O que é soldagem por fricção? - Processo e aplicação

O que é soldagem por fricção?

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

Enquanto a ferramenta é atravessada ao longo da linha de junção, ela mistura mecanicamente as duas peças de metal e forja o metal quente e amolecido pela pressão mecânica, que é aplicada pela ferramenta, de maneira semelhante à união de argila ou massa.

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

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

Princípio de operação

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

O FSW é realizado com uma ferramenta cilíndrica rotativa que possui pino perfilado com diâmetro menor que o diâmetro do ressalto. Durante a soldagem, a ferramenta é alimentada em uma junta de topo entre duas peças de trabalho fixadas até que a sonda perfure a peça de trabalho e o ressalto toque a superfície das peças de trabalho.

A sonda é ligeiramente mais curta do que a profundidade de solda necessária, com o ressalto da ferramenta sobre a superfície de trabalho. Após um curto tempo de espera, a ferramenta é movida para frente ao longo da linha de junção na velocidade de soldagem predefinida.

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

À medida que a ferramenta é movida para a frente, um perfil especial na sonda força o material plastificado da face frontal para a parte 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

A soldagem por fricção usa uma ferramenta especialmente projetada que gira em alta velocidade sobre as costuras que precisam ser soldadas. À medida que a ferramenta gira sobre o metal, o calor é gerado entre eles. Este calor faz com que os metais se tornem plásticos e se fundam uns nos outros. A soldagem por fricção é capaz de soldar dois tipos de juntas:

• Juntas sobrepostas
• Juntas de topo

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

O pino é primeiro perfurado na costura. Em seguida, o ombro gira em cima da peça de trabalho por um determinado período de tempo até que uma temperatura ideal seja alcançada e absorvida pelos materiais.

Em seguida, a ferramenta se move pela costura, o que cria uma solda contínua. Isso é possível devido ao aquecimento volumétrico produzido pela ferramenta e à mistura das partículas metálicas pelo pino perfilado. É do pino perfilado que entra no espaço de trabalho, onde recebe o nome de “Stir”, pois o pino está literalmente mexendo as partículas amolecidas para fundi-las.

Aplicações de soldagem por fricção

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 suas variantes A soldagem por fricção e o processamento por fricção 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 encontra aplicação em uma ampla variedade de indústrias que usam alumínio.

Construção naval: O FSW foi usado pela primeira vez para soldar painéis ocos de alumínio para barcos de pesca. Hoje, essa técnica de soldagem é comum na soldagem de painéis de freezers de alumínio usados ​​na carroceria e no casco de navios. Como o FSW cria distorção mínima, os painéis de alumínio mantêm sua forma mesmo com soldas longas.

Aeroespacial: Tanques de combustível de alumínio usados ​​em naves espaciais para armazenar oxigênio criogênico utilizam FSW. A técnica de junção solda as cúpulas à estrutura cilíndrica que compõe esses tanques de combustível. A Boeing usou o FSW no Módulo Interstage de um foguete Delta II que teve uma decolagem bem-sucedida em agosto de 1999.

O FSW também é utilizado para unir estruturas leves de alumínio vistas na fuselagem da aeronave. Isso ocorre porque a técnica oferece uma alternativa muito mais leve para aparafusar ou rebitar.

Ferrovia: A soldagem por fricção e agitação encontra seu uso em perfis ocos e extrusões de reforço em T para a fabricação de trens de alta velocidade.

Indústria automotiva: A indústria automotiva se voltou para o alumínio como o material ideal para a preparação de chassis de automóveis. Por isso, é um dos principais adotantes da tecnologia FSW. Os métodos convencionais de soldagem não podem reproduzir peças de alta tolerância como a do FSW. Os tempos de soldagem rápidos do FSW também o tornam mais atraente do que outras formas de soldagem para alumínio.

A fricção estimula a soldagem versus a soldagem por fricção – a diferença

Diversas técnicas de soldagem utilizam a fricção para gerar calor, e dentre 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, movendo uma peça em relação à outra nas costuras.

O atrito entre as duas superfícies faz com que elas derretam e se 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 altas velocidades através de movimentos lineares alternativos.

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

Vantagens da soldagem por fricção

As vantagens da soldagem por fricção e agitação surgem de sua solda exclusiva onde não há uso de consumíveis ou técnicas de elementos de blindagem. Isso dá as seguintes características à solda:

• A solda acabada é perfeita e estética
• Pode soldar ligas que de outra forma seriam difíceis de manejar, como a linha de alumínio 2xxx e 7xxx
• Processo totalmente automatizado
• Não é necessário nenhum tipo de fluxo ou agente de proteção
• Baixas temperaturas de pico evitam o encolhimento e a porosidade das rachaduras

Desvantagens da soldagem por fricção

• É necessário um arranjo de fixação complicado ou especial.
• Cria um furo visível nas chapas de solda.
• Alto custo inicial ou de configuração.
• É menos flexível em comparação com o processo de soldagem a arco.
• O FSW não pode fazer juntas de enchimento.
• Material não forjável não pode ser soldado.