Estruturas soldadas por fricção estão agora revolucionando o modo como trens e bondes são construídos. Na Europa, os fornecedores da indústria de material circulante ferroviário estão explorando o processo de pré-fabricação de painéis grandes, feitos de extrusões de alumínio. No Japão, trens completos estão sendo montados a partir de extrusões ocas usando o processo inovador.

Carruagens ferroviárias modernas são cada vez mais produzidas a partir de extrusões longitudinais de alumínio com reforços integrados. Usando este conceito, todo o invólucro do corpo pode ser feito a partir de extrusões de parede única ou pele dupla oca. Esta abordagem de design pode melhorar a capacidade de colisão dos veículos devido à ausência de soldaduras transversais e à alta resistência à deformação dos painéis sob compressão longitudinal.

A soldagem por fricção (FS) foi inventada e patenteada em 1991 na TWI em Cambridge (Reino Unido). Desde a invenção inicial, tem havido muita atividade em todo o mundo no desenvolvimento de projetos de ferramentas, aplicações e máquinas de solda por fricção.

Um aspecto importante, que gera crescente interesse em FSW, é o seu potencial para contribuir para a capacidade de colisão de veículos de alumínio que podem falhar na zona afetada pelo calor ao longo de costuras de solda. Isto foi observado em acidentes europeus, nomeadamente em Eschede na Alemanha em Junho de 1998 e Ladbroke Grove na Grã-Bretanha em Outubro de 1999. No relatório sobre este último foi recomendado que se considerasse “a utilização de alternativas à soldadura por fusão” e “o uso de graus melhorados de alumínio que são menos suscetíveis ao enfraquecimento da solda por fusão”.

Vantagens da soldagem por fricção:

• Baixa distorção
• Excelentes propriedades mecânicas
• Nenhuma porosidade nas soldas
• Nenhum respingo de solda; a superfície e a raiz da articulação são limpas e sua aparência estética é tão boa que elas nem precisam ser pintadas
• Não há fumaça, cada vez mais importante como padrões de saúde e segurança apertar
• O processo pode operar em qualquer orientação, porque a gravidade não tem influência
• Energia eficiente

Limitações de soldagem por fricção:

• As velocidades de soldagem são mais lentas que as de alguns processos de soldagem por fusão
• As peças de trabalho devem ser fixadas rigidamente
• Barra de apoio exigida
• Keyhole no final de cada solda

As extrusoras de alumínio escandinavas Sapa e Hydro Marine Aluminium foram as primeiras na Europa a aplicar comercialmente o processo de soldagem por fricção para a fabricação de painéis de teto de alumínio de parede única para aplicações de material circulante. Desde 1997, a Alstom LHB em Salzgitter (Alemanha) adquiriu estes painéis pré-fabricados para os trens suburbanos de Copenhague. Desde o início de 2001, eles têm usado paredes laterais de alumínio soldado por fricção e desde 2002 painéis de piso FSW para trens suburbanos de Munique. Estes painéis são feitos pela Sapa.

Em março de 1999, os engenheiros da Alstom LHB consideraram perfis de alumínio oco de solda por fricção para fazer pisos e painéis laterais, mas calcularam que uma operação de três turnos seria necessária para obter retorno sobre o investimento em um intervalo de tempo aceitável. Eles estimaram que os benefícios técnicos e econômicos mais significativos poderiam ser obtidos com a aplicação do FSW em juntas de alumínio com mais de 12 mm de espessura. Isso substituiria a soldagem MIG mecanizada, que necessita das atividades associadas de pré-aquecimento e moagem de grânulos intermediários. Além disso, levaria a uma melhor qualidade das soldas. Portanto, foram realizados experimentos de FSW bem sucedidos em chapas de alumínio de até 23 mm de espessura, para demonstrar como as soldas MIG poderiam ser substituídas na área do chassi do material circulante.

A Bombardier em Derby (Reino Unido) realizou experimentos de FSW para soldas de topo e de volta e conduziu testes de fadiga no TWI. Eles afirmaram que uma das principais vantagens do FSW era a capacidade de soldar juntas maiores com distorção reduzida. No entanto, eles concluíram que o investimento em grandes máquinas FSW de propósito específico era difícil de justificar – em parte devido ao volume insuficiente de trabalho. A utilização de um terceiro ou job shop está sendo considerada.

A Nippon Sharyo e uma outra empresa japonesa têm usado painéis soldados por fricção produzidos pela Sumitomo Light Metal Industries para os painéis de piso do novo Shinkansen. Alguns desses trens operam a velocidades de até 285 km / hora. A Nippon Light Metals também fez uso da soldagem por fricção para o material circulante do metrô. Em 1998, eles relataram que mais de 3 km de soldas foram produzidas. A qualidade da solda foi confirmada como excelente, com base nos resultados microestruturais, de raios X e de tração.

Conclusões

• A soldagem por fricção tem encontrado aplicação comercial em material rolante de alumínio em todo o mundo e vários fabricantes de máquinas podem fornecer máquinas de solda adequadas.
• Um total de 34 empresas se uniram no projeto EuroStir ^® para obter a soldagem por fricção dos laboratórios e para as oficinas de fabricação industrial. Essa atividade gerará aplicativos adicionais para o FSW no setor ferroviário.