Soldagem por fricção e mistura (FSW)

Estado sólido: uma ferramenta giratória mistura bordas amolecidas

A soldagem por fricção e mistura une chapas de metal empurrando uma ferramenta giratória ao longo da junta: o atrito amolece o metal e a ferramenta mistura as duas bordas em uma só, sem nunca fundi-las. É como amassar dois pedaços de argila juntos. Inventada em 1991 no TWI, no Reino Unido, hoje constrói tanques de combustível de foguetes, carrocerias de trens e bandejas de baterias de carros elétricos.

Foto: NASA, Public domain, via Wikimedia Commons

Soldagem por fricção e mistura · ferramenta giratória, zona misturada e costura, vista lateralOs números circulados correspondem às etapas abaixo; a ferramenta se move para a direita, deixando a costura atrás de si.

Como funciona

Prenda com firmeza. As chapas são encostadas de topo sobre uma barra de apoio e presas com força, porque a ferramenta as empurra para longe uma da outra com grandes forças.
Gire e mergulhe. Uma ferramenta dura, normalmente girando de algumas centenas a cerca de 2.000 rpm, empurra seu pino para dentro da junta até o ombro mais largo tocar a superfície.
Aqueça por atrito. O ombro esfregando no metal o aquece a aproximadamente 70–90% da sua temperatura de fusão. O metal fica mole como massa de modelar, mas continua sólido.
Avance e misture. A ferramenta se move ao longo da junta. O pino rosqueado leva o metal amolecido da frente para trás, misturando as duas bordas.
Forje e finalize. O ombro pressiona o metal misturado para baixo enquanto ele esfria em uma costura sólida de grãos finos. No fim a ferramenta sai, deixando um pequeno furo de saída, muitas vezes em uma aba de descarte.

Por que não fundir ajuda. Fundir e solidificar de novo causa a maioria dos defeitos de solda: bolhas de gás, trincas e grãos fracos de fundição. As soldas por fricção e mistura os evitam, então ligas de alumínio difíceis de soldar por fusão se unem bem, com pouca distorção e sem fumos, faíscas nem metal de adição.

Dados-chave

Materiais: Principalmente ligas de alumínio; também magnésio, cobre e pares diferentes; aço e titânio com ferramentas especiais caras
Peças típicas: Tanques de combustível de foguetes, carrocerias de vagões, painéis de convés de navios, bandejas de baterias, dissipadores de calor
Tamanho da peça: De chapas de cerca de 1 mm a placas de alumínio de vários centímetros de espessura; costuras de muitos metros de comprimento
Precisão: Baixa distorção; posição da costura dentro de uma fração de milímetro em máquinas CNC
Acabamento superficial: Costura lisa com finas ondulações em meia-lua, levemente abaixo da superfície; pequena rebarba (flash) nas bordas
Tamanho de lote adequado: Séries médias a grandes de costuras longas, retas ou levemente curvas
Custo de ferramental e máquinas: De dezenas de milhares de dólares para uma conversão de CNC a bem mais de US$ 1 milhão para grandes máquinas dedicadas
Velocidade: Normalmente 0,1–2 m de costura por minuto, em um único passe

Pontos fortes e limites

Pontos fortes

Sem fusão, então sem porosidade nem trincas a quente
Une ligas de alumínio difíceis de soldar por fusão
Baixa distorção e soldas resistentes de grão fino
Sem metal de adição, sem gás, sem fumos nem faíscas

Limites

Precisa de máquinas pesadas e rígidas e de fixação forte
Deixa um furo de saída no fim de cada costura
Melhor em juntas simples, retas ou planas
Aço e titânio desgastam as ferramentas rápido

Onde é usado

EspaçoTanques de combustível e de oxidante de veículos lançadores
FerroviárioCarrocerias de alumínio de trens de alta velocidade e de subúrbio
Construção navalGrandes painéis de convés e de casco de alumínio
AutomotivoBandejas de baterias de carros elétricos, rodas, peças de suspensão
Eletrônica e aquecimentoDissipadores de calor, placas frias, trocadores de calor de caldeiras

Como reconhecê-lo

Uma costura lisa e plana com finas marcas em meia-lua, espaçadas de forma uniforme e todas apontando para o mesmo lado.
Um leve rebaixo onde o ombro pressionou, com finas rebarbas enroladas (flash) ao longo das bordas.
Um furo de saída redondo no fim da costura, a menos que tenha sido cortado fora.

Compare com

Soldagem a arco7.1funde o metal e adiciona metal de adição; mais fácil para formas complexas, mas causa mais distorção e defeitos no alumínio.Soldagem ultrassônica7.7também é de estado sólido, mas usa vibração para folhas e fios finos, não para chapas grossas.Soldagem por explosão7.8outro método de estado sólido, unindo chapas inteiras de uma só vez com uma explosão.

Assista

TheGrenzebachGroup · O princípio, explicado por um fabricante de máquinas

RIFTEC GmbH - Videos · Mergulho, avanço e a junta de estado sólido, passo a passo

Manufacturing Technology, Inc. (MTI) · Uma solda real do mergulho ao furo de saída

ESAB · Uma máquina industrial em ação

Veja fotos reais

Wikipedia: Soldagem por fricção e mistura — a ferramenta, a zona misturada e os usos em ferrovias, espaço, navios e carros
Busca de fotos no Wikimedia Commons

Lembre-se

O atrito, e não uma chama ou um arco, aquece o metal, e ele nunca funde.
O pino mistura as duas bordas amolecidas em uma só, e o ombro as forja para baixo.
Brilha em longas costuras de alumínio: resistente, limpa e com pouca distorção.