da FSW. Os tempos rápidos de soldagem da FSW também a tornam mais atraente do que outras formas de soldagem para alumínio.

Soldagem por Fricção e Mexa vs Soldagem por Fricção – A Diferença

Várias técnicas de soldagem usam fricção para gerar calor, e entre elas, a mais comum é a soldagem por fricção. Em um método típico de soldagem por fricção, o calor é gerado entre as duas peças de trabalho movendo uma peça de trabalho em relação à outra nas costuras.

A fricção entre as duas superfícies faz com que elas derretam e fundam.

No entanto, isso coloca uma limitação na soldagem por fricção quando se trata da configuração da peça de trabalho, pois ela deve ser capaz de mover uma peça de trabalho em alta velocidade através de movimento linear reciproco.

A soldagem por fricção e mexa supera esta limitação fixando as peças de trabalho no lugar e então movendo a ferramenta ao longo da costura, criando a solda no processo.

Vantagens da Soldagem por Fricção e Mexa

As vantagens da soldagem por fricção e mexa surgem de sua solda única onde não há uso de consumíveis ou técnicas de elemento de proteção. Isso dá as seguintes características à solda:

• A solda final é perfeita e estética
• Pode soldar ligas alheias à soldagem como as faixas de Alumínio 2xxx e 7xxx
• Processo totalmente automatizado
• Nenhuma forma de fluxo ou agente de proteção requerido
• Temperaturas de pico baixas previnem encolhimento e porosidade das trincas

Desvantagens da Soldagem por Fricção e Mexa

• Arranjo de fixação complicado ou especial requerido
• Cria um furo visível nas chapas de soldagem
• Alto custo inicial ou de configuração
• É menos flexível comparada ao processo de soldagem a arco
• A FSW não pode fazer juntas de enchimento
• Material não forjável não pode ser soldado