Welding in Aerospace Application (Soldagem em aplicações aeroespaciais): Review of the Current Research on Welding Processes and Their Uses (Revisão da pesquisa atual sobre processos de soldagem e seus usos)

Neste artigo, o autor analisa a importância da soldagem na produção aeroespacial e como a soldagem a laser, a soldagem robótica e os testes não destrutivos são usados na construção de estruturas de aviões, na união de componentes de motores e na avaliação da qualidade da solda em aeronaves para atender às especificações e aos padrões do setor.

Welding in Aerospace Wonders (Soldagem em maravilhas aeroespaciais): Ligação de metal a metal no século XXI

A soldagem acaba sendo muito importante para a aeroespacial indústrias de manufatura. Desde a junção de peles de alumínio que formam as peles das fuselagens das aeronaves até as aplicações de soldagem precisa de vários componentes de motores a jato que usam ligas especiais resistentes às altas pressões e temperaturas nas partes superiores da atmosfera terrestre e além, a soldagem é inestimável na fabricação de estruturas que podem funcionar sob condições rígidas.

À medida que as cargas úteis aumentam e os padrões de eficiência de combustível se tornam mais rigorosos, os fabricantes de soldagem no setor aeroespacial continuam desenvolvendo técnicas de união inovadoras para construir aeronaves mais leves e duráveis. Este artigo enfocará as técnicas avançadas de soldagem e as qualidades técnicas que foram adotadas em diferentes funções aeroespaciais, desde a soldagem robótica por fusão de asas até os testes não destrutivos que garantem a soldagem adequada que atende aos principais padrões do setor.

Técnicas avançadas de soldagem

A soldagem é uma forma de manufatura que envolve o uso de calor para fazer com que dois ou mais materiais - metais ou materiais termoplásticos - se unam. Vários novos e complexos métodos de soldagem foram criados para atender às demandas específicas de união e fabricação dos setores contemporâneos.

Soldagem a arco

A soldagem a arco é uma das técnicas de soldagem mais usadas. Ela utiliza o arco elétrico para gerar o calor necessário para unir vários metais, como aço e aço inoxidável. Algumas técnicas avançadas de soldagem a arco no setor aeroespacial incluem:

Soldagem a arco metálico com proteção de argônio (ASMW)

Também conhecida como soldagem com gás inerte de tungstênio (TIG), a soldagem GTAW produz um produto de alta qualidade soldagem por fricção. Ele emprega um eletrodo não consumível de tungstênio, gás de proteção que não reage com os componentes e metal de adição. Consequentemente, o formato do arco permite que ele seja usado para unir placas finas e também para unir materiais diferentes.

Soldagem por arco de metal a gás (GMAW)

Um deles é o GMAW, também conhecido como soldagem com gás inerte de metal no setor aeroespacial, no qual é usado um fio de eletrodo que é alimentado automaticamente e a solda, em comparação com o SMF, permite maior velocidade de soldagem, embora deva ser empregado no domínio da fabricação para soldagem robótica e por pulso.

Soldagem MIG

A soldagem MIG em geral abrange a soldagem a arco de metal a gás (GMAW), que emprega um sistema de alimentação contínua de arame sólido. É um processo rápido e altamente flexível, ideal para cenários de fabricação de alto volume. Alguns dos principais processos de soldagem MIG

Curto-circuito MIG

O MIG de curto-circuito usa baixa tensão e provoca um curto-circuito momentâneo entre o arame e a peça de trabalho para completar o circuito elétrico e iniciar o arco. É adequado para metais finos e chapas metálicas.

Arco de pulverização MIG

Com tensão e velocidades de alimentação de arame mais altas, o arco de spray MIG transfere o metal em um modo de spray em vez de curto-circuito. Ele deposita o metal de solda rapidamente e é usado em processos automatizados de alta deposição.

Soldagem TIG

A soldagem TIG proporciona excelente qualidade e controle da solda devido ao eletrodo de tungstênio não consumível e ao gás de proteção. Algumas técnicas avançadas de soldagem TIG no setor aeroespacial incluem:

TIG pulsado

O TIG pulsado usa uma fonte de energia sofisticada que pulsa rapidamente a corrente durante o arco soldagem ultrassônica no setor aeroespacial. Ele tem uma velocidade de soldagem maior do que o TIG convencional e proporciona soldas limpas e sem respingos em todas as posições em uma variedade de materiais.

Soldagem por resistência

Os métodos de soldagem por contato produzem calor por meio da circulação de corrente entre pelo menos duas partes das peças que se tocam. Existem: soldagem por feixe de elétronsOs sistemas de controle avançados permitiram a microssoldagem e novos projetos de juntas.

Em conclusão, a inovação contínua em soldagem nas tecnologias aeroespaciais expandiu as possibilidades criativas de projeto e fabricação em muitos setores. Novos materiais também ultrapassam os limites das técnicas de união confiáveis e eficientes.

Sistemas de soldagem automatizados

Sistemas de soldagem automatizados Devido à pressão constante para atender a níveis mais altos de precisão e, ao mesmo tempo, atender às pressões de produção, há um aumento na implementação de tecnologias de soldagem automatizadas. Aqui estão algumas das principais tecnologias de soldagem automatizada no setor aeroespacial:

Soldagem robótica

A soldagem robótica, como é amplamente conhecida, é o processo que envolve o uso de um robô para soldar. Os robôs proporcionam consistência, ergonomicamente, os trabalhadores são protegidos de áreas perigosas e a fabricação 24 horas por dia, 7 dias por semana, é possível com os robôs. A soldagem MIG, TIG, plasma e a laser no setor aeroespacial é a aplicação mais frequente do sistema robótico em peças da linha de montagem de carrocerias e estruturas automotivas, aplicações domésticas, tubos e outras peças da linha de montagem. O rastreamento robótico da costura fornece prescrições de caminho flexíveis e sequência ajustável sincronizada no tempo para diferentes tarefas de deposição de metal em regiões de difícil acesso.

Soldagem a laser

A soldagem a laser substitui o arco elétrico por um feixe de laser focalizado para soldar os componentes. Com o GTAW, a zona afetada pelo calor é pequena e muito estreita, enquanto a penetração é profunda em comparação com outros processos. Um sistema a laser requer menor entrada de calor, o que ajuda a reduzir a quantidade de distorção térmica. As aplicações comuns do corte a laser Na fabricação de automóveis, o uso de solda por pontos inclui a união de membros de metal para a fabricação de para-choques e módulos de chassi. Também é ideal para ser usado em soldagem por pontos na indústria aeroespacial de laptops, telefones celulares e outros eletrônicos.

Soldagem a plasma

A soldagem a plasma é mais rápida do que a soldagem a laser e usa um arco estreito entre um eletrodo e o invólucro da peça de trabalho em um gás atmosférico. O plasma de gás ionizado transfere energia térmica com muita eficiência. As oficinas automotivas geralmente usam o corte a plasma antes de realizar a soldagem robótica de plugues. Portátil corte a plasma também são versáteis para tarefas de soldagem de fabricação de metais. As tecnologias avançadas de soldagem a plasma incluem a soldagem de buraco de fechadura totalmente automatizada, que penetra profundamente em materiais espessos.

Benefícios da soldagem automatizada

O automação de processos de soldagem oferece muitas vantagens em relação aos métodos manuais. Os robôs garantem soldas consistentes e repetíveis e permitem a soldagem no setor aeroespacial em qualquer posição. O monitoramento e o controle contínuos das variáveis ajudam a garantir a qualidade da solda. Os equipamentos automatizados também aumentam a segurança dos trabalhadores, retirando-os de ambientes perigosos. A precisão, a velocidade e a variabilidade reduzida da soldagem automatizada têm sido essenciais para a fabricação de alto volume em todos os setores. Em geral, os sistemas de soldagem automatizada aumentam a produtividade e a qualidade das peças para aplicações de fabricação exigentes.

Ligas exóticas

A ciência dos materiais continua a desenvolver novas ligas metálicas exóticas otimizadas para aplicações especializadas em que os materiais convencionais não podem oferecer as propriedades necessárias. Veja a seguir alguns exemplos de novas ligas projetadas:

Ligas aeroespaciais

As ligas aeroespaciais são desenvolvidas para atender às tensões dos motores a jato e à soldagem de alta altitude em peças aeroespaciais. As superligas de titânio e níquel possuem maior força de rendimento e resistência à fluência em altas temperaturas do que as oferecidas pelos aços convencionais. Os compostos avançados também têm sido usados em algumas aplicações de fadiga devido à alta relação entre resistência e peso, que substituiu as ligas metálicas.

Ligas médicas

As ligas de grau de implante de cobalto-cromo e titânio, por exemplo, permitem dispositivos médicos para se integrar com segurança aos tecidos ósseos vivos sem perspectiva de corrosão ou toxicidade. As ligas com memória de forma de nitinol retêm uma determinada forma e são incorporadas em instrumentos cirúrgicos minimamente invasivos. Novos materiais chamados vidros metálicos em massa possuem resistência, leveza e biocompatibilidade perfeitas para aplicações médicas.

Ligas resistentes à corrosão

As ligas com molibdênio, tungstênio ou níquel oferecem resistência superior à água salgada ou ao ataque químico para aplicações marítimas, de petróleo e gás. As superligas que contêm cromo, alumínio e ítrio permitem que os componentes resistam a ambientes quentes e corrosivos encontrados em fábricas de produtos químicos e de celulose.

O projeto de novas ligas em nível microscópico continua a expandir os limites criativos da ciência dos materiais. As ligas exóticas personalizadas abrem possibilidades para aplicações que ultrapassam os limites do desempenho e da durabilidade em condições extremas.

Soldagem aeroespacial

A soldagem desempenha um papel fundamental na fabricação aeroespacial, onde materiais leves e de alta resistência devem ser unidos de forma confiável. São necessárias técnicas especiais de soldagem para produzir estruturas capazes de funcionar em condições perigosas.

Montagem da fuselagem

A fuselagem pressurizada é normalmente construída com chapas de liga de alumínio que são unidas por meio de soldagem automatizada de ranhuras estreitas no setor aeroespacial, permitindo a produção de grandes cascos de aeronaves monobloco.

Componentes do motor

A soldagem de discos, eixos e palhetas de superliga ajuda os motores a jato de água a suportar temperaturas extremas dentro das câmaras de combustão. Os métodos TIG especializados são comumente usados para soldar por fusão peças rotacionalmente simétricas dentro de tolerâncias rígidas.

Montagem da asa

As asas representam algumas das maiores estruturas soldadas em aeronaves. Tanto as técnicas convencionais de soldagem GMAW quanto as avançadas de soldagem por fricção são empregadas para unir várias extrusões e longarinas de alumínio em asas rígidas e leves, capazes de se flexionar sob cargas aerodinâmicas.

O controle cuidadoso de variáveis como o aporte de calor e as tensões residuais é fundamental para garantir soldas perfeitas que resistirão a décadas de ciclos de pressurização. De modo geral, a soldagem na tecnologia aeroespacial permite a montagem de grandes estruturas metálicas e componentes confiáveis para a indústria aeroespacial.

Controle de qualidade

Métodos NDT

Uma variedade de técnicas de testes não destrutivos (NDT), incluindo: penetração de corante, raio X, ultrassom e corrente parasita, é empregada para avaliar possíveis defeitos em soldas críticas de aeronaves sem afetar a integridade estrutural. Os técnicos de NDT têm conhecimento especial sobre os resultados da inspeção e são capazes de garantir conexões soldadas para projetos, conforme necessário.

Códigos de soldagem

Toda a soldagem no setor aeroespacial deve obedecer a padrões rigorosos estabelecidos em códigos de soldagem de organizações como a AWS e a ISO. Os testes de qualificação comprovam a conformidade do soldador e do procedimento com os códigos, garantindo uma soldagem consistente e sem defeitos, adequada para estruturas de voo leves e duráveis.

Conclusão

A soldagem desempenha um papel indispensável na fabricação em todo o setor aeroespacial. A soldagem robótica e a laser possibilitaram o aumento da automação das linhas de produção de fuselagem, enquanto técnicas especializadas, como a fricção, garantem a integridade de componentes essenciais. A implementação de ligas avançadas amplia os limites do projeto estrutural por meio de recursos como resistência à corrosão em altas temperaturas. Garantir que cada solda atenda aos padrões aeroespaciais é fundamental para a segurança e requer avaliação especializada de NDT e adesão à soldagem do setor em códigos aeroespaciais. Com o crescimento da demanda por viagens aéreas, a inovação na fabricação aeroespacial e as tecnologias de união continuarão a impulsionar a fabricação de aeronaves mais eficientes em termos de combustível, versáteis e econômicas. O futuro da aviação comercial e militar depende de soluções de soldagem de qualidade rápida.

Perguntas frequentes

Por que o controle de qualidade é tão importante para a soldagem aeroespacial?

Até mesmo os menores defeitos de soldagem podem levar a rachaduras ou falhas em altas altitudes ou temperaturas. Os testes não destrutivos ajudam a detectar quaisquer falhas que possam comprometer a integridade estrutural ao longo de décadas de serviço.

Os soldadores precisam de certificação especializada para o setor aeroespacial?

Sim, a soldagem aeroespacial é um trabalho altamente qualificado que exige testes de qualificação e certificação de acordo com códigos rigorosos do setor. Os soldadores devem demonstrar um conhecimento profundo dos requisitos de documentação, materiais, técnicas e padrões de qualidade.

Quais tendências futuras estão evoluindo na fabricação aeroespacial?

As tecnologias emergentes incluem maior automação robótica, soldagem híbrida a laser avançada, novas ligas metálicas de nicho e sistemas de monitoramento de defeitos em tempo real. Os compostos leves também estão substituindo alguns componentes metálicos para melhorar a eficiência do combustível.