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Solda a frio por pressão é uma forma de solda de fase sólida, que é única porque é realizada à temperatura ambiente. Outras formas de solda de fase sólida são realizadas a temperaturas elevadas, mas embora estas temperaturas sejam altas, o material não é fundido, simplesmente fica mais maleável.

Desde 3000 AC, os egípcios preparavam o ferro martelando uma esponja de metal a fim de soldar as partículas incandescentes. Os ferreiros também soldaram ferro forjado a martelo durante séculos. Este tipo de solda sempre foi realizado a altas temperaturas.

O primeiro exemplo conhecido na Grã-Bretanha de solda a martelo à temperatura ambiente (portanto, verdadeira solda a frio por pressão) remonta ao fim da Idade do Bronze, cerca de 700 AC. O material usado era ouro, foram encontradas caixas de ouro feitas por esse processo durante escavações.

Descoberta da solda a frio por pressão

A máquina de soldar vergalhões eletropneumática EP500 é uma máquina para serviço pesado que solda arames e fitas de material não ferroso de 5,00 mm até 12,50 mm.A primeira observação científica de solda a frio por pressão foi feita em 1724 pelo Reverendo J I Desaguliers. Ele demonstrou o fenômeno à Royal Society e mais tarde publicou os detalhes nas revistas científicas da época. O Reverendo Desaguliers descobriu que se pegasse duas bolas de chumbo de cerca de 25 mm de diâmetro, pressionasse uma contra a outra e torcesse as duas, as duas peças se uniriam. A resistência da junta foi medida numa siderúrgica e, embora os resultados fossem instável, foram produzidas boas uniões, algumas sendo tão fortes quanto o material original.

Depois da descoberta do Reverendo Desaguliers no século XVIII, parece que muito pouco aconteceu em relação a esse fenômeno até a segunda Guerra Mundial. Esta acelerou o desenvolvimento, principalmente na Alemanha, onde elementos mais frios de liga leve para aeronaves foram soldados sob pressão, embora se entenda que esta solda era realizada a temperaturas elevadas.

Vista pela primeira vez, a solda a frio por pressão pode parecer quase um processo mágico. As pessoas não familiarizadas com ela, frequentemente demonstram relutância em aceitar um método de solda que não envolve calor ou eletricidade e alguma forma de fluxo de solda para fazer as juntas. Depois de um demonstração, eles inevitavelmente perguntam "Como as duas peças de metal são unidas?"

Tem havido várias explicações sobre o mecanismo real pelo qual é obtida uma solda a frio por pressão. Por exemplo, foi sugerido que ela acontece através da recristalização ou por uma hipótese de energia, mas a maioria das explicações foi refutada experimentalmente em termos teóricos.

A hipótese aceita atualmente que explica a ocorrência de uma solda a frio por pressão envolve os átomos de metais serem mantidos juntos por uma "união" metálica, assim chamada porque é peculiar a substâncias metálicas. A união pode ser descrita como uma "nuvem" de átomos livres, com carga negativa, formados em uma unidade como resultado de forças atrativas.

Criação de uma solda

Peças de vergalhões de cobre/alumínio soldadasPortanto, se duas superfícies metálicas são unidas com apenas alguns angstroms de separação (há 300 milhões de angstroms em um centímetro), pode ocorrer uma interação entre os elétrons livres e os átomos ionizados. Isto eliminará a barreira potencial, permitindo que a nuvem de elétrons se torne comum. Isto, por sua vez, resulta em uma união e, portanto, uma solda.

Uma forma mais simples de explicar esse processo bastante impressionante é que se duas superfícies forem colocadas juntas, ambas estando anatomicamente limpas e anatomicamente planas quando consideradas numa escala atômica, é efetuada uma união igual à do material original.

Primeiras aplicações

No entanto, na prática, a união é virtualmente impossível sob a maioria das condições, por causa das irregularidades das superfícies, contaminação orgânica das superfícies e filmes químicos, como filmes de óxidos.

A fim de obter uma eficiência de solda máxima, qualquer forma de contaminação deve ser reduzida ao mínimo, enquanto a área de contato, a área da solda, tem que ser o maior possível.

Nas primeiras aplicações de solda a frio topo a topo, o recalque e o deslocamento radial das interfaces foram realizados em uma etapa única. Esta técnica tinha diversas desvantagens: era necessário enquadrar as extremidades a ser unidas; ambas as superfícies tinham de ser mantidas livres de contaminação e a quantidade de material que se projetava da matriz de travamento era tal que podia ocorrer flexão ou falta de coaxialidade, prejudicando assim o fluxo correto de metal.

O princípio de recalques múltiplos

A máquina de solda a frio M10 de mão, operada manualmente, une arames finos de 0,10 mm a 0,50 mm.Então surgiu o sistema de solda topo a topo desenvolvido pela GEC, empregando o que é conhecido como o "princípio de recalques múltiplos". Quando o material é inserido na matriz, cada vez que a máquina é ativada, o material é travado pela matriz e empurrado para a frente.

Assim, as duas faces opostas são esticadas e alargadas sobre toda a sua área de superfície quando são empurradas uma contra a outra. O óxido e outras impurezas superficiais são forçados para fora do centro do material e é efetuada uma união. É recomendado um mínimo de quatro recalques para assegurar que todas as impurezas sejam extraídas das interfaces.

As vantagens deste tipo de solda são vistos facilmente na prática. As extremidades do arame ou vergalhão não precisam de nenhuma preparação antes de fazer a solda e o alinhamento dos dois topos é automático quando o material é colocado na matriz. Não há nenhum ajuste de calor a ser regulado; nenhuma regulagem de separação a ser feita, já que isso está incorporado na matriz; e nenhuma pressão de mola a ser regulada. Qualquer um desses itens regulados incorretamente numa máquina de solda topo a topo resultaria numa falha da solda.

Metais adequados

Uma seção transversal de uma área soldada mostrando um vergalhão de cobre de 8 mm de diâmetro unida a um vergalhão de alumínio de 9,5 mm de diâmetro.A solda a frio por pressão é restrita a materiais não ferrosos ou, na melhor das hipóteses, ferro macio que não contém carbono. A maioria dos metais não ferrosos pode ser soldada a frio e, embora o cobre e o alumínio sejam os mais comuns, várias ligas como Aldrey, Triple E, Constantan, latão 70/30, zinco, prata e ligas de prata, níquel, ouro e muitos outros têm boa soldabilidade. Arames chapeados, incluindo cobre estanhado, prateados e niquelados, todos podem ser soldados entre si ou a cobre simples.

Os métodos usuais de unir metais diferentes, como cobre e alumínio, isto é, solda por resistência, solda por atrito ou brasagem forte, todos resultarão numa rápida decomposição da junta. Esta reação numa junta de cobre/alumínio começa a ocorrer assim que os dois metais são colocados juntos.

O problema é criado pelos óxidos e o espaço de ar que são deixados entre as interfaces durante estes métodos de soldagem, mais do que pela dissemelhança dos próprios metais. No entanto, com a solda a frio por pressão, esses óxidos e espaços de ar são extraídos no processo de solda e, já que não é aplicado calor, só ocorrem as mudanças metalúrgicas que operam à temperatura ambiente.

A solda a frio por pressão proporciona a forma mais satisfatória de unir cobre a alumínio sem a formação de compostos intermetálicos quebradiços. A qualidade é excelente porque ela produz uma estrutura trabalhada em vez da estrutura fundida obtida na solda por fusão. Além disso, não há uma zona afetada pelo calor com propriedades inadequadas.

Para testar a resistência de uma solda, a maioria das pessoas usa um aparelho de provas de tração. Alternativamente, é possível fazer um ensaio de flexão inverso. No entanto, o teste mais rigoroso é passar a solda através de diversas matrizes numa máquina de tração de arame.

A função das matrizes

As matrizes padrão da indústria da PWM são feitas à mão em conjuntos combinados segundo as mais rigorosas tolerâncias.As matrizes têm uma importante função no processo de solda a frio topo a topo. Primeiro, elas têm que travar o material firmemente, portanto, o interior da cavidade é cauterizado com um lápis elétrico ou, quando a matriz vai ser usada para soldar peças grandes de alumínio, são colocadas marcas de travamento na cavidade antes de a matriz receber tratamento térmico.

O espaço entre as duas faces, ou bicos, da matriz também é extremamente importante. Se for grande demais, o material simplesmente desmoronará e dobrará. Esta dimensão é aplicada durante a fabricação e não pode ser mudada.

Finalmente, há a descentralização dos bicos das matrizes, o que tem o efeito de fazer a solda parecer desalinhada em torno da circunferência do material. A finalidade da descentralização é partir a rebarba em duas metades, para facilitar sua remoção: caso contrário, é provável que a rebarba permaneça como um anel solto em torno do material e tenha que ser cortada. Os bicos da matriz também precisam ser suficientemente afiados para praticamente cortar a rebarba em torno da solda, uma vez mais, para assegurar que a rebarba completa possa ser removida facilmente.

A dureza e a têmpera da matriz também são muito importantes. No início do emprego da solda a frio, era muito comum a matriz quebrar e, muito depois de uma máquina ter sido projetada para soldar vergalhões de cobre de 8 mm, havia problemas em conter as forças necessárias dentro de uma matriz desta dimensão.

A PWM vem produzindo matrizes em conformidade com normas e tolerâncias extremamente rigorosas há mais de 30 anos. Conforme a tecnologia dos arames foi aperfeiçoada, também aumentou a exigência de precisão. O programa de pesquisa e desenvolvimento contínuos da PWM permitiu que ela produzisse matrizes que são capazes de unir arames extremamente finos. A PWM foi a primeira empresa fora dos EUA a desenvolver uma matriz que podia ser usada em máquinas de solda a frio convencionais para unir arames de apenas 0,08 mm de diâmetro.

Feitas à mão, em conjuntos combinados, com as mais rigorosas tolerâncias possíveis por operários especializados.

As matrizes padrão da indústria da PWM podem ser produzidas para bitolas de arames entre 0,08 mm e 6,50 mm. Também podem ser fabricadas matrizes para arames e vergalhões redondos ou perfilados de acordo com as especificações do cliente.

As matrizes da PWM também podem ser fabricadas de acordo com vários perfis, desde que o perfil permita que a matriz seja fabricada em duas metades – o que é necessário para a remoção do arame soldado – e que a bitola esteja dentro da capacidade da máquina.

Também é possível soldar dois arames de bitolas diferentes. Em geral, o maior diâmetro não deve ser mais de 30% maior do que o menor. Se o cobre for consideravelmente menor em diâmetro do que o alumínio, o cobre simplesmente ficará incorporado no alumínio e não será obtida uma solda.

 

 

 

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