Solda por Fricção Explicada: Como Funciona e Principais Aplicações

O Que é Solda por Fricção?

A solda por fricção é uma técnica de soldagem em estado sólido que solda peças gerando calor através de fricção mecânica entre peças 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 solda por fricção não é um processo de soldagem por fusão, mas uma técnica de soldagem em estado sólido mais parecida com forja. A solda 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 resistindo ao movimento entre duas ou mais superfícies interagindo.

A interação destas asperezas através de cedência elástica e plástica gera calor. A solda por fricção utiliza este fenômeno para aplicações de união. O movimento mecânico induzido da solda 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 o calor de fricção e a mistura de material ocorrem é muito dependente do processo de solda por fricção utilizado, dos quais existem quatro processos primários: Solda por fricção e mexida (FSW), solda por ponto por fricção e mexida (FSSW), solda por fricção linear (LFW) e solda por fricção rotativa (RFW).

Como a Solda por Fricção Funciona?

FSW funciona usando uma ferramenta não consumível, que é rotacionada 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. FSSW é uma variante de FSW e funciona rotacionando, mergulhando e retraindo uma ferramenta não consumível em duas peças em configuração de junta de sobreposição para fazer uma solda de "ponto". Durante FSSW não há travessia da ferramenta através das 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. LFW funciona oscilando linearmente uma peça relativa a outra enquanto sob força compressiva.

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

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

Aplicações

A solda 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 Solda por Fricção

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

Desvantagens da Solda 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 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 Solda por Fricção