Soldagem por fricção rotativa é um processo de soldagem de estado sólido no qual dois materiais semelhantes ou diferentes são feitos para esfregar um contra o outro para produzir calor suficiente na interface e uma força posterior subsequente funde os dois materiais. As impurezas na interface são removidas como flash e a ligação formada será mais forte do que qualquer um dos dois materiais.

O fenômeno físico da soldagem por fricção é a geração de calor, condução de calor, deformação plástica, abrasão das superfícies de fricção e difusão do material

Pode ser usado para unir uma grande variedade de geometrias de peças como

Tubo a tubo	Tubo para disco	Tubo para Barra
Bar para Bar	Barra para Prato	Tubo para placa

Como Funciona

A união de metais pode ser definida como a obtenção de uma ligação metálica na interface. Em uma ligação metálica ideal, os elétrons de valência não estão ligados a nenhum átomo em particular, mas se movem livremente por todo o metal. A razão para esse comportamento é que os elétrons de valência em um metal estão muito mais distantes do núcleo do átomo do que em não metais. Movendo-se ao longo de órbitas mais largas, os elétrons de valência passam para regiões remotas de seus átomos pais e são expostos à atração de núcleos vizinhos. Conseqüentemente, os elétrons de valência em metais nunca estão permanentemente associados a qualquer átomo em particular, mas fluem livremente em um arranjo aleatório como uma espécie de “Gás Eletrônico” livre. Assim, a estrutura de um metal pode ser considerada como um conjunto de íons positivos, cada um consistindo do núcleo de um átomo (núcleo mais elétrons de não valência) imerso em um "gás" ou nuvem de elétrons livres. A atração entre os íons positivos e o gás elétron dá ao metal sua estrutura e coerência. Essa atração forma a ligação metálica.

Na soldagem de duas peças do mesmo material, se as duas superfícies a serem coladas forem libertadas das camadas de óxido e todos os outros contaminantes, então entrarão em contato íntimo, para que haja mobilidade entre os elétrons de ambas as superfícies Como forças repulsivas entre os átomos são estabelecidas, as duas superfícies são soldadas e a ligação entre elas será semelhante à entre dois grãos do mesmo material. Se as duas peças são de materiais diferentes, a capacidade de estabelecer uma ligação metálica entre suas superfícies não contaminadas ainda é possível, mas a resistência da ligação dependerá dos materiais em questão.

O processo

ESTÁGIO 1 - Preparação
Existem dois requisitos básicos que devem ser satisfeitos antes que a soldagem por fricção possa ocorrer entre os metais. Eles são:

i) Produza duas superfícies absolutamente limpas e não contaminadas;
ii) Coloque esta superfície limpa e não contaminada em contato íntimo, para que uma ligação metálica possa ser produzida através da interface.

A superfície de uma peça de metal real está longe da superfície ideal ou virgem.

Mostra ondulação e aspereza. Ondulação é um atributo macroscópico de uma superfície de metal real e rugosidade é sua qualidade microscópica. Os contaminantes da superfície são de três tipos. Eles são:
a) Filmes orgânicos
b) Gases absorvidos
c) Compostos químicos do metal base, geralmente óxidos.

Para iniciar o processo, um componente é colocado em um grampo estacionário e o outro componente é carregado em um eixo rotativo. O fuso rotativo então se move para frente, de modo que os dois componentes se toquem. O fuso é então levado a uma velocidade angular predeterminada e, subsequentemente, uma força axial predefinida é aplicada.

ESTÁGIO 2 - Aquecimento

O calor gerado devido à fricção aumenta a temperatura dos componentes e reduz a resistência ao escoamento. Quando as superfícies em contato atingem um estado plástico, elas cedem e fluem para fora para formar o flash. Este processo remove a camada oxidada em ambos os materiais. Eles não estão mais em contato com a atmosfera e, portanto, nenhuma nova camada de óxido pode se formar. As superfícies nascentes entram em contato umas com as outras. As superfícies opostas normalmente têm pequenas fendas e essa etapa ajuda a uniformizar as superfícies em uma área plana perfeita.

Uma vez atingida a queima desejada, o processo passa para o próximo estágio - o estágio de forjamento.

ESTÁGIO 3 - Forjamento

Nesta etapa, o movimento de rotação é interrompido e uma força de forja é aplicada por um tempo predeterminado. Essa força resulta na fusão das duas superfícies em uma ligação permanente.
As forças interatômicas de atração entram em jogo com os movimentos atômicos de átomos e valências que ocorrem para completar a solda.

Parâmetros do processo e gráfico

A qualidade da solda como resultado da soldagem por fricção é determinada pelos seguintes parâmetros

• Velocidade do Fuso
• Força axial
• Deslocamento
• Torque

O gráfico abaixo mostra os parâmetros de solda nas três fases:

Possíveis combinações soldáveis

Soldagem por fricção rotativa oferece uma oportunidade única de unir tipos diferentes de materiais que, de outra maneira, seriam difíceis de serem soldados. O gráfico abaixo detalha o que pode / não pode ser forjado em conjunto usando este processo: -

Fonte: https://lib.ugent.be/fulltxt/RUG01/001/805/267/RUG01-001805267_2012_0001_AC.pdf

Vantagens

Existem algumas vantagens de Soldagem por fricção rotativa, em comparação com outros processos. Significativos entre eles são

• Tempo de ciclo muito curto (alguns segundos)
• Ideal para produção em massa
• Economia de material dispendioso se for utilizado componente bimetálico (por exemplo, brocas - HSS / MCS)
• Zona afetada pelo calor e, portanto, componentes semi-acabados podem ser soldados
• Sem preparação de bordas, material de enchimento, gás de proteção, respingos, fumaça e radiação
• Excelente soldagem: junta tão forte ou mais forte que o material original
• Metais tão diversos quanto Cu para Al, Cu ou Al para aço, Titânio para aço inoxidável etc. podem ser soldados
• Sem inclusões como camada de óxido.
• O pré-tratamento e o pós-tratamento são necessários apenas para alguns metais não ferrosos específicos e alguns aços-liga.
• Altamente produtivo com baixo tempo de ciclo.
• Metais diferentes podem ser soldados.
• O processo é ecologicamente limpo.
• Nenhuma fumaça, escória ou consumíveis, como gás, fluxo ou material de enchimento.
• Componentes de formas como hexagonal, quadrada, elíptica etc. podem ser soldados.
• Baixo consumo de energia em comparação com outros processos de soldagem.
• O monitoramento de solda fornece 100% de verificação da qualidade do processo.