Soldadura por fricção e mistura: soldadura de baixo custo de materiais de elevado ponto de fusão, como chapas de aço

Data de publicação:

2025-06-11

A Honda desenvolveu uma tecnologia adequada à produção em série para soldar aço e ligas de alumínio por fricção e mistura; a Universidade de Tohoku, do Japão, e a Hitachi desenvolveram ferramentas de mistura de liga de cobalto capazes de soldar metais de elevado ponto de fusão, como aço e titânio. As aplicações da soldadura por fricção e mistura (FSW: Friction Stir Welding), anteriormente limitadas na produção em série a metais de baixo ponto de fusão, como ligas de alumínio, cobre e magnésio, começam a alargar-se a metais de ponto de fusão superior, como o aço*1.

*1 À pressão atmosférica normal, o ponto de fusão do alumínio é 660℃, o do cobre é 1083℃ e o do magnésio é 651℃. Já o do ferro atinge 1539℃ e o do titânio 1727℃.

O calor por atrito amolece o metal até um estado viscoso

A soldadura por fricção e mistura utiliza uma ferramenta cilíndrica com uma saliência na extremidade (pino de mistura), que roda e exerce pressão a partir de cima da zona a soldar de duas chapas (materiais de base) justapostas topo a topo ou sobrepostas, soldando as duas chapas entre si.

O calor de atrito entre o pino de mistura rotativo e a chapa amolece o metal em redor do pino até um estado viscoso, permitindo ao pino rotativo penetrar na chapa. Assim, o metal amolecido em redor do pino mistura-se (ocorre escoamento plástico), unindo as duas chapas metálicas num conjunto único, ou formam-se ligações metálicas nas superfícies de união das duas chapas, unindo-as num conjunto único.

Antes faltavam cabeças de agitação resistentes a altas temperaturas

A soldadura por fricção e mistura tem as quatro vantagens seguintes: (1) como permite soldar sem fundir o metal de base (soldadura no estado sólido), a deformação e os defeitos após soldadura são reduzidos, permitindo melhorar a qualidade do produto e reduzir custos; (2) poupa energia em comparação com a soldadura por fusão; (3) não requer gás de proteção; (4) produz pouco ruído e não gera poeiras. Além disso, esta tecnologia é muito eficaz na soldadura de materiais diferentes, pelo que atrai grande atenção do setor e se espera que permita efeitos como redução de peso através da escolha de materiais adequados para cada zona*2. Contudo, como referido no início do artigo, anteriormente os materiais em que se podia utilizar soldadura por fricção e mistura ao nível da produção em série estavam limitados aos metais de baixo ponto de fusão.

*2 Em comparação com a soldadura em fase líquida que funde o material de base — soldadura por fusão —, a soldadura por fricção e mistura tem temperatura mais baixa, facilitando o controlo do calor introduzido através da definição das condições de soldadura. Por isso, reduz facilmente a formação de compostos intermetálicos, principais responsáveis pela diminuição da resistência da soldadura. Reduzir a espessura da camada de compostos intermetálicos aumenta a resistência da zona soldada. Na soldadura por fricção e mistura, uma mistura excessiva também produz grandes quantidades de compostos intermetálicos.

A razão pela qual as aplicações da soldadura por fricção e mistura estavam anteriormente limitadas a metais de baixo ponto de fusão era a falta de ferramentas de mistura resistentes a altas temperaturas, de baixo preço e adequadas à produção em série. Para soldar ligas de alumínio por fricção e mistura, utilizam-se geralmente ferramentas de mistura fabricadas com materiais ferrosos, como aço para ferramentas. Ao soldar metais de elevado ponto de fusão, como aço e ligas de titânio, com este tipo de ferramenta, nas zonas de temperatura elevada capazes de amolecer esses metais a própria ferramenta de mistura também amolece, sofrendo desgaste severo que a torna inutilizável. Embora já tenham sido desenvolvidas ferramentas de mistura de materiais não ferrosos, como cerâmicas e ligas de tungsténio-rénio, os seus preços são muito elevados e não são adequados à produção em série.

Expor uma superfície renovada no aço sem necessidade de agitação

A tecnologia desenvolvida pela Honda para soldar aço e ligas de alumínio por fricção e mistura serve para unir materiais de base de aço e liga de alumínio sobrepostos. A sua principal característica é misturar apenas a liga de alumínio, sem misturar o aço (imagem inferior da figura 1). Isto evita o sobreaquecimento da ferramenta de mistura.

A possibilidade de soldar aço e liga de alumínio sem misturar o aço deve-se à formação de ligações metálicas entre ambos. Ou seja, esta tecnologia não mistura o aço, removendo antes o revestimento e a película de óxido da superfície do aço. Assim, expõe-se uma superfície nova do aço, que forma ligações metálicas com a liga de alumínio cuja atividade foi aumentada pela mistura. Estas ligações metálicas unem o aço e a liga de alumínio num conjunto único*3.

*3 Após a entrada de água ou de outros meios entre o aço e a liga de alumínio, ocorre corrosão bimetálica (eletrocorrosão); esta tecnologia evita esse fenómeno inserindo uma película de silício entre o aço e a liga de alumínio.

A Honda adotou esta tecnologia no subchassis dianteiro do novo «Accord» destinado ao mercado norte-americano e obteve vários efeitos (figura 2). Concretamente, o peso diminuiu 25％ face ao subchassis de aço anterior e o consumo de eletricidade durante a soldadura diminuiu cerca de 50％. A tecnologia também foi utilizada para alterar a estrutura da ligação entre subchassis e suspensão, aumentando a rigidez da zona de montagem em 20％ e contribuindo para melhorar o desempenho dinâmico do veículo.

Expansão das áreas de aplicação através de novos materiais

Por outro lado, a Universidade de Tohoku, a Hitachi Seisakusho e a Hitachi Kinzoku Seimitsu Kiki desenvolveram uma ferramenta de mistura de preço relativamente baixo resistente a altas temperaturas, ampliando o âmbito de aplicação da soldadura por fricção e mistura (figura 3). O material utilizado nesta ferramenta foi desenvolvido conjuntamente pela Universidade de Tohoku e pela Hitachi Seisakusho; as tecnologias de produção em série deste material e da ferramenta de mistura (peça fundida) foram desenvolvidas com sucesso conjuntamente pela Hitachi Seisakusho e pela Hitachi Kinzoku Seimitsu. Esta ferramenta permite soldadura por fricção e mistura de metais de elevado ponto de fusão, como aço, ligas de titânio e ligas de zircónio, estando o início das vendas previsto para o outono de 2013. Embora a Hitachi Kinzoku Seimitsu Kiki afirme que «o preço será discutido futuramente», estima-se que seja fixado numa faixa de preços que permita a sua utilização ao nível da produção em série.

O material desenvolvido pela Universidade de Tohoku e outras entidades para ferramentas de soldadura por fricção e mistura é uma liga de cobalto com compostos intermetálicos distribuídos no seu interior, que mantêm elevada resistência mesmo a altas temperaturas. Concretamente, distribui-se Co3（Al，W） na liga à base de cobalto. O essencial é obter uma distribuição fina e uniforme de Co3（Al，W）, aproximando a quantidade distribuída e a forma dos limites de grão do estado pretendido. Para isso, adotaram-se composições e métodos de tratamento térmico mais adequados.

Os materiais atualmente previstos para aplicação desta ferramenta de mistura são aço-carbono, aço de alta resistência, ligas de titânio (Ti-6Al-4V e outras), titânio puro e ligas de cobre. Embora a resistência, a espessura e outros fatores dificultem a utilização desta ferramenta em alguns materiais, de modo geral os materiais a soldar são aqueles em que a temperatura máxima da ferramenta de mistura (temperatura de união) durante a soldadura por fricção e mistura é de cerca de 1000℃.

Página anterior

Prolongar a vida útil dos corpos metálicos: desenvolvimento bem-sucedido do anticorrosivo autorreparador Jufudun

FCSE | Investigação de vanguarda: revestimento anticorrosivo «autorreparador» acionado pela luz solar

Página seguinte

Página anterior:

Prolongar a vida útil dos corpos metálicos: desenvolvimento bem-sucedido do anticorrosivo autorreparador Jufudun

Página seguinte:

FCSE | Investigação de vanguarda: revestimento anticorrosivo «autorreparador» acionado pela luz solar

Notícias relacionadas

Apresentação de produtos de maquinação em 2026: soluções profissionais da Wuhan Kaiming High-Tech para a recuperação de superfícies metálicas de equipamentos mecânicos

2026-08-15

Explicação detalhada dos princípios de funcionamento da maquinação em 2026: conhecimentos práticos sobre a recuperação profissional de superfícies metálicas de equipamentos mecânicos

2026-07-31

Análise completa dos problemas comuns de maquinação em 2026: guia prático para resolver falhas de processo e otimizar a eficiência

2026-07-16

Cuidados em todas as etapas da maquinação em 2026: guia prático para reduzir custos, melhorar a qualidade e evitar avarias

2026-07-01

Panorama das aplicações da maquinação em todos os setores em 2026: guia para reduzir custos e aumentar a eficiência com recuperação complementar de superfícies metálicas

2026-06-16

Notícias e atualidade mais recentes da indústria de maquinagem em 2026 — análise completa da modernização tecnológica, redução de custos e aumento da eficiência para empresas industriais

2026-06-01

Partilhar em

Voltar à lista