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Inovar na união de metais e polímeros resulta em melhores produtos e menos danos ao ambiente

13 novembro 2020
Artigo de Nuno Felício, responsável pelo desenvolvimento de negócio na área de Ótica e Mecânica Experimental no INEGI

A otimização do peso de componentes e equipamentos, e a poupança de recursos estão entre os maiores desafios transversais da indústria, criando por sua vez desafios ao nível da união de materiais. Neste contexto, surge uma inovadora técnica cujo potencial está ainda por aproveitar: a soldadura por fricção linear.

Esta técnica (conhecida também pela sigla SFL, ou em inglês, friction stir welding) surgiu como um método de ligação capaz de soldar ligas metálicas de elevada resistência, até então difíceis ou impossíveis de soldar com técnicas convencionais de soldadura por fusão. Desde então, tem sido aperfeiçoada tendo em vista a aplicação nas indústrias aeroespacial, naval, nuclear, ferroviária e automóvel.

As vantagens falam por si, mas esta técnica carece ainda de uma maior disseminação industrial, nomeadamente em Portugal, sendo apenas aplicada na soldadura de diferentes ligas de alumínio.

Confere propriedades mecânicas superiores e é mais ecológica

Uma das maiores vantagens assenta no facto da soldadura por fricção linear resultar em juntas com propriedades mecânicas superiores (idênticas à do material base) nas juntas soldadas, e criar campos de tensões residuais menos intensos. Dois problemas comuns e recorrentes aquando do uso de outras técnicas, e que são habituais catalisadores de falhas de fiabilidade.

Há também que destacar o caráter ecológico do processo, já que não resulta na emissão de fumo, nem mesmo, para a grande maioria das aplicações, o uso de gases. Também não exige adição de material de ligação e minimiza o desperdício de material, sendo por esse motivo bastante inócua para os operadores e eficiente no uso de recursos, contribuindo assim para a sustentabilidade ambiental.

Outra vantagem, consequente destas características, é a redução de custos de produção. Além de não requerer uma fonte externa ou interna auxiliar de calor, vibrações ou ultra-sons, não cria despesas ao nível da eliminação de fumos e escória do material, nem exige tanto investimento em proteção dos trabalhadores.

A par destes incentivos, sendo um processo de soldadura no estado sólido, conta-se também entre os benefícios o facto de resultar em juntas isentas de porosidade ou fissuração a quente, e com uma baixa entrega térmica do processo quando comparada com técnicas que envolvem a geração de energia para a fusão dos materiais.

Aplicação em materiais polímeros e híbridos é a aposta do INEGI

A experiência da equipa do INEGI com a soldadura por fricção linear vai desde a sua aplicação ao projeto estrutural e caraterização de estruturas produzidas por SFL, até ao desenvolvimento de ferramentas e sistemas de monitorização do processo, e tem-se focado em particular na indústria aeronáutica.

Como refere Shayan Eslami, engenheiro do INEGI na área de Mecânica Experimental, responsável pelos desenvolvimentos desta tecnologia, "o Instituto, procurando sempre antecipar tendências e novas tecnologias que acrescentam valor à indústria, além de dominar o processo, tem-se mantido na vanguarda do estado da arte e é pioneiro na adaptação desta técnica de soldadura para a ligação de materiais dissimilares como polímeros e híbridos (polímero-metal)”.

Destaca-se, em particular, o recente desenvolvimento de uma ferramenta que implementa uma variante desta técnica para a ligação de polímeros com diferentes espessuras e diferentes configurações de junta, bem como para ligar termoplásticos com alumínio. Fruto deste desenvolvimento foi submetida uma patente para a ferramenta de soldadura de polímeros. Os resultados, similares ao processo equivalente para metal, falam por si: eficiência de recursos, propriedades mecânicas melhoradas, juntas estanques, e menor ocorrência de erros do operador.