O que é soldagem por fricção? - Trabalho e aplicação

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 por meio de atrito mecânico entre peças de trabalho em movimento relativo umas às outras, com a adição de uma força lateral chamada “inclinação” 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 a soldagem por forja. A soldagem por fricção é usada com metais e termoplásticos em uma ampla variedade de aplicações aeronáuticas e automotivas.

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

A interação dessas asperezas através do escoamento elástico e plástico gera calor. A soldagem por fricção utiliza esse fenômeno para aplicações de união. O movimento mecânico induzido da soldagem por fricção gera calor, fazendo com que os materiais a serem unidos amoleçam e se tornem viscosos. Enquanto no estado amolecido, o movimento mecânico do processo mistura os materiais para criar uma ligação.

A maneira pela qual ocorre a mistura de calor e material por fricção depende muito do processo de soldagem por fricção utilizado, dos quais existem quatro processos principais:soldagem por fricção (FSW), soldagem por fricção por pontos (FSSW), soldagem por fricção linear (LFW) e soldagem por fricção rotativa (RFW).

Como funciona a soldagem por fricção?

O FSW funciona usando uma ferramenta não consumível, que é girada e mergulhada na interface de duas peças. 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. O FSSW é uma variante do FSW e funciona girando, mergulhando e retraindo uma ferramenta não consumível em duas peças de trabalho em uma configuração de junta sobreposta para fazer uma solda “ponto”. Durante o FSSW não há deslocamento da ferramenta pelas peças.

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

O atrito entre as superfícies oscilantes produz calor, fazendo com que o material de interface amoleça e se misture mecanicamente. O RFW é semelhante ao LFW, exceto que as peças geralmente são redondas e giradas uma em relação à outra. Durante LFW e RFW as peças de trabalho normalmente encurtam (“burn-off”) na direção da força de compressão, formando o flash.

Durante a interface de queima, contaminantes, como óxidos e partículas estranhas, são expelidos para o flash. Uma vez livre de contaminantes, ocorre a mistura de metal puro com metal, resultando em uma ligação integral. Embora as temperaturas geradas durante a soldagem por fricção sejam muito quentes, o material permanece em estado sólido (ou seja, não ocorre fusão).

Aplicativos

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

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, hastes de conexão, etc.

Vantagens da soldagem por fricção

• Permite a união de materiais diferentes normalmente não compatíveis para soldagem por outros métodos de união.
• Cria uma zona estreita e afetada pelo calor
• Processo consistente e repetitivo de fusão completa de metal
• A preparação da junta é mínima – a superfície de corte com serra é mais comumente usada
• Tempos de retorno mais rápidos – comparados ao longo prazo de entrega dos forjados, que atualmente são de 6 meses ou mais.
• Aumenta bastante a flexibilidade do design – escolha o material apropriado para cada área de uma peça em branco
• Adequado para diversas quantidades - desde protótipos únicos até produção de alto volume
• Não são necessários fluxos, material de enchimento ou gases
• Processo ecologicamente correto – sem geração de fumaça, gases ou fumaça
• Processo de estado sólido – sem possibilidade de porosidade ou inclusões de escória
• Cria peças em bruto fundidas ou forjadas - sem ferramentas caras ou requisitos de quantidade mínima
• Reduz a mão de obra de usinagem, reduzindo assim os custos de ferramentas perecíveis e aumentando a capacidade
• A solda de superfície total oferece resistência superior em áreas críticas
• Reduz os custos de matéria-prima em aplicações bimetálicas. Materiais caros são usados ​​apenas quando necessário no espaço em branco.

Desvantagens da soldagem por fricção

• Esse processo é usado apenas para barras redondas da mesma seção transversal.
• Limitado a juntas de topo angulares e planas.
• O custo de configuração é muito alto.
• A 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