6 Novas técnicas avançadas de soldadura no fabrico moderno

Já alguma vez se interrogou sobre a forma como são construídos os automóveis elegantes, as pontes robustas e os aviões avançados dos nossos dias? Este artigo explora seis tecnologias de soldadura de ponta que estão a revolucionar o fabrico, desde a soldadura a laser à soldadura de metal por ultra-sons. Ao ler, descobrirá como estes métodos melhoram a precisão, a velocidade e a força em várias indústrias.

6 tipos de tecnologia avançada de soldadura

Índice

1. Soldadura a laser

A soldadura a laser utiliza a radiação laser para aquecer a superfície do material, sendo o calor conduzido internamente através da transferência de calor. Ao controlar parâmetros como a largura do impulso laser, a energia, a potência de pico e a frequência de repetição, forma-se uma poça de fusão específica na peça de trabalho.

Soldar a soldadura por pontos

Soldar a soldadura por pontos

Soldadura contínua a laser

Soldadura contínua a laser

Soldadura a laser

A soldadura a laser pode ser realizada através da utilização de um feixe de laser contínuo ou pulsado.

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

  • Soldadura por condução de calor: Ocorre quando a densidade de potência é inferior a 1010W cm2.
  • Soldadura por penetração profunda a laser: Ocorre quando a densidade de potência é superior a 1010W cm2A máquina de corte é uma máquina de corte de metal, que forma "buracos" no metal devido ao elevado calor, caracterizado por uma elevada velocidade e uma elevada relação profundidade/largura.
soldadura por condução de calor

A tecnologia de soldadura a laser é amplamente utilizada em indústrias de fabrico de alta precisão, tais como automóveis, navios, aviões e caminhos-de-ferro de alta velocidade. Melhorou muito a qualidade de vida das pessoas e empurrou a indústria de electrodomésticos para a era do fabrico de precisão.

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

Tecnologia de soldadura sem costura de 42 metros

O Grupo Haier, uma empresa líder em electrodomésticos, lançou orgulhosamente a primeira máquina de lavar roupa produzida com tecnologia de soldadura sem costura a laser.

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

2. Soldadura híbrida por laser

A soldadura híbrida a laser combina a soldadura por feixe de laser e a tecnologia de soldadura MIG (Metal Inert Gas) para produzir efeitos de soldadura óptimos, caracterizados por velocidades de soldadura rápidas e uma excelente capacidade de ponte de soldadura. Este método aproveita a precisão e a elevada densidade de energia da soldadura a laser com a versatilidade e as capacidades do material de enchimento da soldadura MIG.

Soldadura híbrida a laser

Vantagens da soldadura híbrida a laser

A soldadura híbrida a laser é atualmente considerada um dos métodos de soldadura mais avançados devido às suas inúmeras vantagens:

  1. Alta velocidade: A combinação da soldadura laser e da soldadura MIG permite velocidades de soldadura mais rápidas em comparação com os métodos de soldadura tradicionais.
  2. Deformação térmica mínima: A entrada de calor concentrada do laser reduz a entrada de calor global, minimizando a deformação térmica.
  3. Pequena zona afetada pelo calor (HAZ): O controlo preciso do laser resulta numa ZTA mais pequena, preservando a estrutura metálica e as propriedades mecânicas da soldadura.
  4. Excelente qualidade de soldadura: A abordagem híbrida melhora a qualidade da soldadura, combinando a penetração profunda da soldadura a laser com as capacidades do material de enchimento da soldadura MIG.
vantagens da soldadura híbrida a laser

Aplicações da soldadura híbrida a laser

A soldadura híbrida a laser é versátil e adequada para várias aplicações para além das estruturas de chapa para automóveis:

  1. Indústria automóvel: Ideal para a soldadura de chapas finas utilizadas em carroçarias de automóveis, oferecendo uma elevada precisão e resistência.
  2. Bombas de betão e lanças de gruas móveis: O aço de alta resistência é frequentemente utilizado nestas aplicações, e a soldadura híbrida a laser reduz a necessidade de processos adicionais como o pré-aquecimento, reduzindo assim os custos.
  3. Veículos ferroviários: Assegura soldaduras fortes e duradouras necessárias à integridade estrutural dos veículos ferroviários.
  4. Estruturas de aço convencionais: Aplicável na construção de pontes, tanques de combustível e outras estruturas de aço, proporcionando soldaduras robustas e fiáveis.

3. Soldadura por fricção

A soldadura por fricção (FSW) é uma técnica de soldadura inovadora e altamente eficaz que utiliza o calor de fricção e o calor de deformação plástica como principais fontes de calor. Este processo é particularmente notável pela sua capacidade de unir materiais sem os fundir, preservando assim as suas propriedades originais e minimizando os defeitos.

Visão geral do processo

No FSW, um pino cilíndrico ou de formato especial, como um cilindro roscado, é inserido na junta da peça de trabalho. A cabeça de soldadura, que aloja a cavilha, roda a alta velocidade e entra em fricção com o material na junta. Esta fricção gera calor, fazendo com que o material amoleça e se torne plástico sem atingir o seu ponto de fusão.

Principais etapas da soldadura por fricção

  1. Fixação: A peça de trabalho deve ser fixada firmemente a um suporte para evitar movimentos durante o processo de soldadura.
  2. Inserção e rotação: A cabeça de soldadura roda a alta velocidade enquanto a cavilha é inserida na junta. A costura da peça de trabalho da borda move-se em relação à cabeça de soldadura.
  3. Atrito e agitação: A secção saliente da cabeça de soldadura estende-se para dentro do material, criando fricção e agitando o material amolecido. O ombro da cabeça de soldadura esfrega contra a superfície da peça de trabalho, gerando calor adicional. Esta ação ajuda a evitar o extravasamento de material plástico e remove a película de óxido da superfície.
  4. Formação do buraco da fechadura: No final do processo de soldadura, é normalmente deixado um buraco de fechadura no ponto de saída da cabeça de soldadura. Este buraco de fechadura pode ser removido ou selado utilizando outro método de soldadura, se necessário.
Soldadura por fricção
Soldadura por fricção
Soldadura por fricção

Vantagens da soldadura por fricção

  • Soldadura de alta qualidade: A FSW produz soldaduras 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 automatização: O processo é adequado para mecanização e automação, levando a uma qualidade consistente.
  • Custo-eficácia: O FSW é um método económico devido à sua elevada eficiência e baixas taxas de defeitos.

Aplicações

A soldadura por fricção é amplamente utilizada em indústrias como a aeroespacial, automóvel, construção naval e ferroviária, onde são essenciais juntas de elevada resistência e qualidade. A sua capacidade de unir materiais diferentes também a torna valiosa em aplicações de fabrico que requerem a combinação de diferentes propriedades de materiais.

4. Soldadura por feixe de electrões (EBW)

A soldadura por feixe de electrões (EBW) é uma técnica de soldadura sofisticada que utiliza a energia térmica gerada por um feixe de electrões acelerado e focalizado. Este feixe bombardeia o material a soldar, num ambiente de vácuo ou sem vácuo, para obter a soldadura pretendida.

Soldadura por feixe de electrões

Aplicações

O EBW é amplamente utilizado em várias indústrias de alta precisão, incluindo:

  • Aeroespacial
  • Energia atómica
  • Defesa Nacional e Militar
  • Fabrico de automóveis
  • Instrumentos eléctricos

A técnica é favorecida pelas suas numerosas vantagens, tais como a ausência de eléctrodos, a oxidação reduzida, a excelente repetibilidade do processo e a deformação térmica mínima.

Soldadura por feixe de electrões

Princípio de funcionamento

  1. Emissão de electrões: Os electrões são emitidos a partir do cátodo do canhão de electrões.
  2. Aceleração: Sob a influência de uma tensão de aceleração, estes electrões são acelerados a velocidades que variam entre 0,3 e 0,7 vezes a velocidade da luz, ganhando uma energia cinética significativa.
  3. Focalização: O feixe de electrões de alta densidade é focado por lentes electrostáticas e electromagnéticas no canhão de electrões.
  4. Impacto e produção de calor: Quando o feixe de electrões incide sobre a superfície da peça, a sua energia cinética é convertida em energia térmica, provocando a rápida fusão e evaporação do metal.
  5. Formação do buraco da 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 electrões e a peça de trabalho se movem um em relação ao outro, o metal líquido flui à volta do buraco da fechadura e solidifica, formando a soldadura na parte de trás do banho de soldadura.
Máquina de soldar por feixe de electrões

Características principais

  1. Penetração e densidade de potência: O feixe de electrões tem uma forte penetração e uma elevada densidade de potência, resultando numa grande relação profundidade/largura da soldadura, que pode atingir 50:1. Isto permite a soldadura de materiais de grande espessura num único passe, com uma espessura máxima de soldadura de até 300 mm.
  2. Acessibilidade e rapidez: A EBW oferece uma excelente acessibilidade e velocidades de soldadura rápidas, geralmente superiores a 1m/min.
  3. Zona afetada pelo calor: O processo produz uma pequena zona afetada pelo calor, conduzindo a uma deformação mínima da soldadura e a uma elevada precisão estrutural.
  4. Versatilidade: A energia do feixe de electrões pode ser ajustada para acomodar uma vasta gama de espessuras de metal, de 0,05 mm a 300 mm, sem a necessidade de uma ranhura. Isto torna a EBW uma opção versátil em comparação com outros métodos de soldadura.
  5. Compatibilidade de materiais: O EBW é adequado para soldar uma variedade de materiais, particularmente metais activos, metais refractários e peças de trabalho de alta qualidade.

5. Soldadura de metais por ultra-sons

A soldadura de metais por ultra-sons é um método único e avançado de unir metais semelhantes ou dissimilares, utilizando a energia de vibração mecânica da frequência ultra-sónica. Ao contrário dos métodos de soldadura tradicionais, a soldadura de metais por ultra-sons não requer a aplicação de uma corrente eléctrica ou de uma fonte de calor a alta temperatura na peça de trabalho.

Princípio de funcionamento

Na soldadura de metais por ultra-sons, sob pressão estática, a energia de vibração do transdutor de ultra-sons é convertida em trabalho de fricção, energia de deformação e um aumento limitado da temperatura. Este processo resulta na ligação metalúrgica entre as juntas, criando uma soldadura 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 liguem a um nível molecular.

Soldadura de metais por ultra-sons

Vantagens

A soldadura de metais por ultra-sons oferece várias vantagens:

  • Velocidade: O processo de soldadura é rápido, muitas vezes concluído numa fração de segundo.
  • Eficiência energética: Consome menos energia em comparação com os métodos de soldadura tradicionais.
  • Elevada força de fusão: As soldaduras produzidas são fortes e duradouras.
  • Boa condutividade: O processo mantém a condutividade eléctrica e térmica dos materiais.
  • Falta de faíscas: Não produz faíscas, o que o torna mais seguro e mais limpo.
  • Processamento a frio: O processo é semelhante ao trabalho a frio, que minimiza a distorção térmica e as tensões residuais.

Aplicações

Esta técnica de soldadura é versátil e pode ser utilizada para:

  • Soldadura de ponto único: Ideal para soldaduras pequenas e precisas.
  • Soldadura multiponto: Adequado para aplicações que requerem vários pontos de soldadura.
  • Soldadura de tiras curtas: Eficaz para unir comprimentos curtos de tiras metálicas.

Os materiais habitualmente soldados com recurso à soldadura de metais por ultra-sons incluem:

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

A tecnologia é amplamente utilizada em várias indústrias para aplicações como:

  • Soldadura de cabos SCR (retificador controlado por silício)
  • Fusíveis
  • Cabos eléctricos
  • Bateria de lítio peças de pólo
  • Olhais para postes
Soldadura de metais por ultra-sons

Limitações

Apesar das suas vantagens, a soldadura de metais por ultra-sons tem algumas limitações:

  • Espessura: As peças metálicas soldadas não devem, em geral, exceder 5 mm de espessura.
  • Tamanho do ponto de soldadura: O ponto de soldadura não deve ser demasiado grande.
  • Requisitos de pressão: Deve ser aplicada uma pressão adequada para obter uma soldadura bem sucedida.

6. Soldadura topo a topo rápida

A soldadura topo a topo com flash é uma técnica de soldadura especializada utilizada para unir duas peças metálicas, aquecendo-as com resistência eléctrica e aplicando depois pressão para as forjar. Este método é particularmente eficaz para unir metais com elevada condutividade eléctrica e é amplamente utilizado em várias aplicações industriais, incluindo o fabrico de vias férreas, tubos e componentes estruturais.

Princípio da soldadura topo a topo com flash

O princípio da soldadura topo a topo rápida consiste em utilizar uma máquina de soldar topo a topo para pôr em contacto as duas extremidades das peças metálicas. Segue-se uma descrição pormenorizada do processo:

  1. Contacto inicial e aquecimento:
    • As duas peças metálicas a soldar são fixadas por dois eléctrodos de fixação, que estão ligados a uma fonte de alimentação.
    • São aplicadas uma tensão baixa e uma corrente elevada, provocando o aquecimento do metal no ponto de contacto devido à resistência eléctrica.
    • Quando a pinça móvel é deslocada, as duas faces das peças entram em ligeiro contacto, o que as electrifica e aquece.
  2. Formação de Flash:
    • O aquecimento faz com que o metal no ponto de contacto atinja um estado fundido, levando à formação de uma faísca ou de um clarão quando o metal líquido explode.
    • Esta ação de intermitência continua à medida que o dispositivo móvel avança, aquecendo ainda mais as duas extremidades das peças.
  3. Forja e soldadura:
    • Quando o metal atinge a temperatura desejada e está suficientemente amolecido, as extremidades das duas peças de trabalho são extrudidas em conjunto.
    • A potência de soldadura é cortada e a pressão axial é aplicada rapidamente para forjar as peças, solidificando a junta.
    • A resistência da junta ajuda a manter o calor, garantindo uma soldadura forte.
Soldadura topo a topo com flash

Descrição pormenorizada do processo

  • Fixação e aplicação de energia:
    • As peças metálicas são fixadas de forma segura por eléctrodos de fixação.
    • A fonte de alimentação é activada e uma corrente elevada flui através do ponto de contacto, gerando calor de resistência.
  • Aquecimento e formação de flash:
    • O ligeiro contacto inicial entre as peças metálicas provoca um aquecimento localizado.
    • Quando o metal aquece e atinge o estado fundido, produz-se um clarão devido à natureza explosiva do metal líquido no ponto de contacto.
    • Esta intermitência continua à medida que a pinça móvel avança, assegurando que ambas as extremidades são adequadamente aquecidas.
  • Forjamento final e solidificação:
    • Ao atingir a temperatura ideal, a potência de soldadura é cortada.
    • É aplicada uma pressão axial para forjar as peças metálicas, criando uma junta de soldadura sólida e forte.
Soldadura topo a topo com flash em aço

Exemplo: Soldadura topo a topo com flash em aço

No caso da soldadura topo a topo de aço, o processo envolve a inserção de duas barras de aço numa junta topo a topo. A corrente de soldadura que passa pelo ponto de contacto gera calor de resistência, derretendo o metal e produzindo uma forte faísca. Esta faísca liberta vestígios de moléculas e é frequentemente acompanhada de um odor pungente. O processo de soldadura é completado pela aplicação rápida de força de forjamento, resultando numa soldadura robusta e durável.

Vantagens da soldadura topo a topo com flash

  • Juntas de alta qualidade: Produz soldaduras fortes e fiáveis com excelentes propriedades mecânicas.
  • Eficiência: O processo é relativamente rápido e pode ser automatizado para altas taxas de produção.
  • Versatilidade: Adequado para uma vasta gama de metais e aplicações, incluindo projectos industriais de grande escala.
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Shane
Autor

Shane

Fundador do MachineMFG

Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.

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