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Soldagem por Fricção

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Curso: Engenharia Mecânica
	
	Disciplina: Tecnologia Metalúrgica
	
	Professor: Oscar Olimpio de Araujo Filho
	
	Alunos: Caio Freitas Dornelas, Danilo Gomes Cavalcanti, Diego Vinicio da Silva Nascimento, Emilly Cristine Pereira da Silva, Samir José Nunes Gonçalves.
SOLDAGEM POR FRICÇÃO (FRW – Friction Welding)
HISTÓRICO 
Apesar do conhecimento que a força de atrito gera calor ser de tempos bastante antigos pela humanidade, a história da soldagem utilizando este recurso é bastante recente. 
De acordo com a American Welding Society (AWS), a origem do processo de soldagem por fricção é conhecida desde o ano de 1891, quando o primeiro processo desta natureza foi patenteado nos Estados Unidos da América. Outros processos foram patenteados ao redor da Europa, na Alemanha em 1929, na Inglaterra entre os anos de 1939 a 1944, e na União Soviética em 1956. E depois foram feitas diversas inovações nos Estados Unidos da América, sendo modificado e patenteado em 1966; na década de 60, os avanços na soldagem por fricção foram favorecidos pelo interesse de diversas empresas americanas em desenvolver esta técnica.
A partir do crescimento alcançado, outros países desenvolvidos industrialmente começaram a estudar e aprimorar as técnicas do processo de soldagem por fricção a fim de ampliar e melhorar suas aplicações. 
O método de soldagem por fricção não é um processo disseminado na indústria brasileira, chegando-se ao ponto de não se encontrar relato algum de uso dessas máquinas no Brasil. Muito desta dificuldade é explicada pelo fato dos equipamentos possuem valores muitos mais elevados do que os equipamentos de soldagem ao arco elétrico (eletrodo revestido, MIG/MAG). O processo de soldagem por fricção se limita a países que possuem avanços na automatização da indústria, como os EUA, Japão, Tigres Asiáticos, etc. 
DESCRIÇÃO
A soldagem por fricção, também conhecida como soldagem por atrito, utiliza algo muito comum para todos nós, o atrito, presente em todas as situações. 
É um processo de união no estado sólido, no qual a coalescência entre peças metálicas é obtida por aquecimento, em temperaturas menores do que a temperatura de fusão dos materiais bases, através de atrito entre as peças e pela aplicação de pressão. 
	
	Sequência básica de soldagem por fricção.
A forma mais comum de soldagem por fricção é pelo o seguinte arranjo: 
Uma das peças sofre giro com velocidade constante enquanto a outra é estacionária. 
A peça estacionária é pressionada contra a superfície da peça girante, gerando atrito.
Energia cinética é convertida em calor, sendo absorvido pela região imediatamente próxima às superfícies em contato. A princípio o aquecimento ocorre somente nas partes salientes destas superfícies, onde há atrito e consequentemente nestes pontos que estão a uma temperatura elevada há fusão e no instante seguinte são cisalhados devido ao movimento da peça. Assim a força axial e o calor gerado provocam a deformação plástica das peças, à medida que o processo continua. Devido à pressão aplicada e a ação da força centrífuga, a massa deformada plasticamente flui para fora dos limites da peça na forma de rebarba, arrastando os óxidos superficiais existentes, além de toda a energia gasta para fluir o metal coalescido impede que fases líquidas sejam formadas. 
Quando a temperatura atinge a temperatura de forjamento a quente da liga, aplica-se uma força final, consolidando a união.
	
	
	
	
	
	
	Esquema microscópico das superfícies em atrito.
Ao final do processo de soldagem, encontra-se o “colar” (uma camada de material abrasivo gerado sobre a região da solda). Após um curto período, a camada é esfriada pela temperatura ambiente, então a máquina de soldagem é ligada e faz com que as peças já soldadas girem novamente. Com o auxílio de uma ferramenta de corte (uma lâmina), o colar é facilmente destacável da peça acabada, fazendo com que a superfície da solda fique lisa.
	
	Camada de material abrasivo ao redor da solda.
È possível unir barras cilíndricas com diâmetros dentro da faixa de 3 a 200 mm, utilizando um equipamento de soldagem por fricção fornecido comercialmente.
	
	Classificações em função do movimento relativo e do acionamento.
ETAPAS CARACTERÍSTICAS
A descrição baseada na curva de torque de fricção divide o processo em três etapas:
Etapa de Fricção: O torque aumenta rapidamente após o primeiro contato. Logo alcança um pico e diminui antes de estabilizar marcando o fim da etapa 1. O rápido aumento e queda gradativa do torque está associada ao intertravamento, microsoldas e ruptura de asperezas e subsequente amolecimento do material pelo aquecimento.
Etapa de Aquecimento: O torque mantém-se relativamente constante durante a etapa 2, indicando que o processo alcança um equilíbrio entre encruamento por deformação e amolecimento devido ao aumento da temperatura.
Etapa de Forja: A etapa começa no instante em que o eixo é desacelerado. Para efetuar a forja a carga axial é aumentada. O torque aumenta novamente formando um segundo pico antes de cair até zero. Este pico varia com a desaceleração e a força aplicada. Sob algumas circunstâncias o pico de torque pode ser suprimido. Como a força de frenagem pode ser controlada, o tempo de frenagem pode ser uma das variáveis controladas do processo. Quando a frenagem é quase instantânea o torque cai abruptamente e uma força axial maior é aplicada para produzir a forja. Quando a força axial permanece constante, menores taxas de frenagem levam a picos mais altos. Se a força axial é incrementada na fase 3, o tempo de frenagem é diminuído, mas o pico ainda aumenta em decorrência do maior carregamento. Aumentar o torque por fricção contribui na forja torsional, a qual é mais efetiva que a forja unicamente por aumento da carga axial.
	
	Evolução dos parâmetros durante a solda por fricção.
VARIAÇÕES DO PROCESSO
As variações do método convencional de soldagem por fricção podem ter as seguintes configurações:
Configuração básica: Uma peça é posta em rotação e a outra é restringida de rotação.
Rotação contrária: Ambas as peças de trabalho são postas em rotação, mas em sentidos contrários.
Rotação central (Centre drive): A peça do centro é posta em rotação, enquanto as outras duas são impulsionadas por forças axiais, gerando duas soldas e aumentando a produtividade.
Soldagem dupla (Twin weld): Geram duas soldas como no caso anterior, porém são as peças das extremidades que são postas em rotação.
Soldagem radial: Uma peça cilíndrica é soldada por uma combinação de carregamentos de compressão radiais e axiais a duas outras peças cilíndricas de menor diâmetro. É comum este tipo de trabalho no reparo de oleodutos.
	
	Classificação dos tipos mais comuns de juntas para a soldagem por fricção.
FORNECIMENTO DE ENERGIA
De acordo com as normas da AWS existem dois processos de fornecimento de energia para esta tecnologia, devido as patentes em diferentes países. As etapas de ambos são muito similares, porém a tecnologia do método é diferente; onde a diferença principal entre elas está na característica de rotação de uma das peças envolvidas. 
Soldagem por Fricção Convencional (Russo)
Também chamado de soldagem por fricção de arraste / acionamento contínuo, ou soldagem por fricção com impulsão / acionamento direto.
As peças de trabalho são fixadas nas garras da máquina. 
Uma peça é fixada e rotacionada por uma unidade motora a uma velocidade pré-determinada pelo projeto que é constante durante todo o processo. 
A outra peça, restringida de rotação e alinhada com a primeira, é deslocada linearmente por meio de um pistão hidráulico até tocar a peça girante, aplicando-se uma força axial de atrito a ela.
No contato das superfícies, devido a rotação e a pressão resultante da força axial, ocorre o atrito e consequentemente o aquecimento da superfície de solda. Então quando a temperatura de forjamento é alcançada, a unidade motoraé desconectada e um freio é acionado interrompendo o movimento de rotação.
Então, o módulo da força axial é aumentado (ou seja, aumenta a pressão), atingindo a força axial de forjamento. Quando esta intensidade é alcançada, o regime é mantido até que as juntas estejam soldadas.
	
	
	
	Equipamento de soldagem por fricção convencional.
	
	Etapas da soldagem por fricção convencional.
	
	Ciclo de solda por fricção convencional.
Existem duas formas de controlar o fim da soldagem:
- Terminar a solda no período pré-determinado pelo projeto através de parâmetros constantes.
- Levando em consideração a quantidade total de deslocamento, que determina o fim do processo. 
Uma alternativa que tem sido aplicada é o controle através da temperatura das junções soldadas.
Soldagem por Fricção Inercial (Americano)
Também chamado de soldagem por fricção com arraste / acionamento inercial.
As duas peças de trabalho são fixadas às garras da máquina de soldar, mas uma delas é conectada a um volante acumulador de energia (grande momento de inércia), enquanto a outra, que é restringida de rotação, é posicionada e alinhada com essa peça por meio de um pistão hidráulico.
O volante é acelerado pela unidade motora até atingir a velocidade angular pré-determinada, armazenando a energia. 
Quando esta velocidade é atingida, então o motor é desacoplado e só então as peças são postas em contato por pressão axial, gerando um atrito entre as superfícies sob forças axiais de compressão.
A partir daí, a energia cinética acumulada pela inércia do volante é dissipada em forma de calor na junta soldada, de acordo com que a velocidade do volante decresce até cessar o movimento.
Normalmente aplica-se uma pressão final, alcançando o módulo da força de forjamento, que é mantida por um tempo após o repouso do volante, completando o processo de soldagem. 
	
	
	
	Equipamento de soldagem por fricção inercial.
	
	Etapas da soldagem por fricção inercial.
	
	Ciclo de solda por fricção inercial.
MÁQUINA DE SOLDAGEM
	
	Máquina de soldagem por fricção.
O equipamento básico de uma máquina de soldagem por fricção consiste de:
Cabeçote de fixação das peças
Sistema para produzir o movimento de rotação
Sistema para aplicação de forças axiais de pressão
Outros componentes são:
Unidade central: É o componente responsável por gerar eletricidade para rotacionar o motor de acionamento. Sua função é transformar a corrente alternada da rede em uma forma de corrente que possa atender os parâmetros da máquina, funcionando como um transformador.
Motor de acionamento: Máquina que gera a rotação do eixo girante durante o processo de soldagem. O eixo girante está acoplado ao motor de acionamento.
Painel de controle: Possui as opções de função da máquina, podendo-se aumentar ou diminuir a velocidade de rotação, aumentar a força axial, etc.
Interruptores: São responsáveis pelo desligamento da máquina, caso uma corrente de curto-circuito seja gerada na alimentação da máquina.
Carcaça de aço leve: Estrutura que sustenta e abriga os componentes elétricos da máquina. É fabricado em aço leve para facilitar o transporte.
Existem vários tipos de máquinas de soldagem, porém elas se encontram distribuídas em dois grupos principais, em função do fornecimento de energia.
	
	
	Máquina de soldagem por fricção convencional.
	Máquina de soldagem por fricção inercial.
Características dos equipamentos básicos para soldagem
Soldagem convencional
Rotação do eixo: 1000 – 3000 (rpm)
Força de forjamento: 60 – 1350 (kN)
Diâmetro do sólido: 25 – 120 (mm)
Área tubular: 6690 – 12900 (mm²)
Soldagem por inércia
Rotação do eixo: 500 – 60000 (rpm)
Força de forjamento: 2 – 20000 (kN)
Área tubular: 45 – 150000 (mm²)
Como reparado nos limites de operação das máquinas, verifica-se que o processo inercial possui uma faixa de aplicação bem maior do que o método convencional, que possui uma faixa bem limitada se comparada ao método inercial.
VARIÁVEIS 
Velocidade relativa das superfícies
A velocidade de rotação normalmente utilizada fica em torno de 600 rpm. 
Altas velocidades rotacionais Baixas taxas de resfriamentos Aumento do tamanho de grão Largas ZTAs Dureza mais baixa no contorno das superfícies da solda.
Baixas velocidades de rotação Altas taxas de resfriamento Estrutura fina na ZTA com um perfil mais severo em comparação com uma solda produzida a altas velocidades de rotação.
Pressão axial
A pressão de aquecimento e de soldagem dependem do material a ser soldado e normalmente estão, respectivamente, entre as faixas de 30 a 60 Mpa e 80 a 155 Mpa. 
Deve ser alta o suficiente para colocar as superfícies de atrito em contato íntimo, de forma a manter as substâncias estranhas fora da interface de solda e para evitar a oxidação.
O tempo de soldagem decresce com o aumento da pressão uma vez que quanto maior a pressão, mais rápido o material é consumido e menor o tempo de soldagem.
Altas pressões Aquecimento local e rápida redução axial (alta taxa de deslocamento).
Deslocamento e taxa de deslocamento
Usada para controlar o ciclo de soldagem. 
O tempo necessário para se chegar a quantidade de deslocamento pré-estabelecida é influenciado pela pressão e velocidade aplicadas. 
Uma velocidade mais baixa resulta em uma taxa de deslocamento maior para a mesma pressão nominal.
Taxa de deslocamento é aumentada Tempo total de soldagem é reduzido Existe menos tempo disponível para o crescimento de grãos e para a homogeneização acontecer.
Tempo de aquecimento
Definido como o período desde o contato inicial das superfícies de atrito até a parada do eixo.
Significativamente influenciado pela pressão axial e pela velocidade rotacional.
Quando trabalhamos com um tempo de atrito (aquecimento) muito curto, temos a facilidade de obter inclusão de óxidos e póros, e um tempo de atrito muito longo facilita o excesso de fusão de material podendo surgir pontos de fase líquida. 
Reduz quando a pressão é aumentada e quando a velocidade rotacional decresce.
Para uma dada pressão, o tempo de aquecimento aumenta com o aumento da velocidade rotacional.
Maneiras de ser controlado:
Com um dispositivo de contagem de tempo.
Pelo comprimento total de deslocamento, ou seja, depois de uma redução axial predeterminada (quantidade de deslocamento).
Com o controle do ponto de máxima temperatura, uma vez que se for conhecido o ponto de temperatura máxima é possível prever a característica das propriedades finais da solda.
	
	Comportamento das variáveis durante soldagem inercial e convencional.
 
	
	Efeitos das variáveis de soldagem na interface e o formato do caldeamento e rebarbas formadas.
	 
	Variações e consequências dos parâmetros do processo.
	
	Valores de algumas variáveis do processo, características da soldagem por atrito convencional.
VARIAÇÕES RECENTES
Friction stir welding (FSW)
Neste processo, uma ferramenta não consumível gira rapidamente entre duas chapas posicionadas topo a topo, o atrito aquece e faz com que o material de ambas as chapas seja misturado, destruindo a interface de separação entre elas e consolidando a união.
	
	Esquema da Friction stir welding.
Friction hydro pillar processing (FHPP) 
Este processo consiste de duas etapas: uma primeira de furação e uma segunda de enchimento. Nesta última, o consumível ou material de enchimento, equivalente ao material a ser reparado, é posto primeiramente em rotação e em seguida introduzido axialmente dentro da cavidade previamente aberta (o diâmetro do furo é maior que o do pino). Devido ao contato inicial do consumível com o fundo da cavidade, calor será gerado por fricção, promovendo assim o escoamento do material plastificado ao longo do plano de cisalhamento na base do consumível. Assim, com uma escolha apropriada de pressão e velocidade relativa, os planos de cisalhamento são induzidos a mover-se axialmente, de forma que o materialde adição entre em contato íntimo com a parede interna da cavidade. Devido à fricção e deformações a que o material é submetido, a solda acontece entre as paredes da cavidade e o consumível num tempo entre 5 e 20 segundos, dependendo do material, da velocidade relativa, da pressão axial e da profundidade da cavidade.
 
	
	Esquema da Friction hydro pilar processing.
	
	Macrografia com a sequência de deposição de metal.
Duas técnicas diferentes podem ser usadas:
A cavidade de formato cônico, onde as forças envolvidas são melhor distribuídas. 
Configuração cilíndrica, na qual as forças atuantes são maiores porque são concentradas no fundo da cavidade. 
Em ambas as técnicas a qualidade da união entre a superfície da cavidade e o consumível é excelente. 
	
	Variações do processo FHPP, cônica e cilíndrica.
Costura por fricção (Friction stitch welding) 
A costura por fricção usa o método FHPP apresentado anteriormente, para o reparo de trincas, porém o atrito aquece a lateral do pino e o diâmetro do furo é igual ou menor que o do pino.
O processo se caracteriza por produzir uma série de soldas sobrepostas, em um ou mais passes até que a trinca seja completamente restaurada. 
	
	
	
	Esquema da costura por fricção com pontos alinhados. 
	
	Esquema da costura por fricção com pontos intercalados.
As duas variações da técnica FHPP podem ser usadas na soldagem de costura por fricção. A cavidade de formato cônico é usada para reparos de estruturas de parede fina, uma vez que as forças envolvidas são melhor distribuídas. 
As principais aplicações da soldagem de costura por fricção são os reparos de estruturas "offshore" reparos de oleodutos submarinos, manutenção e reparos de trincas na indústria nuclear. 
DISPOSIÇÕES METALÚRGICAS DO PROCESSO
Devido ao rápido aquecimento e resfriamento localizado do metal dentro de um volume limitado sob aplicação de elevada pressão, o processo de soldagem por fricção produz junções com estrutura metalúrgica composta por grãos finos e equiaxiais.
	
	ZTA de uma Barra, de aço SAE 1045 com 1" de diâmetro, Soldada por Fricção, no lado a) com velocidade = 0,84 m/s e no lado b) velocidade = 3,30 m/s.
Zona A: Área de deformação plástica severa. Aqui ocorreu atrito e transferência de partículas metálicas para a outra peça. Considera-se que a temperatura nesta região seja de aproximadamente 1300 ºC e a granulação do metal é fina. 
Zona B: Área de grão refinado. O exame indicou que houve nesta região deformação plástica considerável, ainda que não tenha diretamente participado do atrito e da transferência de partículas pelo caldeamento. Nesta região a temperatura alcançada é de 1250 ºC perto do limite com a zona A e 950 ºC perto do limite da zona C. Bainita superior (adjacente) ao redor da zona A e bainita inferior nos outras regiões da zona. 
Zona C: Zona inter-crítica. Esta zona sofre aquecimento entre 730 e 850 ºC. A perlita desta região, rica em Carbono foi austenitizada e a ferrita não sofreu transformação. 
Zona D: Zona esferoidizada. Esta região foi aquecida entre 650 e 730 ºC. A cementita presente foi encontrada em lâminas e houve esferoidização da perlita. 
Zona E: Zona de recristalização da ferrita. A temperatura entre 550 e 650 ºC proporcionou a recristalização da ferrita deformada e houve pequeno crescimento de grão. 
Zona F: Estrutura do metal base. Temperatura, nesta região, não superior a 550 ºC. Não houve transformação de fase.
CARACTERÍSTICAS MICROESTRUTURAIS
A natureza de estado sólido do processo FSW (friction stir welding), combinado com sua ferramenta inovadora e natureza assimétrica, resulta em uma microestrutura bem característica. A microestrutura pode ser dividida nas seguintes zonas:
Zona de mistura (Weld nugget – WN): É uma região de material intensamente deformado, que corresponde de forma aproximada à localização do pino durante a soldagem. Os grãos desta região são aproximadamente equiaxiais e frequentemente uma ordem de magnitude menores que os grãos do material base. Uma característica única desta zona é a ocorrência comum de vários anéis concêntricos que tem sido referenciados como estrutura de "anel de cebola. Sua presença documenta a mecânica complexa do processo, uma combinação de movimento de rotação, longitudinal e vertical do material plastificado.
Zona de fluxo de braço (Flow arm): Está na superfície superior da solda e consiste de material que é arrastado pelo ombro no lado de recuo da solda, em torno da parte traseira da ferramenta, e depositado no lado de avanço.
Zona termomecanicamente afetada (Thermo-mechanically affected zone - TMAZ): Ocorre em ambos os lados da zona de mistura. Nesta região as deformações e temperaturas são menores e o efeito da solda sobre a microestrutura é correspondentemente menor. Ao contrário da zona de mistura a microestrutura é reconhecidamente a do material base, mas significativamente deformada e rotacionada.
Zona termicamente afetada (Heat-affected zone - HAZ): É comum a todos os processos de solda. Como indicado pelo nome, esta região é submetida a um ciclo térmico, mas não é deformada durante a solda (as temperaturas são menores que aquelas da TMAZ). Resultando em uma microestrutura semelhante ao do material de base, mas podem ainda ter um efeito significativo se a microestrutura é termicamente instável. De fato, em ligas de alumínio endurecidas por envelhecimento, esta região tem frequentemente as piores propriedades mecânicas. 
	
	
	
	Fluxo de braço.
	
	
	Microestruturas em várias zonas de uma solda FSW de chapas laminadas com dimensão 300x150x5mm e material liga de alumínio AW6082-T6.
	
DEFEITOS
	
	Principais defeitos na soldagem por fricção.
Caso existam impurezas, inclusões ou defeitos no material (que são influentes na resistência da solda), estes serão arrastados pelas linhas de fluxo originadas pela pressão que é aplicada. Na soldagem convencional elas são radiais porque, quando é aplicada a pressão final sobre a junta, ela está praticamente imóvel. No processo de soldagem por atrito inercial elas são espiraladas, pois a pressão é aplicada com a peça ainda em movimento radial. 
	
	Linhas de fluxo.
Na FSW, a separação entre as zonas de cordão de soldadura, TMAZ e fluxo de braço dá origem a um defeito túnel (também chamado de "buraco de verme"). Esse defeito é atribuído à velocidade de rotação insuficiente ou excessiva combinado com baixa força descendente. Em tal caso, as partes soldadas não podem ser corretamente agitadas e misturadas em conjunto e um túnel é criado, correndo ao longo de toda a solda.
	
	Estágio incial de defeito túnel em solda por friction stir welding (FSW) de chapas laminadas com dimensão 300x150x5mm e material liga de alumínio AW6082-T6.
A situação em que o túnel está começando a formar, mas não há separação real de metal, deve ser considerada perigosa, uma vez que é difícil de detectar com métodos de ensaio destrutivos não convencionais, especialmente quando eles são realizados em local da construção e não em condições de laboratório. 
A radiografia não revela este defeito, pois este método baseia-se na diferença de absorção de radiação por partes de material examinado caracterizado pela densidade e orientação diferente, isto é, quando existe uma inclusão de material diferente ou uma clara separação de material de preferência, na direção paralela à direção de radiação. O exame de ultra-som poderia ser mais confiável em revelar tais defeitos uma vez que se baseia na reflexão de ondas acústicas a partir de qualquer obstáculos, mas existe um problema é relacionado com a microestrutura de grãos grosseiros (como em alumínio, por exemplo), em que o sinal resultante é caracterizado por ruído muito intenso, o que torna quase impossível identificar ou distinguir ruído de defeitos.
PROPRIEDADES MECÂNCIAS
 
Na maior parte das aplicações, a junta soldada possui propriedades mecânicas iguais ou até superiores a, nomínimo, um dos metais participantes da junta.
Altas propriedades mecânicas de tração, dobramento e impacto.
Variação de dureza ao longo da ZTA é muito pequena e a resistência à fadiga é pouco afetada, principalmente quando após a soldagem realizado um tratamento de têmpera e revenido.
COMBINAÇÃO DE MATERIAIS
A soldagem por fricção oferece a possibilidade da soldagem de materiais dissimilares, com pontos de fusão diferentes, pois a soldagem não resulta de fusão e sim de caldeamento. Essas uniões são realizadas para aplicações onde diferentes propriedades são necessárias no mesmo componente, quando representa uma economia de fabricação ou quando a soldagem de metais dissimilares são difíceis ou até impossíveis de serem soldadas por outros processos (por exemplo, metais refratários e exóticos).
Para os materiais com baixo coeficiente de atrito, a soldagem fica dificultosa.
Materiais ou ligas com baixo coeficiente de atrito não podem ser soldados, pois a soldagem fica dificultosa, como é o caso dos bronzes ou latões com mais de 0,3% de Pb.
Certos aços com inclusão de sulfetos de manganês também não podem ser soldados devido a formação de fases frágeis da solidificação.
E no caso dos ferros fundidos existe um agravante, a grafita, que age como lubrificante. 
COMPARAÇÃO ENTRE OS DOIS TIPOS PRINCIPAIS DE SOLDAGEM POR FRICÇÃO
	Característica
	Convencional
	Inercial
	Faixa de aplicação
	Menor
	Maior
	Dimensão das peças
	Menor
	Maior
	Rigidez do sistema de giro da máquina e fixação das peças
	Menor rigidez, logo as garras do mandril são normais.
	Maior rigidez (maiores potências são necessárias), logo as garras do mandril devem ter alta eficiência para resistir a torques elevados e evitar a rotação da peça.
	Equipamento
	Pode ser projetado para operações portáteis
	Robusto para resistir a elevadas cargas axiais
	Fluxo de solda
	Radial
	Helicoidal
	Resistência mecânica da solda
	Menor (linhas de fluxo radiais)
	Maior (linhas de fluxo espiraladas)
	Torque
	Menor
	Maior
	Taxa de velocidade gerada
	Baixo
	Alto
	Estabilização da velocidade de rotação
	Mais rápido, pois exige menos esforços devido à ausência do volante.
	Mais devagar
	Energia de soldagem
	Baixo
(12 – 47 W/mm2)
	Alto
(23 – 174 W/mm2)
	Conversão de energia em calor friccional
	Energia constante durante a rotação
	Energia fixada no volante durante a rotação, sendo determinada pelos parâmetros de soldagem.
	Interrupção do movimento de rotação
	Dispositivo de frenagem
	Volante (picos de torque instantâneos são gerados quando ocorre uma parada abrupta, o que é responsável por custos maiores na fabricação das peças da máquina).
	Parâmetro de soldagem
	Velocidade de rotação
Força axial
Energia constante
	Momento de inércia
Velocidade de rotação
Força axial
	Tempo de soldagem
	Maior
	Menor (10% do tempo do processo convencional), favorecendo a produção em grande escala.
	Largura da ZTA
	Larga
	Estreita (devido ao próprio tempo de soldagem ser mais curto)
	Controle de qualidade
	Complexo
	Simples, pois depende somente de dois parâmetros: a frequência de rotação do volante e a pressão exercida pela peça sem movimento rotativo. O que exige menos habilidade do operador.
VANTAGENS 
Não exige metal de solda, fluxo e gás de proteção, que conciliado ao baixo consumo de energia e rapidez na execução, representam baixo custo.
Não gera fumos ou vapores tóxicos nocivos ao meio ambiente.
Não são necessários cuidados especiais com a preparação e limpeza da superfície.
O colar é facilmente removido durante a soldagem com auxílio de uma lâmina automática, não havendo necessidade de limpeza da superfície, característica dos processos ao arco elétrico.
Processo muito seguro que exige menos dos EPI’s, pois não emite radiação, faísca, fumaça (no nível dos processos ao arco elétrico) e não apresenta riscos de acidentes elétricos para o soldador, que pode até operar a máquina à distância.
Pode ser controlado a distância (atualmente, até 4 km de distância da unidade de soldagem), o que facilita sua aplicação em indústrias de produtos perigosos ou até de grandes dimensões.
Por não apresentar dispositivos de ignição, as máquinas de soldagem podem ser usadas livremente em áreas da indústria petroquímica, sem necessitar de que os aparelhos sejam desligados por risco de acidentes.
O baixo calor introduzido e os rápidos ciclos de soldagem fazem com que o processo seja adequado para aplicações em oleodutos em operação, linhas de gás e linhas de metanol.
A operação das máquinas é bastante simples e tem sofrido grande avanço na facilitação de operação com a introdução da automação, além dos parâmetros do processo ser de fácil controle. O que exige pouca ou nenhuma habilidade manual do soldador e permite a repetibilidade, fato extremamente importante para empresas que trabalham com produção em série.
Como as ligações entre os materiais ocorrem através de difusão e não por fusão, é possível fazer juntas de metais dissimilares que são difíceis ou até impossíveis de serem soldadas por outros processos (por exemplo, metais refratários e exóticos).
Como a soldagem ocorre no estado sólido em baixa temperatura, e consequentemente o calor gerado por esse processo é pequeno, preserva a microestrutura da maioria dos materiais, não gera distorções na junta soldada e elimina a necessidade de tratamento térmico após a soldagem.
Por não apresentar o fenômeno da solidificação, a junta está livre de defeitos comuns aos processos por fusão, como porosidade e segregação.
A zona termicamente afetada é relativamente estreita, se comparada aos outros métodos. E pode ser ainda menor quando aplicado o método por inércia.
As junções obtidas por meio desse processo têm alta qualidade.
Na maior parte das aplicações, a junta soldada possui propriedades mecânicas iguais ou até superiores a, no mínimo, um dos metais participantes da junta.
As junções produzidas por esse processo possuem alta resistência mecânica, permitindo a sua utilização em aplicações estruturais.
DESVANTAGENS
Apesar de produzir peças para usos abrangentes e com certa variedade de geometrias, deve haver um eixo de simetria na peça em rotação.
Limita-se à soldagem de juntas de topo planas, angulares e cônicas.
É desejável que os diâmetros das regiões de união das peças sejam iguais, mas quando em soldagem de materiais diferentes, a peça com maior resistência deverá ter o menor diâmetro.
Um dos materiais deve ser plasticamente deformável sob as condições de soldagem, necessariamente.
O atrito e aquecimento das peças deve ser preciso, pois é um fator crítico para a distribuição térmica uniforme na junta soldada.
O custo das máquinas e das ferramentas é relativamente alto, se comparado aos processos a arco elétrico.
As ligas usinadas são difíceis de serem soldadas.
A preparação das superfícies dos materiais Al, Cu e aço inoxidável deve ser considerada, devido à camada passiva.
Defeitos de laminação nos materiais podem causar problemas.
Não pode soldar peças de ferro fundido, pois o grafite atua como lubrificante. O mesmo efeito é gerado em peças metálicas com baixo coeficiente de atrito.
Aços com inclusões de sulfeto de manganês causam formações de áreas frágeis na solda.
APLICAÇÕES
A principal aplicação da soldagem por fricção está na indústria automobilística, sendo empregada quando uma peça precisa ser composta por dois componentes de metais diferentes. Assim, quando os componentes são soldados, aproveita-se a propriedade dessa tecnologia de que a zona termicamente afetada é bem menor do que nos processos de soldagem a arco elétrico. Geralmente, essa técnica é empregada para peças que são muito solicitadas, com grande risco de serem afetadas por falhas de fadiga.
Válvula bimetálica
Válvulas que possuem a ponta e a cabeça fabricadas em material diferente do corpo são projetadas para terem maior durabilidade através do aumento de dureza. Por ser uma peça muito solicitada nos motoresde combustão interna, pois está exposta a esforços gerados pela pressão dentro do cilindro, a força da mola, impactos causados no contato da cabeça do cilindro com os limitadores de movimento, etc, deve-se ter cuidado para que a solda gerada seja dúctil (resiste à deformação plástica) e dura, sendo que a solda não pode gerar uma zona termicamente afetada grande, por isso a escolha da soldagem por fricção.
Por se tratar de peças pequenas, o método usado é a soldagem por fricção convencional, que em alguns segundos é capaz de soldar as partes da válvula bimetálica.
	
	Detalhe do DCL simplificado de uma válvula de MCI; extremos da válvula bimetálica, mais dura do que as convencionais.
Eixo de pinhão em veículos com MCI dianteiro e tração traseira
O conjunto pinhão-coroa é responsável por reduzir a rotação cedida ao eixo do pinhão (proveniente do volante, que gira a rotações muito altas) para rotações compatíveis aos semi-eixos das rodas, transmitindo a rotação à coroa. O pinhão de ataque é uma engrenagem cônica, responsável pela rotação da coroa, que é uma engrenagem maior cujos semi-eixos rotacionam a velocidades menores devido à redução. Porém, como o eixo do pinhão deve suportar altas rotações do volante (logo, está exposto a tensões muito altas), o processo de soldagem do chanfro e de outras partes soldáveis devem ser executadas por fricção, para que ocorra aumento da resistência mecânica do conjunto. 
Esta técnica é mais comumente aplicável no caso de eixos para caminhões, e não para veículos de porte pequeno, pois as dimensões são maiores (peças muito grandes demoram para serem soldadas na maioria das tecnologias convencionais de soldagem), encurtando o tempo de soldagem. Além disso, as tensões geradas na rotação de um eixo de caminhão são bem maiores, justificando a aplicação.
Os semi-eixos das rodas também podem ser soldados por meio de fricção. Para que o tempo de modelagem do eixo seja menor, o diferencial é posicionado estaticamente entre duas máquinas de soldagem, que aproximam os dois semi-eixos animados de movimento rotativo, realizando duas soldas ao mesmo tempo.
	
	Localização do eixo do pinhão.
	
	Visão geral do diferencial traseiro de um veículo com MCI dianteiro e tração traseira (caminhões).
Eixo Central de Motores Wankel
O motor Wankel é um MCI rotativo com um rotor de três lados, que realiza em uma só rotação a aspiração, compressão, ignição e descarga dos gases da combustão, além de gerar muito menos vibrações na estrutura do motor por causa da sua geometria. Este rotor está acoplado a um eixo central, que também é chamado de eixo excêntrico (devido ao movimento impresso pelo rotor, que possui certa excentricidade), e suporta tensões muito altas devido à rotação dos motores Wankel serem elevadas, bem maiores do que os MCI alternativos de mesmo porte. Para aumentar a resistência mecânica nas regiões de acoplamento do eixo excêntrico, aplica-se a soldagem por fricção destes.
	
	
	
	Eixo excêntrico: “a” e “b” são os acoplamentos dos rotores do motor Wankel.
	
	Rotor do motor Wankel acoplado ao eixo excêntrico e o eixo fora do motor.
Tubos de perfuração
Os tubos de perfuração (vazados) são usados como brocas na indústria petrolífera para perfuração de poços. Para que se tornem úteis, é necessário que se forme um cordão de vários tubos, podendo pesar cerca de 3 ton. Como são peças muito robustas e que necessitam de elevada dureza, a soldagem por fricção inércia é excelente para a produção desses tubos. De acordo com as especificações da RDC (Ramde de Colombia Ltda.), os tubos são fabricados em liga aço-cromo-molibdênio 4145, que podem alcançar módulos de dureza na faixa 285-341 Bhn.
Além da soldagem por fricção (que pode ser por método convencional ou por inércia), outros processos de usinagem, conformação plástica (como a laminação a frio) e tratamentos químicos são aplicados para aumentar as propriedades mecânicas dos cordões de tubos, pois precisam ser muito resistentes para suportar as tensões de trabalho.
	
	Processo de soldagem convencional de tubos de perfuração e perfil dos tubos.
Trem de pouso de aviões
Nos aviões, a estrutura que absorve o impacto do trem de pouso é soldada por fricção. As juntas sofrem cargas muito altas quando o avião pousa, gerando tensões de módulos muito altos. Assim, as peças são forjadas através da soldagem por fricção, proporcionando maior resistência ao impacto do pouso.
	
	Estrutura para absorção de impactos na aterrissagem de aviões.

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