Solda por Fricção e Mexida (FSW) Explicada: Processo, Benefícios e Aplicações

O Que é Solda por Fricção e Mexida?

A solda por fricção e mexida (FSW) é um processo de união em estado sólido que usa calor de fricção gerado por uma ferramenta rotativa para unir duas peças frente a frente sem fundir o material da peça. O calor é gerado por fricção entre a ferramenta rotativa e o material da peça, 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 como unindo argila ou massa.

É usada 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 doce, aço inoxidável e ligas de magnésio.

Mais recentemente, foi usada com sucesso na soldagem de polímeros. Além disso, a união de metais diferentes, como alumínio a ligas de magnésio, foi recentemente alcançada por FSW. A aplicação de 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 fixadas até que o pino perfure a peça e o ombro toque a superfície das peças.

O pino é ligeiramente mais curto que a profundidade de solda requerida, com o ombro da ferramenta cavalgando sobre a superfície da peça. Após um curto tempo de permanência, 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. 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 fundir.

À medida que a ferramenta é movida para frente, um perfil especial no pino força material plastificado da face dianteira para a traseira, onde as altas forças auxiliam em uma consolidação forjada da solda.

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

O Processo de Solda por Fricção e Mexida

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

• Juntas de sobreposição (Lap Joints)
• Juntas de topo (Butt joints)

A ferramenta usada para solda por fricção e mexida 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. Então, o ombro gira no topo da peça por um certo tempo até que uma temperatura ótima seja atingida e absorvida nos materiais.

Então, a ferramenta move-se através da costura, o que cria 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 onde obtém o nome "Mexida" (Stir) pois o pino está literalmente mexendo as partículas amolecidas para fundi-las.

Aplicações da Solda por Fricção e Mexida

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

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

Construção Naval: 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 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.

FSW também é utilizada para unir estruturas de alumínio leves vistas na fuselagem de aeronaves. Isso é porque a técnica oferece uma alternativa muito mais leve a parafusos ou rebites.

Ferroviária: A solda por fricção e mexida encontra seu uso em perfis ocos e extrusões com reforço 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 de FSW. Os tempos rápidos de solda de FSW também a tornam mais atraente que outras formas de soldagem para alumínio.

Solda por Fricção e Mexida vs Solda por Fricção – A Diferença

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

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

No entanto, isso coloca uma limitação na solda por fricção quando se trata da configuração da peça, pois ela deve ser capaz de mover uma peça em altas velocidades através de movimento linear recíproco.

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

Vantagens da Solda por Fricção e Mexida

As vantagens da solda por fricção e mexida 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 altrativamente não soldáveis como as gamas 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 de trincas

Desvantagens da Solda por Fricção e Mexida

• Arranjo de fixação complicado ou especial requerido.
• Cria um furo visível nas chapas de soldagem.
• Custo inicial ou de configuração alto.
• É menos flexível comparado a processo de solda a arco.
• FSW não pode fazer juntas de adição.
• Material não forjável não pode ser soldado.