Soldagem por Fricção Explicada: Processo, Benefícios e Aplicações

O que é Soldagem por Fricção?

A soldagem por fricção é uma técnica de soldagem em estado sólido que solda peças de trabalho gerando calor através de fricção mecânica entre peças de trabalho em movimento relativo uma à outra, com a adição de uma força lateral chamada "upset" para deslocar plasticamente e fundir os materiais.

Como não ocorre fusão, a soldagem por fricção não é um processo de soldagem por fusão, mas uma técnica de soldagem em estado sólido mais parecida com soldagem de forja. A soldagem por fricção é usada com metais e termoplásticos em uma ampla variedade de aplicações de aviação e automotivas.

Na realidade, uma superfície aparentemente lisa consiste em muitas projeções microscópicas, chamadas asperezas. Quando uma superfície se move relativa a outra, estas asperezas interagem, gerando fricção, a força que resiste ao movimento entre duas ou mais superfícies interagentes.

A interação destas asperezas através de cedência elástica e plástica gera calor. A soldagem por fricção utiliza este fenômeno para aplicações de união. O movimento mecânico induzido da soldagem por fricção gera calor, causando os materiais a serem unidos a amolecer e tornar-se viscosos. Enquanto no estado amolecido, o movimento mecânico do processo mistura os materiais para criar uma ligação.

A maneira pela qual o calor de fricção e a mistura de material ocorrem é muito dependente do processo de soldagem por fricção utilizado, dos quais existem quatro processos primários: Soldagem por fricção e mexa (FSW), soldagem por ponto de fricção e mexa (FSSW), soldagem por fricção linear (LFW) e soldagem por fricção rotativa (RFW).

Como funciona a soldagem por fricção?

A FSW funciona usando uma ferramenta não consumível, que é rotacionada e mergulhada na interface de duas peças de trabalho. A ferramenta é então movida através da interface e o calor de fricção faz com que o material aqueça e amoleça.

A ferramenta rotativa então mistura mecanicamente o material amolecido para produzir uma ligação. A FSSW é uma variante da FSW e funciona rotacionando, mergulhando e retraindo uma ferramenta não consumível em duas peças de trabalho em configuração de junta de sobreposição para fazer uma solda de "ponto". Durante a FSSW não há percurso da ferramenta através das peças de trabalho.

A LFW e RFW não requerem uma ferramenta não consumível, ou seja, as peças de trabalho individuais a serem unidas são usadas para gerar o calor de fricção e mistura mecânica. A LFW funciona oscilando linearmente uma peça de trabalho relativa a outra enquanto sob força compressiva.

A fricção entre as superfícies oscilantes produz calor, causando o material da interface a amolecer e misturar mecanicamente. A RFW é similar à LFW exceto que as peças de trabalho são frequentemente redondas e são rotacionadas relativas uma à outra. Durante a LFW e RFW, as peças de trabalho tipicamente encurtam ("burn-off") na direção da força compressiva, formando o rebarba.

Durante o burn-off, contaminantes da interface, como óxidos e partículas estranhas, são expelidos para a rebarba. Uma vez livres de contaminantes, a mistura pura de metal com metal ocorre, resultando em uma ligação integral. Embora as temperaturas geradas durante a soldagem por fricção sejam muito quentes, o material permanece em condição de estado sólido (ou seja, nenhuma fusão ocorre).

Aplicações

A soldagem por fricção pode ser usada para construir melhores rolos industriais, tubos e eixos. O processo é frequentemente usado para fabricar estes subconjuntos para impressoras industriais, equipamentos de manuseio de materiais, bem como aplicações automotivas, aeroespaciais, marítimas e de petróleo.

Outros exemplos de componentes incluem engrenagens, tubos de eixo, linhas de transmissão, válvulas, hastes de pistão hidráulico, buchas de rolo de caminhão, eixos de bomba, brocas, bielas, etc.

Vantagens da Soldagem por Fricção

• Permite união de materiais dissimilares normalmente não compatíveis para soldagem por outros métodos de união
• Cria zona afetada pelo calor estreita
• Processo consistente e repetitivo de fusão completa de metal
• Preparação da junta é mínima – superfície serrada usada mais comumente
• Tempos de retorno mais rápidos – comparado ao longo tempo de espera de forjamentos, que atualmente são de 6 meses ou mais
• Aumenta muito a flexibilidade de design – escolha material apropriado para cada área de um tarugo
• Adequado para quantidades diversas – de protótipos únicos a produção de alto volume
• Nenhum fluxo, material de enchimento ou gases requeridos
• Processo ambientalmente amigável – nenhum fumo, gases ou fumaça gerados
• Processo de estado sólido – nenhuma possibilidade de porosidade ou inclusões de escória
• Cria tarugos como fundidos ou forjados – sem ferramentaria cara ou requisitos de quantidade mínima
• Reduz mão de obra de usinagem, reduzindo assim custos de ferramentas perecíveis enquanto aumenta a capacidade
• Soldagem de superfície completa dá resistência superior em áreas críticas
• Reduz custos de matéria-prima em aplicações bi-metálicos. Materiais caros são usados apenas onde necessário no tarugo

Desvantagens da soldagem por fricção

• Este processo usado apenas para barras redondas da mesma seção transversal
• Limitado a juntas de topo angulares e planas
• Custo de configuração é muito alto
• Preparação da peça de trabalho é difícil
• Material não forjável não pode ser soldado
• Só pode ser usado para peças menores de máquinas; peças grandes não são compatíveis com ele

Vídeo de Soldagem por Fricção