6 Novas técnicas avançadas de soldagem na manufatura moderna

1. Soldagem a laser

A soldagem a laser utiliza a radiação do laser para aquecer a superfície do material, com o calor sendo conduzido internamente por meio da transferência de calor. Com o controle de parâmetros como largura do pulso do laser, energia, potência de pico e frequência de repetição, uma poça de fusão específica é formada na peça de trabalho.

Soldar a solda por pontos

Soldagem a laser contínua

A soldagem a laser pode ser realizada com o uso de um feixe de laser contínuo ou pulsado.

O princípio da soldagem a laser pode ser dividido em duas categorias: soldagem por condução de calor e soldagem profunda a laser soldagem por penetração.

• Soldagem por condução de calor: Ocorre quando a densidade de potência é menor que 10¹⁰W cm².
• Soldagem por penetração profunda a laser: Ocorre quando a densidade de potência excede 10¹⁰W cm²O processo de formação de "furos" no metal devido ao alto calor, caracterizado por alta velocidade e alta relação entre profundidade e largura.

A tecnologia de soldagem a laser é amplamente utilizada nos setores de fabricação de alta precisão, como automóveis, navios, aviões e ferrovias de alta velocidade. Ela melhorou muito a qualidade de vida das pessoas e levou o setor de eletrodomésticos à era da fabricação de precisão.

Em particular, a criação pela Volkswagen da tecnologia de soldagem sem costura de 42 metros melhorou significativamente a integridade e a estabilidade da carroceria.

O Grupo Haier, uma empresa líder em eletrodomésticos, lançou com orgulho a primeira máquina de lavar roupa produzida com a tecnologia de soldagem sem costura a laser.

A avançada tecnologia a laser tem o potencial de trazer mudanças significativas para a vida das pessoas.

2. Soldagem híbrida a laser

A soldagem híbrida a laser combina a soldagem com feixe de laser e a tecnologia de soldagem MIG (Metal Inert Gas) para produzir efeitos de soldagem ideais, caracterizados por velocidades de soldagem rápidas e excelente capacidade de ponte de solda. Esse método aproveita a precisão e a alta densidade de energia da soldagem a laser com a versatilidade e os recursos de material de enchimento da soldagem MIG.

Vantagens da soldagem híbrida a laser

Atualmente, a soldagem híbrida a laser é considerada um dos métodos de soldagem mais avançados devido aos seus inúmeros benefícios:

1. Alta velocidade: A combinação de soldagem a laser e MIG permite velocidades de soldagem mais rápidas em comparação com os métodos de soldagem tradicionais.
2. Deformação térmica mínima: A entrada de calor concentrada do laser reduz a entrada de calor geral, minimizando a deformação térmica.
3. Pequena zona afetada pelo calor (HAZ): O controle preciso do laser resulta em uma HAZ menor, preservando a estrutura metálica e as propriedades mecânicas da solda.
4. Excelente qualidade de solda: A abordagem híbrida melhora a qualidade da solda ao combinar a penetração profunda da soldagem a laser com os recursos de material de enchimento da soldagem MIG.

Aplicações da soldagem híbrida a laser

A soldagem híbrida a laser é versátil e adequada para várias aplicações além das estruturas de chapas automotivas:

1. Setor automotivo: Ideal para soldar chapas metálicas finas usadas em carrocerias de automóveis, oferecendo alta precisão e resistência.
2. Bombas de concreto e lanças de guindastes móveis: O aço de alta resistência é frequentemente usado nessas aplicações, e a soldagem híbrida a laser reduz a necessidade de processos adicionais, como o pré-aquecimento, diminuindo assim os custos.
3. Veículos ferroviários: Garante soldas fortes e duráveis, necessárias para a integridade estrutural dos veículos ferroviários.
4. Estruturas de aço convencionais: Aplicável na construção de pontes, tanques de combustível e outras estruturas de aço, proporcionando soldas robustas e confiáveis.

3. Soldagem por fricção

A soldagem por fricção (FSW) é uma técnica de soldagem inovadora e altamente eficaz que utiliza calor de fricção e calor de deformação plástica como suas principais fontes de calor. Esse processo é particularmente notável por sua capacidade de unir materiais sem derretê-los, preservando assim suas propriedades originais e minimizando defeitos.

Visão geral do processo

No FSW, um pino cilíndrico ou de formato especial, como um cilindro rosqueado, é inserido na junta da peça de trabalho. O cabeçote de soldagem, que abriga o pino, gira em alta velocidade e atrita com o material na junta. Esse atrito gera calor, fazendo com que o material amoleça e se torne plástico sem atingir seu ponto de fusão.

Principais etapas da soldagem por fricção

1. Fixação: A peça de trabalho deve ser fixada com segurança em uma almofada traseira para evitar movimentos durante o processo de soldagem.
2. Inserção e rotação: O cabeçote de soldagem gira em alta velocidade enquanto o pino é inserido na junta. A costura da peça de trabalho da borda se move em relação ao cabeçote de soldagem.
3. Fricção e agitação: A seção saliente do cabeçote de soldagem se estende para dentro do material, criando atrito e agitando o material amolecido. O ressalto do cabeçote de soldagem entra em atrito com a superfície da peça de trabalho, gerando calor adicional. Essa ação ajuda a evitar o transbordamento do material plástico e remove a película de óxido da superfície.
4. Formação de buraco de fechadura: No final do processo de soldagem, normalmente é deixado um buraco de fechadura no ponto de saída do cabeçote de soldagem. Esse buraco de fechadura pode ser removido ou vedado usando outro método de soldagem, se necessário.

Vantagens da soldagem por fricção

• Soldagem de alta qualidade: A FSW produz soldas fortes e de alta qualidade com o mínimo de defeitos.
• Versatilidade: Pode soldar uma variedade de materiais diferentes, incluindo metais, cerâmicas e plásticos.
• Facilidade de mecanização e automação: O processo é adequado para mecanização e automação, levando a uma qualidade consistente.
• Eficiência de custo: O FSW é um método econômico devido à sua alta eficiência e baixas taxas de defeitos.

Aplicativos

A soldagem por fricção é amplamente utilizada em setores como aeroespacial, automotivo, construção naval e ferroviário, onde juntas de alta resistência e qualidade são essenciais. Sua capacidade de unir materiais diferentes também a torna valiosa em aplicações de fabricação que exigem a combinação de diferentes propriedades de materiais.

4. Soldagem por feixe de elétrons (EBW)

A soldagem por feixe de elétrons (EBW) é uma técnica de soldagem sofisticada que utiliza a energia térmica gerada por um feixe de elétrons acelerado e focalizado. Esse feixe bombardeia o material a ser soldado, em um ambiente com ou sem vácuo, para obter a solda desejada.

Aplicativos

O EBW é amplamente utilizado em vários setores de alta precisão, incluindo:

• Aeroespacial
• Energia atômica
• Defesa Nacional e Militar
• Fabricação de automóveis
• Instrumentos elétricos

A técnica é favorecida por suas inúmeras vantagens, como a ausência de eletrodos, a oxidação reduzida, a excelente repetibilidade do processo e a mínima deformação térmica.

Princípio de funcionamento

1. Emissão de elétrons: Os elétrons são emitidos do cátodo do canhão de elétrons.
2. Aceleração: Sob a influência de uma tensão de aceleração, esses elétrons são acelerados a velocidades que variam de 0,3 a 0,7 vezes a velocidade da luz, ganhando energia cinética significativa.
3. Foco: O feixe de elétrons de alta densidade é focalizado usando lentes eletrostáticas e eletromagnéticas dentro do canhão de elétrons.
4. Impacto e geração de calor: Quando o feixe de elétrons atinge a superfície da peça de trabalho, sua energia cinética é convertida em energia térmica, fazendo com que o metal derreta e evapore rapidamente.
5. Formação de buraco de fechadura: O vapor metálico de alta pressão cria um pequeno orifício, conhecido como buraco de fechadura, na superfície da peça de trabalho.
6. Formação da solda: À medida que o feixe de elétrons e a peça de trabalho se movem um em relação ao outro, o metal líquido flui ao redor do buraco da fechadura e se solidifica, formando a solda na parte posterior do banho de solda.

Principais características

1. Penetração e densidade de potência: O feixe de elétrons tem forte penetração e alta densidade de potência, resultando em uma grande relação entre profundidade e largura da solda, que pode chegar a 50:1. Isso permite a soldagem de materiais de grande espessura em um único passe, com uma espessura máxima de soldagem de até 300 mm.
2. Acessibilidade e velocidade: O EBW oferece excelente acessibilidade e velocidades de soldagem rápidas, geralmente acima de 1 m/min.
3. Zona afetada pelo calor: O processo produz uma pequena zona afetada pelo calor, levando a uma deformação mínima da solda e a uma alta precisão estrutural.
4. Versatilidade: A energia do feixe de elétrons pode ser ajustada para acomodar uma ampla gama de espessuras de metal, de 0,05 mm a 300 mm, sem a necessidade de uma ranhura. Isso torna o EBW uma opção versátil em comparação com outros métodos de soldagem.
5. Compatibilidade de materiais: O EBW é adequado para soldar uma variedade de materiais, especialmente metais ativos, metais refratários e peças de alta qualidade.

5. Soldagem ultrassônica de metais

A soldagem ultrassônica de metais é um método exclusivo e avançado de unir metais semelhantes ou diferentes, utilizando a energia de vibração mecânica da frequência ultrassônica. Diferentemente dos métodos de soldagem tradicionais, a soldagem ultrassônica de metais não requer a aplicação de uma corrente elétrica ou de uma fonte de calor de alta temperatura na peça de trabalho.

Princípio de funcionamento

Na soldagem ultrassônica de metais, sob pressão estática, a energia de vibração do transdutor ultrassônico é convertida em trabalho de fricção, energia de deformação e um aumento limitado de temperatura. Esse processo resulta em ligação metalúrgica entre as juntas, criando uma solda em estado sólido sem derreter os metais de base. As vibrações mecânicas fazem com que as superfícies metálicas se friccionem umas contra as outras, quebrando os óxidos e contaminantes da superfície e permitindo que as superfícies metálicas limpas se unam em nível molecular.

Vantagens

A soldagem ultrassônica de metais oferece várias vantagens:

• Velocidade: O processo de soldagem é rápido, geralmente concluído em uma fração de segundo.
• Eficiência energética: Consome menos energia em comparação com os métodos tradicionais de soldagem.
• Alta resistência à fusão: As soldas produzidas são fortes e duráveis.
• Boa condutividade: O processo mantém a condutividade elétrica e térmica dos materiais.
• Falta de faíscas: Não há faíscas, o que o torna mais seguro e limpo.
• Processamento a frio: O processo é semelhante ao trabalho a frio, que minimiza a distorção térmica e as tensões residuais.

Aplicativos

Essa técnica de soldagem é versátil e pode ser usada para:

• Soldagem de ponto único: Ideal para soldas pequenas e precisas.
• Soldagem de múltiplos pontos: Adequado para aplicações que exigem vários pontos de solda.
• Soldagem de tiras curtas: Eficaz para unir comprimentos curtos de tiras de metal.

Os materiais comumente soldados usando a soldagem ultrassônica de metais incluem:

• Cobre
• Prata
• Alumínio
• Níquel
• Outros fios ou chapas não ferrosos

A tecnologia é amplamente utilizada em vários setores para aplicações como:

• Soldagem de cabos de SCR (retificador controlado por silício)
• Fusíveis
• Cabos elétricos
• Bateria de lítio peças de polo
• Olhais de polo

Limitações

Apesar de suas vantagens, a soldagem ultrassônica de metais tem algumas limitações:

• Espessura: As peças metálicas soldadas geralmente não devem exceder 5 mm de espessura.
• Tamanho do ponto de solda: O ponto de solda não deve ser muito grande.
• Requisito de pressão: Deve-se aplicar uma pressão adequada para obter uma solda bem-sucedida.

6. Soldagem de topo com flash

A soldagem de topo com flash é uma técnica de soldagem especializada usada para unir duas peças de metal, aquecendo-as com resistência elétrica e, em seguida, aplicando pressão para forjá-las. Esse método é particularmente eficaz para unir metais com alta condutividade elétrica e é amplamente utilizado em várias aplicações industriais, inclusive na fabricação de trilhos de trem, tubulações e componentes estruturais.

Princípio da solda de topo com flash

O princípio da solda de topo rápida envolve o uso de uma máquina de solda de topo para colocar as duas extremidades das peças de metal em contato. Aqui está uma análise detalhada do processo:

1. Contato inicial e aquecimento:
   • As duas peças de metal a serem soldadas são mantidas no lugar por dois eletrodos de fixação, que são conectados a uma fonte de alimentação.
   • Uma baixa tensão e uma alta corrente são aplicadas, fazendo com que o metal no ponto de contato se aqueça devido à resistência elétrica.
   • À medida que o grampo móvel é movido, as duas faces das extremidades das peças fazem um leve contato, o que as eletrifica e aquece.
2. Formação do Flash:
   • O aquecimento faz com que o metal no ponto de contato atinja um estado fundido, levando à formação de uma faísca ou flash quando o metal líquido explode.
   • Essa ação de flashing continua à medida que o dispositivo móvel avança, aquecendo ainda mais as duas extremidades das peças.
3. Forjamento e soldagem:
   • Quando o metal atinge a temperatura desejada e está suficientemente amolecido, as extremidades das duas peças de trabalho são extrudadas juntas.
   • A energia de soldagem é cortada e a pressão axial é aplicada rapidamente para forjar as peças juntas, solidificando a junta.
   • A resistência da junta ajuda a manter o calor, garantindo uma solda forte.

Descrição detalhada do processo

• Fixação e aplicação de energia:
  • As peças de metal são presas com segurança por eletrodos de fixação.
  • A fonte de alimentação é ativada, e uma alta corrente flui pelo ponto de contato, gerando calor na resistência.
• Aquecimento e formação de flash:
  • O leve contato inicial entre as peças de metal causa aquecimento localizado.
  • À medida que o metal se aquece e atinge o estado fundido, um flash é produzido devido à natureza explosiva do metal líquido no ponto de contato.
  • Essa intermitência continua à medida que a braçadeira móvel avança, garantindo que ambas as extremidades sejam adequadamente aquecidas.
• Forjamento e solidificação final:
  • Ao atingir a temperatura ideal, a energia de soldagem é cortada.
  • A pressão axial é aplicada para forjar as peças de metal juntas, criando uma junta de solda sólida e forte.

Exemplo: Solda de topo com flash de aço

No caso da soldagem de topo com flash de aço, o processo envolve a inserção de duas barras de aço em uma junta de topo. A corrente de soldagem que passa pelo ponto de contato gera calor de resistência, derretendo o metal e produzindo uma forte faísca. Esse flash libera traços de moléculas e geralmente é acompanhado de um odor pungente. O processo de soldagem é concluído com a aplicação rápida de força de forjamento, resultando em uma solda robusta e durável.

Vantagens da solda de topo com flash

• Juntas de alta qualidade: Produz soldas fortes e confiáveis com excelentes propriedades mecânicas.
• Eficiência: O processo é relativamente rápido e pode ser automatizado para altas taxas de produção.
• Versatilidade: Adequado para uma ampla gama de metais e aplicações, incluindo projetos industriais de grande escala.