A soldagem por fricção é um método de soldagem por pressão que utiliza o calor gerado pelo atrito mútuo durante o movimento relativo das superfícies das extremidades de contato das soldagens para obter uma conexão confiável de materiais. O processo de soldagem envolve a aplicação de pressão, induzindo atrito entre os materiais a serem soldados, levando ao aumento da temperatura na interface e nas áreas próximas, atingindo finalmente um estado termoplástico. Sob a influência da força perturbadora, o filme de óxido da interface é quebrado, e o material sofre deformação plástica e fluxo, formando juntas através da difusão dos elementos da interface e reações metalúrgicas de recristalização. É importante ressaltar que este processo de soldagem não necessita de metal de adição, fluxo ou gás de proteção, e todo o procedimento pode ser concluído em apenas alguns segundos.
O atrito relativo induzido por alta pressão entre as superfícies dos dois componentes soldados em altas velocidades resulta em dois efeitos:
- Elimina a película de óxido ou quaisquer outras camadas contaminantes da superfície da junta, revelando o metal limpo.
- Gera calor e forma rapidamente uma camada termoplástica na superfície articular. Sob o subsequente torque de fricção e pressão axial, esses óxidos quebrados e parte da camada plástica são extrudados para fora da superfície da junta para formar rebarbas, e o metal plasticamente deformado restante constitui o metal de solda. O recalque final permite que o metal de solda seja ainda mais forjado, resultando em uma junta soldada de boa qualidade.
Pode-se observar no processo de soldagem que a junta de soldagem por fricção é formada abaixo do ponto de fusão do metal a ser soldado, portanto, a soldagem por fricção é um método de soldagem no estado sólido.
A soldagem por fricção pode ser categorizada em vários tipos com base nos distintos modos de movimento dos componentes soldados.
- A soldagem gira em torno do eixo e pode ser dividida em soldagem por fricção de acionamento direto e soldagem por fricção inercial
- A soldagem não se move e pode ser dividida em soldagem por fricção radial e soldagem por fricção
- Outros movimentos e podem ser divididos em superfície de fricção, soldagem por fricção linear e soldagem por fricção orbital
Soldagem por fricção de acionamento direto
Este é um tipo comum de soldagem por fricção. Durante o processo de soldagem, a peça é continuamente acionada pelo motor do fuso e gira a uma velocidade constante. Até que o tempo de atrito especificado ou a deformação por atrito seja alcançado, a peça de trabalho para imediatamente de girar e é virada para cima para soldagem.
Soldagem por fricção por inércia
A extremidade rotativa da peça de trabalho é fixada no volante. No início do processo de soldagem, o volante e a extremidade giratória da peça são primeiro acelerados até uma determinada velocidade e, em seguida, o volante é desconectado do motor principal. Ao mesmo tempo, a extremidade móvel da peça de trabalho avança e o aquecimento por fricção começa após o contato da peça de trabalho. Durante o processo de aquecimento da soldagem por fricção, o volante é freado pelo torque de fricção e sua velocidade de rotação diminui gradativamente. Quando a velocidade de rotação chega a zero, o processo de soldagem termina.
Soldagem por Fricção Radial
Um anel chanfrado é fixado nas superfícies finais de dois tubos com chanfros opostos. No processo de soldagem por fricção, o anel sofre rotação e o atrito radial é exercido nas duas extremidades do tubo. Após a conclusão da fase de fricção, a rotação do anel é interrompida e uma pressão perturbadora é aplicada.
Soldagem por fricção
O princípio de funcionamento da soldagem por fricção é o seguinte: uma ferramenta rotativa FSW de um determinado formato, feita de material duro resistente a altas temperaturas, é girada profundamente na borda onde os dois materiais a serem soldados são conectados, e a cabeça de agitação é ajustada e girado.Uma grande quantidade de calor friccional é gerada na borda de conexão das duas soldagens, resultando em uma zona de amolecimento metal-plástico na conexão. Esta zona plástica de amolecimento é agitada e comprimida sob a ação da cabeça agitadora.À medida que a ferramenta de pino gira, ela flui para trás ao longo da solda para formar um fluxo de metal plástico e é extrudada durante o processo de resfriamento após a cabeça agitadora sair para formar uma junta soldada em fase sólida.
Superfície de fricção
A superfície de fricção é um método de soldagem de estado sólido onde um revestimento ou camada de material é depositado em um substrato utilizando calor e pressão gerados por fricção. Este processo é utilizado para melhorar as propriedades superficiais de um material ou criar uma camada protetora com as características desejadas. Normalmente, inclui a utilização de uma haste ou fio rotativo consumível que entra em contato com o material do substrato, levando à geração de calor de fricção significativo.
Soldagem por Fricção Linear
Uma das duas peças destinadas à soldagem permanece estacionária, enquanto a outra se move reciprocamente a uma velocidade específica, ou ambas as peças alternam entre si. Através da aplicação de pressão, o atrito na interface entre as duas peças gera calor, facilitando assim o processo de soldagem.
Soldagem por Fricção Linear
Uma das duas peças destinadas à soldagem permanece estacionária, enquanto a outra se move reciprocamente a uma velocidade específica, ou ambas as peças alternam entre si. Através da aplicação de pressão, o atrito na interface entre as duas peças gera calor, facilitando assim o processo de soldagem.
Soldagem por fricção orbital
A soldagem por fricção orbital é um método de soldagem recentemente desenvolvido, usado principalmente para soldar peças de seção transversal não circular.
Na soldagem por fricção de órbita linear, a peça segue uma órbita linear específica com amplitude e frequência definidas. Isto garante que a velocidade de vibração atinja o valor necessário, permitindo que a superfície de soldagem sofra vibração e fricção repetitivas e relativas.
Cada partícula da peça de trabalho na soldagem por fricção em órbita circular se move em relação à superfície de soldagem ao longo de uma órbita circular com raio e velocidade de rotação consistentes. Assim que a junta atinge a temperatura de soldagem, o movimento de fricção da peça cessa e o processo de soldagem começa.
Em resumo, ao longo de todo o processo de soldagem por fricção, a superfície metálica destinada à soldagem sofre uma progressão de aquecimento por fricção de baixas para altas temperaturas. Ele experimenta transformações contínuas envolvendo deformação plástica, escavação mecânica, adesão e conexão molecular. Isso resulta na formação de uma camada de deformação plástica por fricção de alta velocidade, onde se concentram os fenômenos de geração, deformação e difusão de calor durante a soldagem por fricção. Nas etapas de estacionamento e processo de soldagem perturbadora, a camada deformada na superfície de atrito e o metal na zona de alta temperatura são parcialmente esmagados e expelidos. O metal de solda é então forjado, levando à criação de uma junta soldada de alta qualidade.
características do processo de soldagem por fricção
- Curto tempo de construção de soldagem e alta eficiência de produção
- A deformação da soldagem causada pelo ciclo térmico de soldagem é pequena, a precisão dimensional pós-soldagem é alta e não há necessidade de correção de deformação pós-soldagem e alívio de tensão.
- Alto grau de mecanização e automação, qualidade de soldagem estável. Quando as condições de soldagem são dadas, a operação é simples e não requer técnicos especiais de soldagem.
- Adequado para soldagem de vários materiais diferentes. Pode soldar aço-alumínio, cobre-alumínio, cobre-titânio, aço composto intermetálico, etc. que não podem ser soldados sob fusão convencional.
- Pode conseguir soldagem de hastes e tubos do mesmo diâmetro ou de diâmetros diferentes
- Nenhuma fumaça, luz de arco, gases nocivos, etc. são produzidos durante a soldagem e o meio ambiente não é poluído. Ao mesmo tempo, em comparação com a soldagem flash, a energia elétrica é economizada 5-10 vezes.
No entanto, a soldagem por fricção também apresenta as seguintes desvantagens e limitações:
- É difícil soldar secções transversais não circulares e requer equipamento complicado; também é difícil soldar peças finas em forma de disco e acessórios para tubos de paredes finas porque são difíceis de fixar.
- É difícil conseguir soldagem por fricção para componentes cuja forma e posição de montagem foram determinadas.
- As juntas são propensas a rebarbar e devem ser usinadas após a soldagem.
- A peça de fixação está sujeita a arranhões ou marcas de fixação
A soldagem por fricção, caracterizada por sua alta qualidade, eficiência, conservação de energia e respeito ao meio ambiente, está progressivamente ganhando ampla adoção em setores industriais novos e tradicionais. Isso inclui aviação, aeroespacial, energia nuclear, armamento, automotivo, geração de energia, desenvolvimento oceânico e fabricação de máquinas.
Aeroespacial: motores de aeronaves, peças de virabrequim de motores de combustão interna
Fabricação de automóveis: rodas, tirantes, válvulas de escape, rotores
