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O que é a soldadura por fricção de alumínio?

P – Já ouvi falar de um processo de soldadura chamado Friction Stir Welding. Aparentemente, é bastante novo e é um processo particularmente bom para soldar alumínio. Pode me dar algumas informações sobre este processo e os tipos de aplicações para as quais ele é utilizado?

A – Inventado em 1991, o processo de soldagem por fricção (FSW) foi desenvolvido no, e é patenteado pelo The Welding Institute (TWI) em Cambridge, Reino Unido. As primeiras máquinas de soldadura por fricção construídas e comercialmente disponíveis foram produzidas pela ESAB Welding and Cutting Products na sua fábrica de equipamentos em Laxa, Suécia. O desenvolvimento deste processo foi uma mudança significativa em relação aos processos convencionais de soldadura por movimento rotativo e por fricção recíproca linear. Proporcionou uma grande flexibilidade dentro do grupo do processo de soldadura por fricção.

O processo convencional de soldagem por fricção rotativa requer que pelo menos uma das peças a serem unidas seja girada e tem a limitação prática de unir componentes de forma regular, preferencialmente circulares em secção transversal e limitados no seu comprimento. Os tubos curtos ou barras redondas do mesmo diâmetro são um bom exemplo.

O processo de reciprocidade linear também exige o movimento das peças a serem unidas. Este processo utiliza um movimento em linha reta entre as duas partes para gerar o atrito. A regularidade das peças a serem unidas não é tão necessária com este processo; no entanto, o movimento da peça durante a soldagem é essencial.

A limitação óbvia de ambos os processos é o desenho da junta e a restrição da geometria dos componentes. Pelo menos uma das peças a serem unidas deve ter um eixo de simetria e ser capaz de ser girada ou movida em torno desse eixo.

Soldadura por fricção (FSW) é capaz de fabricar juntas de topo ou de colo, em uma ampla gama de espessuras e comprimentos de materiais. Durante a FSW, o calor é gerado pela fricção de uma ferramenta não consumível no substrato destinado à união e pela deformação produzida pela passagem de uma ferramenta através do material a ser unido. A ferramenta rotativa cria um aquecimento volumétrico, de modo que à medida que a ferramenta progride, é criada uma junta contínua. A FSW, como outros tipos de soldas por fricção, é em grande parte de estado sólido por natureza. Como resultado, as soldas por fricção não são suscetíveis a defeitos relacionados à solidificação que podem dificultar outros processos de soldagem por fusão. O processo FSW é diagramado na fig. 1. As peças destinadas à união são normalmente dispostas em uma configuração de topo. A ferramenta rotativa é então colocada em contato com as peças de trabalho. A ferramenta tem dois componentes básicos: o apalpador, que se projeta da superfície inferior da ferramenta, e o ombro, que tem um diâmetro relativamente grande. O comprimento do apalpador é normalmente concebido de forma a corresponder estreitamente à espessura das peças de trabalho. A soldadura é iniciada ao mergulhar primeiro o apalpador rotativo nas peças de trabalho até o ombro estar em estreito contacto com a superfície superior do componente. O calor de fricção é gerado à medida que o ombro rotativo esfrega na superfície superior sob uma força aplicada. Uma vez gerado calor suficiente e conduzido para dentro da peça de trabalho, a ferramenta rotativa é impulsionada para a frente. O material é amolecido pela acção de aquecimento do ombro e transportado pela sonda através da linha do osso, facilitando a junta.

Uma limitação do processo FSW é a estabilidade mecânica da ferramenta à temperatura de operação. Durante o FSW, a ferramenta é responsável não só pelo aquecimento do material do substrato à temperatura de forjamento, mas também pela acção mecânica do forjamento. Portanto, o material da ferramenta deve ser capaz de suportar altas cargas de forjamento e temperaturas em contato com o material do substrato deformador sem desgaste excessivo ou deformação. Como resultado, a maior parte das aplicações de FSW tem envolvido materiais com baixas temperaturas de forjamento. Destes, a classe mais importante de materiais tem sido o alumínio. Uma gama de praticamente todas as classes de ligas de alumínio têm sido soldadas com sucesso por fricção. Estas incluem as ligas 1xxx, 2xx, 3xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx e 7xxx, bem como as mais recentes ligas Al-Li. Cada sistema de ligas é metalurgicamente distinto. Além disso, ligas diferentes dentro de uma determinada classe podem ter características de forjamento diferentes. Como resultado, o processamento para cada liga pode variar. Entretanto, juntas de altaintegridade podem ser obtidas em todas as classes.

algumas Aplicações:

Por causa do potencial de vantagens sobre a soldadura por arco em algumas aplicações associadas a este processo, o FSW tem recebido interesse de muitas áreas da indústria que trabalham com alumínio. As vantagens incluem a capacidade de produzir longos comprimentos de soldas em alumínio sem qualquer fundição do material base. Isto proporciona importantes vantagens metalúrgicas quando comparado com a soldagem convencional por arco. A fusão do material de base não ocorre com o FSW e isso elimina a possibilidade de rachaduras por solidificação, o que muitas vezes é um problema quando se soldam algumas ligas de alumínio por arco. Outras vantagens podem incluir: baixa distorção associada a menor aquecimento durante o processo de soldagem; eliminação de problemas de porosidade que são desafiadores na soldagem do alumínio por arco; preparação mínima das bordas, já que as juntas de topo são tipicamente realizadas com uma preparação de mastros quadrados; e, a ausência de consumíveis de soldagem, como gás de proteção ou material de enchimento.

O processo de soldagem por fricção está sendo usado e/ou avaliado para uso nas indústrias aeroespacial, de veículos militares, aeronáutica, automotiva, construção naval, ferroviária e muito provavelmente outras.