A solda por fricção ou FSW é um processo de soldagem por contato que utiliza o calor gerado pela fricção para fundir dois materiais diferentes. Essa técnica de junção não usa nenhum material de consumo no processo.
Uma das principais vantagens de usar a solda por fricção é a melhoria da estética que as peças acabadas têm quando comparadas com outros métodos de soldagem.
A solda por fricção foi desenvolvida e patenteada pelo TWI (The Welding Institute) em 1991. Desde então, inúmeras indústrias usam essa técnica de soldagem devido às suas características únicas.
O processo de fricção
A solda por fricção usa uma ferramenta especialmente projetada que gira em altas velocidades sobre as costuras que precisam ser soldadas. Quando a ferramenta gira sobre o metal, gera calor entre eles.
Esse calor faz com que os metais se tornem maleáveis e se fundam uns nos outros. A soldagem por fricção é capaz de soldar dois tipos de juntas:
- Junções de volta
- Juntas de topo
A ferramenta usada para soldagem por fricção tem duas partes. Uma parte cilíndrica chamada ressalto que gira na costura e um pino perfilado que se estende desde o ressalto.
O pino é perfurado pela primeira vez na costura. Então, o ressalto gira na parte superior da peça de trabalho por um determinado período de tempo até que uma temperatura ótima seja alcançada e absorvida nos 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 de metal pelo pino perfilado.
É do pino perfilado que entra no espaço de trabalho onde recebe o nome – stir – “Agitar”, pois o pino está literalmente mexendo as partículas amolecidas para fundi-las.
O TWI detalhou como o processo de soldagem ocorre quando a ferramenta se move sobre dois materiais.
À medida que as superfícies de contato se aquecem, três tipos de recobertas se formam dentro dos materiais – um ponto de solda, TMAZ ou zona afetada termomecanicamente e zona de HAZ ou afetada pelo calor.
Na soldagem por fricção, a pepita de solda sofre recristalização dinâmica. Em termos simples, os grãos microestruturais do metal crescem ao mesmo tempo quando o metal sofre deformação.
Isso leva a um vínculo muito melhor, ainda mais do que o que é possível com a soldagem a arco.
Fricção, agitação, soldagem vs fricção, soldagem – a diferença
Diversas técnicas de soldagem utilizam o atrito para gerar calor, e entre elas, a mais comum é a soldagem por fricção. Em um método típico de soldagem por fricção, o calor gera entre as duas peças de trabalho movendo uma peça de trabalho em relação a outra nas costuras.
O atrito entre as duas superfícies faz com que elas derretam e se fundam.
No entanto, isso limita a soldagem por fricção quando se trata da configuração da peça de trabalho, já que ela deve ser capaz de mover uma peça de trabalho em altas velocidades através de movimentos alternativos lineares.
A soldagem por fricção supera essa limitação, fixando as peças de trabalho no local e, em seguida, movendo a ferramenta ao longo da emenda, criando a solda no processo.
Vantagens da soldagem por fricção
As vantagens da soldagem por fricção resultam de sua solda única, onde não há uso de materiais consumíveis ou técnicas de elementos de blindagem. Isto dá as seguintes características à solda:
- A solda acabada é perfeita e estética
- Ele pode soldar ligas não soldáveis, como as de alumínio 2xxx e 7xxx
- Processo totalmente automatizado
- Nenhuma forma de fluxo ou agente de proteção é necessária
- Baixas temperaturas de pico evitam o encolhimento e a porosidade das rachaduras
- Limitações da soldagem por fricção
Ao contrário de outras ferramentas de soldagem, a ferramenta usada na soldagem por fricção tem que fornecer ação de forjamento para as peças de trabalho, além de aquecê-las. Portanto, a ferramenta deve suportar cargas significativas e não deve produzir desgaste excessivo.
Esta é uma das razões pelas quais os atritos não são usados comumente em aço ou metais duros. Além disso, um buraco será deixado para trás pelo pino perfilado quando ele sai da peça de trabalho.
A soldagem por agitação é usada principalmente para soldar alumínio e pode soldar quase todos os tipos de alumínio, até mesmo as ligas modernas de Al-Li. A razão pela qual é restrito ao alumínio é porque as soldas de alumínio podem acontecer em temperaturas de pico relativamente baixas.
Aplicações de soldagem por fricção
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 de alumínio ocos para barcos de pesca. Hoje, essa técnica de soldagem é comum na soldagem de painéis de congelador de alumínio usados no corpo e casco dos 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 união 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 juntar estruturas de alumínio leves vistas na fuselagem da aeronave. Isso ocorre porque a técnica oferece uma alternativa muito mais leve a parafusos ou rebites.
Ferrovia: a soldagem por fricção 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 tornou 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 de soldagem convencionais não podem reproduzir peças de alta tolerância, como a FSW. Os rápidos tempos de soldagem do FSW também o tornam mais atraente do que outras formas de soldagem de alumínio.
FSW ou Friction Stir Welding é um dos tipos mais exclusivos de métodos de soldagem disponíveis atualmente. Produz soldas muito fortes sem comprometer o peso ou a estética.
Dentro do ecossistema de soldagem, a solda por fricção se destaca como um candidato único.
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