Existe uma grande variedade de métodos de soldagem. Entre eles está um processo tão exótico como a soldagem por fricção e agitação. Sua característica distintiva é a ausência de consumíveis, como eletrodos, arame de solda, gases de proteção. Um método recém-desenvolvido está ganhando ampla aceitação.
Histórico da Aparência
A história da soldagem por fricção e agitação (FSW) começou em 1991. Foi um desenvolvimento inovador do British Welding Institute (TWI). Alguns anos depois, a tecnologia foi utilizada na construção de aeronaves e navios.
As primeiras empresas a colocar a nova tecnologia em produção foram a Norwegian Marine Aluminium e a americana Boeing. Eles usaram equipamentos de soldagem da empresa ESAB, especializada em desenvolvimentos na área de soldagem por fricção rotacional (PCT), em suas empresas.
Desde 2003, a empresa vem pesquisando continuamente as possibilidades de soldagem por fricção. Por exemplo, haviaforam desenvolvidos métodos para soldagem de ligas de alumínio e suas modificações, que são utilizadas na construção de aeronaves, navios e contêineres ferroviários.
Na indústria aeronáutica, foi possível substituir as juntas rebitadas por soldadas. Além disso, a velocidade de soldagem pelo método FSW excede significativamente a velocidade do arco elétrico. Uma solda de 6 m de comprimento pode ser formada em um minuto, enquanto a velocidade de soldagem convencional é de apenas 0,8-2 m/min para uma espessura de peça de 0,5 cm.
A essência do processo
A união metálica ocorre devido ao aquecimento na zona de soldagem pelo método de fricção. A principal ferramenta de soldagem da soldagem por fricção é uma haste de metal, composta por duas metades: um colar e um ombro.
Com sua parte saliente, a haste giratória fica imersa no material, causando forte aquecimento. Seu fornecimento é limitado pelo ress alto, não permitindo a passagem da peça a ser soldada. Na zona de aquecimento, o material aumenta significativamente sua plasticidade e, pressionado pelo ombro, forma uma única massa.
O próximo passo é o movimento da haste ao longo da zona soldada. Seguindo em frente, o ombro mistura a massa metálica aquecida, que, após o resfriamento, forma uma forte conexão.
O que afeta a qualidade do STP
A soldagem por fricção é um processo em constante evolução. Mas já existem vários parâmetros que afetam a qualidade da conexão:
- Força gerada pela ferramenta.
- Taxa de alimentaçãocabeça de soldagem.
- O valor do ombro.
- A velocidade de rotação circunferencial da haste.
- Ângulo de inclinação.
- Força de alimentação da haste.
A manipulação das características da soldagem permite obter a conexão de metais diferentes. Por exemplo, alumínio e lítio. O lítio, devido à sua baixa densidade e alta resistência, pode atuar como componente de liga de peças de liga de alumínio, o que permite que essa tecnologia seja utilizada na indústria aeroespacial.
A soldagem por fricção pode facilmente substituir o forjamento, estampagem, fundição, quando são usados para produzir peças de metais difíceis de combinar. Por exemplo, aços com estrutura de austenita e perlita, aços feitos de alumínio ou bronze.
Em que áreas é usado
Indústrias como a automotiva estão constantemente trabalhando para aumentar as propriedades de resistência do produto e reduzir seu peso. Nesse sentido, há uma introdução contínua de novos materiais que antes eram incaracterísticos devido à complexidade do processamento. Cada vez mais, elementos estruturais como subestruturas e às vezes corpos inteiros são feitos de alumínio ou uma combinação de alumínio.
Assim, em 2012, a Honda aplicou manufatura aditiva e soldagem por fricção para produzir subchassi para seus veículos. Eles introduziram uma combinação de aço e alumínio.
A queima de chapas metálicas pode ocorrer durante a produção de peças soldadas de corpo em alumínio. Esta deficiência é privada de STP. Além dissoo consumo de eletricidade é reduzido em 1,5-2 vezes, o custo de consumíveis, como arame de solda, gases de proteção é reduzido.
Além da produção de automóveis, o STP é utilizado nas seguintes áreas:
- Construção: treliças de alumínio, vãos de pontes.
- Transporte ferroviário: chassis, bogies com rodas, vagões.
- Construção naval: anteparas, elementos estruturais.
- Aeronave: tanques de combustível, peças da fuselagem.
- Indústria alimentar: vários recipientes para produtos líquidos (leite, cerveja).
- Produção elétrica: carcaças de motores, antenas parabólicas.
Além das ligas de alumínio, a soldagem por fricção e agitação é usada para obter compostos de cobre, por exemplo, na produção de recipientes de cobre para descarte de combustível radioativo usado.
benefícios STP
Estudar o FSW tornou possível selecionar os modos de soldagem ao unir diferentes grupos de ligas. Apesar de inicialmente o FSW ter sido desenvolvido para trabalhar com metais de baixo ponto de fusão, como o alumínio (660°C), posteriormente passou a ser utilizado para unir níquel (1455°C), titânio (1670°C), ferro (1538°C).
Pesquisas mostram que a solda assim obtida corresponde totalmente em sua estrutura ao metal das peças a serem soldadas e possui indicadores de resistência mais elevados, menor custo de mão de obra e baixa deformação residual.
Corretoo modo de soldagem selecionado garante a conformidade do material de solda e do metal a ser soldado de acordo com os seguintes indicadores:
- resistência à fadiga:
- resistência à flexão e tração;
- resistência.
Vantagens sobre outros tipos de soldagem
STP tem muitas vantagens. Entre eles:
- Não tóxico. Ao contrário de outras variedades, não há queima de arco elétrico, devido à qual o metal fundido evapora na zona de soldagem.
- Aumento da velocidade de formação da costura, resultando em tempos de ciclo mais rápidos.
- Reduzindo os custos de energia pela metade.
- Não há necessidade de processamento adicional da solda. A Friction Stir Tool forma uma solda perfeita sem a necessidade de descascar.
- Não há necessidade de consumíveis adicionais (fio de solda, gases industriais, fluxos).
- A capacidade de obter juntas metálicas que não estão disponíveis para outros tipos de soldagem.
- Nenhuma preparação especial das bordas de soldagem é necessária, exceto para limpeza e desengorduramento.
- Obtenção de uma estrutura de solda homogênea e sem poros, resultando em um controle de qualidade mais fácil, que é regulamentado para soldagem por fricção e agitação GOST R ISO 857-1-2009.
Como a qualidade de uma solda é verificada
A qualidade da soldagem é verificada por dois tipos de controle. A primeira envolve a destruição do protótipo resultante daligação de duas partes. O segundo permite a verificação sem destruição. São utilizados métodos como controle óptico, exame audiométrico. Ajuda a determinar a presença de poros e inclusões não homogêneas que degradam as características da costura. Os resultados do controle de som são um diagrama que mostra claramente os locais onde o eco acústico se desvia da norma.
Desvantagens do método
Com inúmeras vantagens, o método de soldagem por fricção tem suas desvantagens:
- F alta de mobilidade. STP envolve a conexão de peças fixas, rigidamente fixadas no espaço. Isso impõe certas propriedades ao equipamento de soldagem por fricção, como imobilidade.
- Baixa versatilidade. Equipamentos volumosos são configurados para realizar o mesmo tipo de operação. A este respeito, os dispositivos de soldagem são projetados para tarefas específicas. Por exemplo, para soldar paredes laterais de carros em um transportador e nada mais.
- A costura de soldagem tem uma estrutura radial. Nesse sentido, com certos tipos de deformação ou quando a peça é operada em um ambiente agressivo, a fadiga da solda pode se acumular.
Variedades de STP de acordo com o princípio de ação
Os processos de soldagem baseados em fricção podem ser divididos em vários tipos:
- Atrito linear. A essência do método é obter uma conexão permanente não como resultado da ação de uma ponta rotativa, mas devido ao movimento das peças em relação umas às outras. Atuando na superfície no ponto de contato, eles criamatrito e, consequentemente, altas temperaturas. Sob pressão, as peças adjacentes são derretidas e uma junta soldada é formada.
- Soldagem radial. Este método é usado para a produção de contêineres de grande diâmetro, tanques ferroviários. Tudo se resume ao fato de que as juntas das peças são aquecidas por um anel giratório revestido na parte externa. Por fricção, provoca uma temperatura próxima ao ponto de fusão. Um exemplo de empresa que utiliza essa tecnologia é a Sespel, fabricante de carros-tanque Cheboksary. A soldagem por fricção e agitação ocupa a maior parte do trabalho de soldagem.
- Soldagem de pinos. Esta variedade substitui a conexão de rebite. Este tipo é usado para conexões de sobreposição. O pino giratório no ponto de contato aquece as peças a serem soldadas. A partir da alta temperatura, ocorre a fusão e o pino penetra no interior. Esfriando, cria uma forte conexão permanente.
Variedades de STP por nível de dificuldade
As operações de soldagem realizadas por fricção podem ser divididas em planares e volumétricas. A principal diferença entre essas variedades é que, no primeiro caso, a solda é formada no espaço bidimensional e no segundo - no espaço tridimensional.
Assim, para juntas planas, o fabricante de equipamentos de soldagem ESAB desenvolveu a máquina 2D LEGIO. É um sistema de soldagem por fricção e agitação personalizável para vários metais não ferrosos. Grupos de tamanhos diferentesequipamento permite soldar peças de tamanhos pequenos e grandes. De acordo com a marcação, os equipamentos LEGIO possuem vários layouts, que diferem no número de cabeças de soldagem, na capacidade de soldar em várias direções axiais.
Existem robôs 3D para trabalhos de soldagem com posições complexas no espaço. Tais dispositivos são instalados em transportadores de automóveis, onde são necessárias soldas de configuração complexa. Um exemplo de tais robôs é o Rosio da ESAB.
Conclusão
STP compara favoravelmente com os tipos tradicionais de soldagem. Seu uso generalizado promete não apenas benefícios econômicos, mas também a preservação da saúde das pessoas empregadas na produção.
