Estudo de um equipamento de processamento de soldaduras por Friction Stir Welding

摘要

Este é um projeto I&D interno do INEGI, com as unidades DPS e LOME, que tem em vistaa utilização de componentes disponíveis no INEGI para o estudo de um equipamento capazde efetuar soldaduras por Friction Stir Welding. O equipamento já conta com controlonumérico para um sistema de três eixos e os respetivos motores, ficando assim encarreguede tirar o máximo proveito possível destes componentes. Este equipamento terá comofinalidade munir o INEGI com um equipamento capaz de dar resposta a eventuais projetosexternos/internos bem como para fins de investigação para a melhoria da qualidade doprocesso de soldadura. A conceção deste equipamento tem a particularidade das condiçõesenvolventes do processo nomeadamente os esforços desenvolvidos durante o processo desoldadura, em particular a força vertical (eixo da ferramenta) que é necessária fazer de formaa evitar a ascensão de material da junta de soldadura.A soldadura por Friction Stir Welding, é um processo de soldadura relativamente actual,desenvolvido em 1991 por Wayne Thomas pelo The Welding Institute que se sobrepõe aosmétodos de soldadura convencionais, uma vez que não necessita de levar o/os materiaisacima da sua temperatura de fusão, sendo um processo de soldadura no estado solido, omaterial não chega a fundir. Este processo consiste na utilização de uma ferramenta emrotação que que se desloca ao longo da junta de soldadura, que uma vez a fricção geradaentre a ferramenta e o material base gera calor que promove o aquecimento e quase fusão domaterial base. A ligação do material dá-se aquando a passagem da ferramenta na junta,misturando os materiais. Com o recurso a este método de fabrico é possível efetuarsoldaduras com grande qualidade em materiais considerados de difícil soldabilidade pelosmétodos convencionais, como por exemplo o Alumínio.Neste projecto foram estudadas varias soluções, contactados vários fornecedores e com oseu feedback foi desenvolvido o equipamento. Este projecto consiste essencialmente naanálise estrutural e selecção de equipamentos. O equipamento final resultou de uma série deiterações e ideias de forma a optimizar toda estrutura para a magnitude dos esforçosenvolvidos, obtendo no final um equipamento capaz de cumprir os requisitos. No final prevêseum equipamento com a capacidade de suportar esforços verticais de 50 o que comparando com alguns ensaios já efectuados, estima-se que será capaz de produzir juntassoldadas de aproximadamente 15 a 16 de espessura em alumínios da série 6,sendo também possível soldar outros matérias desde que não ultrapassem os limites de cargado equipamento nos respectivos eixos.A estrutura do equipamento é baseada na utilização de chapas em aço estrutural S235JR (Fe360) soldadas entre si e maquinadas de forma a obter a forma desejada. A validaçãoestrutural foi efectuada recorrendo a simulações pelo método de elementos finitos usando oSolidWorks como ferramenta de cálculo. Sendo a soldadura por FSW um processo lentoonde não são espectáveis grandes velocidades ou cargas dinâmicas, a análise estrutural foiefectuada como sendo simulações estáticas. Contudo, e devido ao demorado processo decálculo, muitas considerações tiveram que ser feitas nomeadamente relativamente ao tipo decontactos considerados, rigidez de certos componentes, aplicação de cargas (superfícies deactuação), tipos de fixação.Para projetos futuros ainda fica em falta o estudo da componente eléctrica, incluído oroteamento das ligações, e fixações, o que pode dar origem a alterações em determinadoscomponentes em termos de desenho de furações. A estrutura ainda pode ser optimizadaconsiderando outros conceitos construtivos.