Soldagem por fricção sem bigorna
Quando se fala em soldar dois metais, algo essencial em praticamente todo o setor industrial, a imagem que vem à mente é a de um soldador usando uma máscara e alguma espécie de bico ou suporte, que soltam fagulhas para todos os lados enquanto derretem um eletrodo que vai se depositando e unindo as duas peças.
Mas existem outras técnicas mais avançadas e mais eficientes, gastando apenas uma fração da energia daqueles processos convencionais, como a soldagem por fricção: Uma ferramenta toca nas duas peças de metal e, conforme começa a girar em alta velocidade, ela aquece o metal até fazê-lo amolecer, quando os metais das duas peças se misturam, criando uma solda poderosa que une com segurança materiais semelhantes ou diferentes, principalmente metais e ligas.
Infelizmente, essa tecnologia mais avançada de soldagem não é muito utilizada porque, como a soldagem por fricção exige a aplicação de uma força mecânica, é necessário algo para absorver essa força. Atualmente, o processo exige uma bigorna rígida e com formato perfeito sob o material a ser soldado. E grande parte das linhas de montagem não consegue atender a esse requisito.
“Existe alguma soldagem por fricção utilizada na fabricação de veículos, mas normalmente ela se limita a duas chapas planas soldadas sobre uma bigorna rígida,” comenta Piyush Upadhyay, do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico (PNNL), nos EUA.
Agora, uma inovação promete finalmente libertar a soldagem fricção dessas restrições ao eliminar a tradicional bigorna, abrindo caminho para um uso maior dessa técnica avançada de fabricação em linhas de montagem comerciais.
Agitação por fricção com autofixação
Muitos componentes fabricados para a indústria automotiva ainda dependem da soldagem a ponto, adesivos e rebites para sua junção. A equipe do PNNL sabia que, se conseguisse projetar um novo sistema de fixação mais manobrável para a soldagem por fricção, os fabricantes poderiam produzir esses mesmos componentes com materiais mais leves, soldas mais resistentes e custos de energia mais baixos.
“Começamos dizendo: ‘Muito bem, vamos nos livrar da bigorna’. Claro que não foi tão simples assim,” contou Mitch Blocher, membro da equipe.
O resultado chama-se fricção com autofixação. Essa técnica de mistura por fricção com fixação automática utiliza um acessório para um braço robótico que inclui tanto a ferramenta de mistura por fricção quanto uma placa de apoio em miniatura. Se a abordagem antiga consistia em um braço segurando um lápis, e por isso dependendo de uma bigorna na retaguarda para se firmar, a nova abordagem consiste em um braço segurando tanto um lápis quanto uma prancheta.
O novo acessório essencialmente comprime o material alvo entre a ferramenta de mistura por fricção e a placa de apoio, exercendo a força necessária e eliminando a necessidade de uma bigorna separada com formato personalizado.
O resultado é uma soldagem por fricção com mobilidade e manobrabilidade, que pode ser implementada nos braços robóticos usados em linhas de montagem comerciais típicas.
Mas e a força?
Apesar do projeto inteligente, ainda existe a questão dos milhares de quilogramas-força exercidos pela ferramenta de soldagem por fricção. Como a técnica com fixação automática utiliza uma placa de apoio integrada, em vez de uma bigorna, o sistema não só deve exercer, como também suportar, essa força.
Aí surgiu um problema para que a técnica seja levada do laboratório para a indústria: A maioria das linhas de montagem não conta com robôs de soldagem suficientemente robustos para suportar essa carga.
Para isso, a equipe já está trabalhando na adição de mais uma capacidade à sua ferramenta de soldagem por fricção com fixação automática: Um sistema hidráulico para suportar a máquina de solda e criar um circuito fechado para a força gerada. No estágio atual, o sistema hidráulico consegue capturar a força da ferramenta ao pressionar e/ou inclinar, mas os pesquisadores já estão desenvolvendo novos mecanismos para capturar graus adicionais de movimento e um sistema que permita ao acessório puxar o material para dentro da ferramenta.
“Uma vez aperfeiçoado, não haverá necessidade de dispositivos de fixação, bigorna ou força transmitida para a linha de montagem,” disse Blocher. “A única função do robô será manter o dispositivo de soldagem por fricção no lugar e garantir a posição correta.”