Análise aprofundada de todo o processo de soldadura por fricção

Definição de soldadura por fricção

A soldadura por fricção é a utilização do movimento de fricção relativa da soldadura para conseguir o calor gerado pela fricção relativa do material para conseguir uma ligação fiável de um método de soldadura por pressão. O processo de soldadura está sob a ação da pressão, o movimento relativo do material a ser soldado entre o atrito, de modo que a interface e a sua temperatura próxima aumenta e atinge um estado termoplástico, com o papel da força de forjamento superior da película de oxidação interfacial quebrada, o material sofre deformação plástica e fluxo, através da interface dos elementos da difusão e recristalização da reação metalúrgica e a formação de juntas.

Princípio da soldadura por fricção

Duas peças de metal de secção circular são fixadas antes da soldadura por fricção num mandril que pode ser rodado e num mandril que pode ser movido para a frente e pressurizado. No início da soldadura, a peça de trabalho 1 é rodada a alta velocidade, a peça de trabalho 2 é movida na direção da peça de trabalho 1 e contactada, e é aplicada uma pressão de fricção suficientemente grande para iniciar o processo de aquecimento por fricção. Após fricção por um período de tempo, a temperatura do metal da junta atinge a temperatura de soldadura, pára a rotação da peça de trabalho 1 e, ao mesmo tempo, a peça de trabalho 2 move-se rapidamente para aplicar a pressão de forjamento superior, de modo a produzir a deformação de forjamento superior e completar a soldadura.

Classificação da soldadura por fricção

Existem muitos métodos de soldadura por fricção, geralmente classificados de acordo com o movimento relativo da soldadura e as caraterísticas do processo, os principais métodos incluem

• Soldadura por fricção de acionamento contínuo
• Soldadura por fricção controlada por fase
• soldadura por fricção por inércia
• soldadura por fricção
• Soldadura por fricção incorporada
• Soldadura por fricção do terceiro corpo
• Revestimento de fricção

Soldadura por fricção contínua

Sob a ação da pressão de fricção, as interfaces soldadas entram em contacto umas com as outras, friccionando através do movimento relativo, de modo que a energia mecânica é convertida em energia térmica, o calor de fricção é utilizado para remover os óxidos nas interfaces e é formada uma junta fiável sob a ação da força de forjamento superior. Este é um tipo comum de soldadura por fricção, no processo de soldadura, a peça de trabalho é continuamente acionada pelo motor do fuso, rodando a uma velocidade constante, até atingir o tempo de fricção especificado ou a deformação por fricção, a peça de trabalho pára imediatamente de rodar e a soldadura de forjamento superior.

soldadura por fricção por inércia

A extremidade rotativa da peça de trabalho é fixada no volante, e o processo de soldadura começa por acelerar o volante e a extremidade rotativa da peça de trabalho até uma determinada velocidade de rotação, depois o volante é desengatado do motor principal e a extremidade móvel da peça de trabalho avança para iniciar o aquecimento por fricção. O volante é travado pelo binário de fricção, a velocidade é gradualmente reduzida e o processo de soldadura termina quando a velocidade é zero.

soldadura por fricção de fase

Utilizado principalmente para os requisitos de posição relativa da peça de trabalho, como o aço hexagonal, o aço octogonal, os joysticks para automóveis, etc., exige que os pinos sejam alinhados após a soldadura, a direção da direita ou da fase para cumprir os requisitos. Os principais métodos são:

• Soldadura mecânica por fricção de fase sincronizada
• Soldadura por fricção de encaixe de pinos
• Soldadura por fricção com acionamento sincronizado

Soldadura por fricção radial

O tubo a soldar é biselado, com um mandril no interior do tubo, equipado com um anel rotativo com uma superfície biselada, que roda e aplica uma pressão de fricção radial aos dois tubos durante a soldadura, sendo a pressão de forjamento superior aplicada no final do aquecimento por fricção.

Revestimento de fricção

A barra redonda de metal de revestimento roda a alta velocidade e exerce pressão de fricção sobre o metal de base. Devido ao grande volume do metal de base, a condutividade térmica é boa e a taxa de arrefecimento é rápida. Assim, a superfície de fricção do metal de revestimento e da interface do metal de base passa para o lado do metal de revestimento. Ao mesmo tempo, o metal de revestimento condensa-se e faz a transição para o metal de base para formar a carne de solda de revestimento. Quando o metal de base roda ou se move em relação à barra de metal de revestimento, forma-se uma soldadura de revestimento no metal de base.

soldadura por fricção linear

Duas peças a soldar, uma fixa, outra a uma determinada velocidade de movimento recíproco, ou duas peças para o movimento recíproco relativo, sob a ação da pressão das duas peças da interface, a fricção gera calor, de modo a conseguir a soldadura.

soldadura por fricção

Será um material duro resistente a altas temperaturas feito de uma certa forma da agulha de agitação girando profundamente nos dois materiais soldados conectados à borda da cabeça de agitação para ajustar a rotação das duas soldaduras conectadas à borda de uma grande quantidade de calor de fricção, que na conexão do amolecimento plástico do metal produzido na conexão da área, o amolecimento plástico da área na cabeça de agitação sob a ação da agitação, extrusão, e com a cabeça de agitação da rotação ao longo do fluxo para trás da solda, a formação de um fluxo de metal plástico, e agitando a cabeça longe do processo de resfriamento e extrusão e formação de juntas soldadas em fase sólida. A zona de plástico amolecido é agitada e espremida sob a ação da cabeça de agitação, e flui para trás ao longo do cordão de soldadura com a rotação da cabeça de agitação, formando um fluxo de metal plástico, e no processo de arrefecimento após a saída da cabeça de agitação, é espremida e forma uma junta soldada em fase sólida.

Soldadura por fricção orbital

A soldadura por fricção orbital é um método de soldadura recentemente desenvolvido, utilizado principalmente para soldar peças de secção não circular. A peça de trabalho de soldadura por fricção orbital linear ao longo de uma pista reta, com uma certa amplitude e frequência para garantir que a velocidade de vibração atinja o valor necessário, de modo a que a superfície de soldadura faça fricção relativa de vibração repetida. A peça de trabalho de soldadura por fricção em órbita circular de cada massa com o mesmo raio e velocidade, ao longo da órbita circular para fazer com que a superfície de soldadura faça o movimento relativo de fricção. Quando a junta é aquecida até à temperatura de soldadura, o movimento de fricção da peça de trabalho é interrompido e a soldadura de topo é efectuada.

Processo de soldadura por fricção

Caraterísticas do processo

vantagem:

1. Tempo de construção de soldadura curto e elevada produtividade.
2. Pequena distorção de soldadura, elevada precisão dimensional após a soldadura.
3. Elevado grau de mecanização e automatização, qualidade de soldadura estável.
4. É adequado para soldar todos os tipos de materiais dissimilares e pode soldar alumínio-aço, alumínio-cobre, titânio-cobre, compostos intermetálicos-aço, etc., que não podem ser soldados por fusão convencional.
5. É possível a soldadura de varas e tubos de diâmetros iguais e diferentes.
6. A soldadura não produz fumo, luz de arco e gases nocivos, e não polui o ambiente.

Desvantagens.

1. é mais difícil soldar secções transversais não circulares e o equipamento necessário é complicado; é também mais difícil soldar peças finas em forma de disco e acessórios para tubos de paredes finas porque não são fáceis de fixar.
2) É difícil realizar a soldadura por fricção para componentes cuja forma e posição de montagem já foram determinadas.
3. as juntas são propensas a fretting e devem ser maquinadas após a soldadura.
4. a parte de aperto é fácil de produzir riscos ou marcas de aperto

Processo de soldadura por fricção

A soldadura por fricção é uma técnica de união de estado sólido altamente eficiente que se centra na ligação metalúrgica de materiais utilizando calor de fricção e forças mecânicas. O processo começa com a fixação precisa da peça de trabalho - normalmente, um dos lados da peça de trabalho é mantido de forma segura numa fixação, enquanto o outro lado é ligado a uma unidade rotativa para garantir que as superfícies de contacto estão limpas e planas. Quando a máquina é activada, a peça rotativa entra em contacto estreito com a peça fixa sob pressão axial e a fricção a alta velocidade gera instantaneamente temperaturas elevadas na interface, que penetram rapidamente no material e o levam a um estado plástico. Durante este processo, a fricção não só quebra a camada de óxido na superfície, como também leva a rede metálica a sofrer uma recristalização dinâmica, formando uma camada amolecida fluida. Quando a temperatura atinge o ponto crítico, o equipamento pára decisivamente de rodar e, em seguida, aplica uma maior pressão do forjamento superior, neste momento, o material amolecido como se fosse forjado como a fusão por extrusão, o nível microscópico de difusão atómica e a migração dos limites dos grãos eliminam completamente os defeitos da superfície da junta, a formação de juntas soldadas densas e sem falhas. Após arrefecimento e moldagem, a soldadura é praticamente isenta de deformações e a sua resistência pode mesmo exceder a do material de base.

Equipamento comum de soldadura por fricção

Equipamento convencional de soldadura por fricção

O equipamento convencional de soldadura por fricção está solidamente ligado a um mecanismo de controlo de pressão de alta precisão através de um sistema de acionamento mecânico, cujo núcleo é constituído por um módulo de potência do fuso, um dispositivo de pressão hidráulica e um sistema de controlo inteligente. O equipamento adopta uma conceção modular, que pode ser adaptada de forma flexível aos requisitos de fixação de veios, tubos e peças moldadas, realizando uma soldadura eficiente dos principais componentes do motor no domínio do fabrico de automóveis e contando com um sistema de monitorização em tempo real para completar a ligação fiável de materiais de liga de alta resistência no domínio militar. Em comparação com o processo de soldadura tradicional, o equipamento apresenta vantagens significativas no controlo do consumo de energia e na qualidade da junta, com tecnologia de fusão multi-sensor, pode satisfazer os requisitos rigorosos de soldadura de precisão das indústrias aeroespacial, de trânsito ferroviário e outras, tornando-se o equipamento principal para a produção industrial em massa.

Equipamento de soldadura por fricção

O equipamento de soldadura por fricção (FSW) é um equipamento de soldadura avançado desenvolvido com base no princípio da junção em estado sólido, e a sua principal inovação reside na utilização de uma cabeça de agitação especial para conseguir o fluxo de plástico e a ligação metalúrgica dos materiais. O equipamento é constituído principalmente por um corpo de elevada rigidez, um sistema de acionamento rotativo, um módulo de controlo de temperatura de precisão e uma unidade de deteção de posição de força tridimensional. Através da ação sinérgica da agulha de agitação e do ombro do eixo, o processo de soldadura pode ser concluído sem necessidade de fusão.alumínioA ligação sem costuras de materiais de elevado ponto de fusão, como ligas de magnésio e outros materiais de elevado ponto de fusão. Em comparação com a soldadura por fricção tradicional, esta tecnologia melhora significativamente a qualidade da soldadura de chapas finas, realiza a moldagem integrada de pele-esqueleto no domínio aeroespacial e é amplamente utilizada no fabrico de tabuleiros de baterias para veículos de energia nova, com a resistência da costura de soldadura até mais de 95% do material de base. O equipamento mais recente integra orientação visual e algoritmos de controlo adaptativos, que podem ajustar dinamicamente os parâmetros de soldadura e ultrapassar com êxito o estrangulamento da tecnologia de união de materiais dissimilares (por exemplo, alumínio/cobre, alumínio/aço).