O que é soldagem de agitação de fricção

Soldagem por fricção^[1](FSW) é uma técnica de soldagem versátil que utiliza o calor gerado por atrito entre uma ferramenta de soldagem rotativa e a peça de trabalho para plastificar localmente o material soldado.À medida que a ferramenta se move ao longo da interface de soldagem, o material plastificado flui da frente da ferramenta para a parte traseira, formando uma solda compacta de fase sólida sob a extrusão da ferramenta.

A FSW é capaz de soldar materiais espessos, como alumínio, aço e titânio, em um único passe sem induzir altos níveis de estresse térmico, tornando -o especialmente adequado para indústrias que exigem soldas fortes e duráveis, como fabricação aeroespacial e automotiva.

[^1]: A definição de FSW pelo pesquisador científico

Quem inventou a soldagem de fricção?

A Soldagem por Ficção (FSW) foi inventada pelo Instituto de Soldagem (TWI) em 1991, desenvolvido principalmente pelo professor Wayne Thomas e sua equipe.O desenvolvimento dessa tecnologia foi impulsionado pela crescente demanda nas indústrias aeroespacial e automotiva para soldar materiais de alta resistência, como ligas de alumínio, que eram propensas a defeitos como porosidade e rachaduras quando soldadas usando métodos convencionais. O FSW resolveu esses problemas usando uma ferramenta de soldagem rotativa de alta velocidade para gerar calor de atrito, que suaviza o material sem derreter, permitindo uma solda de estado sólido.

História do desenvolvimento

•  Início dos anos 90: A tecnologia FSW foi desenvolvida e inicialmente aplicada à soldagem da liga de alumínio, especialmente ganhando amplo uso na indústria aeroespacial.
•  1997: A NASA adotou a tecnologia FSW na fabricação do tanque de combustível externo do ônibus espacial, demonstrando suas capacidades para aplicações aeroespaciais críticas.
•  2000s: A tecnologia FSW se expandiu para a indústria automotiva, particularmente na soldagem das partes do corpo da liga de alumínio leve, levando a avanços significativos no campo.
•  2010s: Com melhorias no design de ferramentas, controle de processos e tecnologia de automação, a FSW viu aplicativos mais amplos, especialmente em ambientes de produção de alto volume.
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Como o fricção agita a soldagem e os processos?

Soldagem por fricção funciona^[1]Utilizando o calor produzido a partir do atrito entre a ferramenta rotativa e o material que está sendo soldado. O processo envolve vários componentes -chave:

A ferramenta de soldagem está no centro do processo FSW. Consiste em dois componentes principais: um pino rotativo e um ombro.

O pino é tipicamente cilíndrico ou rosqueado, e é a parte da ferramenta que é inserida diretamente no material a ser soldada. O ombro, que circunda o alfinete, ajuda a gerar calor adicional através do atrito, pois entra em contato com a superfície do material.

• -Alfinete: O pino é responsável por criar a ação de agitação mecânica necessária para misturar o material na junta. Ele também gera uma quantidade significativa de calor na interface entre os materiais que estão sendo unidos. O design do pino pode variar dependendo do aplicativo de soldagem. Em alguns casos, pode ser rosqueado para aumentar o fluxo de calor e material de atrito.

• -Ombro: O ombro desempenha um papel importante na espalhamento do calor e no fornecimento de atrito extra. À medida que a ferramenta gira, o ombro esfrega contra a superfície da peça de trabalho, garantindo que o material na articulação seja macio o suficiente para misturar sem causar derretimento.

Essas ferramentas geralmente são feitas de materiais duráveis ​​e de alta resistência, como a aço da ferramenta ou o tungstênio, para suportar o atrito intenso e o calor gerados durante o processo.

2. Geração de calor

 

A chave do FSW é o calor gerado pelo atrito entre o pino rotativo e o material da peça de trabalho. À medida que a ferramenta gira em alta velocidade, o calor de atrito é produzido na interface da ferramenta e do material.

Esse calor está concentrado nas imediações da ferramenta, elevando a temperatura do material até o ponto em que fica plastificado, mas não derrete.

Esta é uma distinção crucial dos métodos tradicionais de soldagem. Enquanto a maioria das técnicas de soldagem depende de derreter os materiais para se juntar a eles, a FSW opera em um processo de estado sólido. Os materiais nunca atingem seu ponto de fusão, o que minimiza o risco de defeitos como porosidade, rachaduras e encolhimento que são comuns nas soldas fundidas tradicionais.

Na maioria das aplicações de FSW, o material é aquecido a temperaturas entre 60% e 90% de seu ponto de fusão, dependendo do material soldado. Isso garante que o material permaneça sólido, mas se torne maleável o suficiente para fluir e se unir.

3. Fluxo de material

Quando o material atinge a plasticidade desejada, a ferramenta rotativa avança ao longo da junta de solda. À medida que a ferramenta avança, o material amolecido é empurrado da frente do pino para a parte traseira, criando um fluxo de material que preenche a junta. Esse movimento do material é essencial para o processo de soldagem, pois ajuda a "mexer" as peças de trabalho, garantindo que elas sejam uniformemente misturadas no nível molecular.

•  Fluxo dianteiro para traseiro: O material próximo ao pino da ferramenta é suavizado pelo atrito e agitado à medida que a ferramenta se move. Isso permite que o material flua em direção à parte traseira da ferramenta. O movimento contínuo garante que a articulação seja mista e consolidada, criando uma solda uniforme.

•  Solidificação: À medida que a ferramenta continua a se mover, o material por trás do pino começa a esfriar e solidificar, formando uma ligação forte. A zona afetada pelo calor (HAZ) da solda, localizada nos dois lados da articulação da solda, experimenta alterações mínimas na microestrutura, o que leva a uma solda livre dos defeitos comuns associados aos métodos de soldagem fundida.

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[^1]: Aprenda sobre o processo técnico em soldagem de agitação, que o diferencia dos métodos tradicionais de soldagem.

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Vantagens e desvantagens de soldagem de agitação de fricção

Vantagens do FSW

A soldagem de fricção oferece inúmeros benefícios, especialmente quando materiais de soldagem como alumínio, titânio e certos aços. Aqui estão algumas vantagens importantes:

•  Zona mínima afetada pelo calor (HAZ)^[1]: O processo gera menor calor em comparação com a soldagem convencional, o que significa que a microestrutura na zona afetada pelo calor (HAZ) permanece praticamente inalterada.
•  Baixo estresse residual^[2]: Como o material não é submetido a altas temperaturas e resfriamento rápido, há estresse residual mínimo, reduzindo as chances de distorção ou rachaduras.
•  Nenhum material de enchimento necessário: Ao contrário da soldagem tradicional, a FSW não requer fio de preenchimento, reduzindo os custos e resíduos do material.
•  Sem gás de blindagem: O FSW não requer gás de proteção externa, reduzindo ainda mais os custos e simplificando o processo de soldagem.
•  Solda materiais diferentes: O FSW pode ser usado para soldar materiais diferentes, o que geralmente é um desafio nas técnicas convencionais de soldagem. É particularmente benéfico para unir materiais propensos a rachaduras quando soldados com métodos tradicionais.
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Desvantagens do FSW

Embora a FSW ofereça muitas vantagens, também existem vários desafios que devem ser considerados ao usar esta técnica:

•  Rigidez do equipamento: As peças de trabalho devem ser fixadas com segurança no lugar durante o processo para evitar qualquer movimento que possa afetar a qualidade da solda.
•  Formação do buraco da fechadura: No final da solda, é formado um buraco de fechadura, o que pode exigir soldagem ou vedação adicional.
•  Seleção de material limitado: Projeto de ferramenta e parâmetros de processo geralmente são limitados a ligas específicas. O FSW pode não ser ideal para certos materiais sem mais pesquisas ou modificação de ferramentas e técnicas.
•  Velocidade de solda: Em alguns casos, a velocidade de soldagem é mais lenta em comparação com outros métodos de soldagem, especialmente quando as placas mais grossas de soldagem ou grandes áreas em um único passe.
•  Desgaste da ferramenta: A ferramenta de soldagem pode se desgastar rapidamente devido ao atrito envolvido, levando a maiores custos de manutenção.
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[^1]: Entendendo qual é a zona mínima afetada pelo calor em FSW
[^2]: Entendendo qual é o estresse residual

Qual é a diferença entre fricção e soldagem de fricção?

A soldagem por fricção e a soldagem de fricção são processos de estado sólido que usam calor gerado por atrito para unir materiais. No entanto, existem diferenças importantes entre os dois métodos:

01

Soldagem por fricção (FW)

Na soldagem de fricção, duas peças de trabalho são giradas uma contra a outra sob pressão até gerar calor suficiente para se juntar. O material é aquecido a um estado fundido, fazendo com que ele se fundisse. O processo é comumente usado para unir peças cilíndricas.

02

Soldagem por agitação de fricção (FSW)

O FSW usa uma ferramenta rotativa para mexer o material sem causar derretimento. É usado para unir materiais em um estado sólido, levando a melhores propriedades mecânicas e uma estrutura de grão mais fina. O FSW é mais versátil e adequado para unir peças de trabalho maiores ou mais complexas.

Conclusão

A soldagem de fricção é uma técnica de soldagem avançada e eficiente que fornece soldas duráveis ​​de alta qualidade, tornando-o ideal para indústrias como aeroespacial, automotiva e construção naval. Embora tenha algumas limitações, suas vantagens, incluindo baixo estresse residual e a capacidade de soldar materiais difíceis, tornam -a uma solução confiável. À medida que a tecnologia evolui, as aplicações da FSW devem crescer, tornando -se um método essencial na fabricação futura.