BRPI0808469A2 - Ferramenta de soldagem por agitação e fricção resistente à fratura . - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "FERRAMENTA DE SOLDAGEM POR AGITAÇÃO E FRICÇÃO RESISTENTE À FRATURA”.

Referência Cruzada a Pedido Relacionado

A presente invenção reivindica o benefício do Pedido Provisório US Número de Série 60/893.246, denominada "FRACTURE RESISTANT FRICTION STIR WELDING TOOLS", depositado em 6 de março de 2007, e do Pedido US Número de Série 11/868.262, denominado "FRACTURE RESISTANT FRICTION STIR WELDING TOOL", depositado em 5 de outubro de 2007, os quais são incorporados neste documento.

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a ferramentas de soldagem por agitação e fricção e mais particularmente, a presente invenção refere-se a ferramentas de soldagem por agitação e fricção possuindo aspectos de resistência à fratura / redução de tensão.

Antecedentes da Invenção

O processo de solda por agitação e fricção (FSW) é um processo de junção baseado em estado sólido, o qual torna possível soldar uma ampla variedade de materiais (alumínio, cobre, aço inoxidável, etc.) com eles mesmos e soldar várias combinações (por exemplo, ligas de alumínio 6xxx/5xxx, 2xxx/7xxx, etc.), umas com as outras. O processo é baseado em cravar uma ferramenta de soldagem por agitação e fricção rotativa dentro da área de junção. A ferramenta de soldagem por agitação e fricção rotativa aquece a peça (peças) de trabalho por fricção, e assim, o material se torna plasticizado e flui ao redor do eixo geométrico da ferramenta devido ao cisaIhamento causado pela ferramenta rotativa.

As ferramentas convencionais de soldagem por agitação e fricção tipicamente incluem um pino com roscas, uma haste e um ombro possuindo uma superfície de engate. A haste é para segurar um mandril ou pinça de uma máquina de soldagem por agitação e fricção de modo que a ferramenta possa ser girada. Enquanto a ferramenta está girando, o pino é pressionado e fincado dentro da área de junção entre a peça (peças) de trabalho que é (são) para ser soldada. A fricção entre a peça (peças) de trabalho e o pino causa que o material da peça (peças) de trabalho se torne aquecido até sua temperatura de amolecimento e assim se torne plasticizada. A pressão entre o pino e a peça (peças) de trabalho plasticizada causa que o pino seja 5 inserido dentro da peça (peças) de trabalho. A fricção entre o pino e a peça (peças) de trabalho causa que o material da peça de trabalho plasticizada flua sobre e ao redor do eixo geométrico do pino, e assim, a soldagem ocorre sem fusão.

Sumário da Invenção Em vista do precedente, um amplo objetivo da presente inven

ção é produzir ferramentas de soldagem por agitação e fricção aperfeiçoadas. Um objetivo relacionado é aumentar a resistência à fratura das ferramentas de soldagem por agitação e fricção, tal como quando as ferramentas estão sob carga de fadiga cíclica durante a soldagem. Um objetivo adicional 15 relacionado é diminuir a taxa de falha de ferramentas de soldagem por agitação e fricção que incluem um membro interno de tração. Outro objetivo é facilitar a soldagem por agitação e fricção em alta velocidade operacional e em altas temperaturas para facilitar a soldagem de ligas espessas e/ou fortes e/ou duras e de outros materiais.

Ao endereçar um ou mais objetivos acima, os presentes invento

res reconheceram que uma ferramenta de soldagem por agitação e fricção compreendendo um corpo oco interconectado, mas separado, de um membro de tração interna, pode ser utilizada para eliminar ou reduzir a transferência de forças de torção a partir do pino para o membro de tração. Em 25 uma concretização, o membro de tração é separado do corpo e/ou do pino da ferramenta de soldagem por agitação e fricção via um ou mais membros de separação. O membro de separação pode atuar como um pino giratório para restringir, e em alguns casos, eliminar, a transferência de forças de tração a partir do corpo / pino da ferramenta de soldagem por agitação e fric30 ção. Em uma concretização, o membro de separação compreende um mancai de empuxo (por exemplo, rolamento de esferas de empuxo; um material de mancai de empuxo de alta temperatura) localizado próximo ou na extremidade distai do corpo da ferramenta. Outros membros ou materiais de separação podem ser utilizados, tal como vários outros tipos de mancais (por exemplo, mancais contendo óleo, mancais hidraulicamente acionados). Lubrificantes, tal como pós lubrificantes secos (por exemplo, pós contendo mo5 libdênio) podem ser aplicados entre o membro de tração e o furo interno do corpo / pino da ferramenta de soldagem por agitação e fricção, desse modo facilitando o movimento rotacional e axial da haste de tração em relação ao pino ao longo de um eixo geométrico comum.

Em uma concretização, um ou mais membros elásticos podem 10 ser utilizados para proporcionar uma força axial (por exemplo, uma força elástica) em relação ao membro de tração, desse modo tracionando de forma axial o membro de tração e assim comprimindo o pino da ferramenta de soldagem por agitação e fricção. Em uma concretização, os membros elásticos também podem amortecer as variações de tração experimentadas pelo 15 membro de tração devido às interações com o pino e/ou devido às variações de temperatura. Os membros elásticos podem compreender uma ou mais molas (por exemplo, molas circulares) e podem atuar como um fole.

Os presentes inventores adicionalmente reconheceram que as tensões do tipo circunferente induzidas no pino pelos ombros do membro de 20 tração interna podem ser reduzidas pela utilização de uma interface / transição não-linear entre o pino e o ombro do membro de tração. Em uma concretização, o ombro do membro de tração inclui pelo menos uma parte arredondada para engate com uma parte arredondada correspondente do pino. Em uma concretização, tanto os ombros do membro de tração como os om25 bros correspondentes do pino interno incluem parte arredondadas com um espaço entre as mesmas. Assim, as tensões do tipo circunferentes nas interfaces do pino com o ombro do membro de tração podem ser reduzidas.

Os presentes inventores também reconheceram que as tensões circunferentes podem ser reduzidas pela utilização de um pino possuindo uma parte média com diâmetro maior em relação ao diâmetro da parte de base do pino. Em uma concretização, o diâmetro do pino progressivamente diminui a partir da parte média do pino em direção à parte de base do pino. Assim, a parte média pode ser uma parte saliente com área de superfície aumentada, desse modo induzindo a distribuição de tensão nesta região, o que pode reduzir as tensões circundantes do tipo tração. Este conceito de diâmetro afunilado (por exemplo, diâmetro do meio maior progredindo para 5 diâmetro da base menor) também pode intensificar a carga de compressão na base do pino, desse modo reduzindo as forças de tração nesta região. Em outros casos, um pino possuindo um diâmetro constante a partir de uma parte média até uma parte de base pode ser utilizado (por exemplo, com membros de tração de alta resistência, descritos abaixo).

Os presentes inventores também reconheceram que o membro

de tração e o pino podem compreender materiais diferentes. Em uma abordagem, o membro de tração pode empregar ligas de metal. As ligas de metal podem incluir ligas fixadoras e/ou superligas. Em uma concretização, a liga de metal é uma liga baseada em cobalto. Em outra concretização, a liga de 15 metal é uma liga baseada em aço. Em outra abordagem, o membro de tração pode compreender material composto. Em uma concretização, o material composto inclui cerâmica. A cerâmica pode incluir, por exemplo, cerâmica baseada em tungstênio e materiais incluindo fibras orgânicas ou de carbono. Desde que as resistências à tração destes materiais podem ser significati20 vãmente maiores do que o material do pino (por exemplo, > 3447378,6465892 MPa (500.000 ksi) para um material composto comparado com « 1378,951458636 MPa (w 220 ksi) para o material do pino), as forças de compressão aplicadas para o pino via o membro de tração composto podem ser significativamente maiores do que as forças aplicadas para o pino 25 via o uso de um membro de tração que é fabricado do mesmo material que o pino. Por sua vez, o diâmetro do pino pode ser diminuído, e pinos mais duráveis podem ser produzidos. Pinos com diâmetros menores também podem alcançar maior velocidade de percurso de soldagem. Adicionalmente, os materiais compostos podem possuir uma maior resistência à temperatura, as30 sim facilitando a operação da ferramenta de soldagem por agitação e fricção em temperaturas mais elevadas.

Assim, o membro de tração pode compreender feixes de material do tipo composto (por exempio, várias fibras), barras e/ou hastes e cilindros fixados na extremidade que são produzidos (por exemplo, preformados, ligados com adesivos, moldados, curados, usinados) com aspectos de interconexão que podem ser utilizados para interconectar o membro de tração 5 com o pino (por exemplo, via as partes arredondadas, descritas acima) e/ou com o corpo da ferramenta de soldagem por agitação e fricção. Com respeito aos membros de tração de cerâmica, a cerâmica pode ser apoiada junto à ferramenta via qualquer apoio adequado, tal como aspectos mecânicos complementares (por exemplo, ganchos / furos, covas / rebaixos, língua / 10 ranhura) ou via ligação química (por exemplo, superadesivos). Em uma concretização,, refrigerantes podem ser proporcionados para um ou mais dentre o membro de tração e/ou o pino durante a soldagem para ajudar a manter a integridade destes componentes.

Em uma concretização, um membro de tração composto com15 preende várias fibras de alta resistência (por exemplo, fibras orgânicas ou de carbono) capazes de movimento de torção ou de rotação ao longo de um eixo geométrico comum dentro do furo do corpo e/ou do pino da ferramenta de soldagem por agitação e fricção à medida que a ferramenta opera. Nesta concretização, o membro de separação citado acima pode não ser necessá20 rio à medida que as várias fibras irão eliminar ou reduzir o risco de rompimento do membro de torção devido à transferência das forças de torção a partir do pino para o membro de tração.

Os presentes inventores também reconheceram que, independente do uso de um pino monolítico (por exemplo, quando utilizando uma 25 ferramenta convencional de soldagem por agitação e fricção) ou de um pino oco (por exemplo, quando utilizando uma ferramenta de soldagem por agitação e fricção compreendendo um membro de tração), que a resistência à fratura pode ser aumentada pela utilização de um pino que inclui pelo menos uma faixa sem roscas, a qual está localizada na "base" do pino, próxima do 30 ombro da ferramenta. O uso de uma faixa sem roscas pode reduzir os efeitos de elevação de tensão a partir das roscas do pino. Esta faixa sem roscas pode ser posicionada ao redor do pino em localizações estratégicas para reduzir a falha do pino em áreas altamente propensas à fratura. Em uma concretização, uma faixa sem roscas é posicionada próxima de uma parte de ombro da ferramenta, próxima da transição entre o pino e o ombro (por exemplo, na base do pino, próxima do ombro da ferramenta). Em uma con5 cretização, a faixa sem roscas possui uma largura de pelo menos 2 mm. Em uma concretização, a faixa sem roscas possui uma largura não maior do que 8 mm.

Os presentes inventores também reconheceram que, independente do uso de um pino monolítico (por exemplo, quando utilizando uma 10 ferramenta convencional de soldagem por agitação e fricção) ou de um pino oco (por exemplo, quando utilizando uma ferramenta de soldagem por agitação e fricção compreendendo um membro de tração), que a resistência à fratura pode ser aumentada via roscas que possuem uma proporção de raio para profundidade (r/d) relativamente alta. O uso de proporções de raio para 15 profundidade relativamente altas pode reduzir os efeitos de elevação de tensão das roscas. Em uma concretização, a proporção de raio para profundidade é constante através da superfície do pino. Em outra concretização, a proporção de raio para profundidade progressivamente aumenta (por exemplo, aumenta de forma linear; aumenta de forma exponencial) a partir de 20 uma primeira parte do pino em direção a uma segunda parte do pino. Em uma concretização, a proporção de raio para profundidade progressivamente aumenta a partir de uma parte média do pino em direção a uma parte de base do pino.

Em outras abordagens, o pino pode incluir segmentos com rosca 25 e partes lisas. Por exemplo, o pino pode incluir várias regiões segmentadas, algumas das quais incluem roscas e algumas das quais não incluem roscas (por exemplo, partes lisas ou faixa sem roscas). Os segmentos com rosca podem ser espaçados sobre a superfície do pino, com as partes lisas separando os segmentos com rosca um do outro. Em uma concretização, o pino 30 inclui três segmentos com rosca separados sobre a superfície do pino e separados por três partes lisas. Em uma concretização, o pino inclui quatro segmentos com rosca separados sobre a superfície do pino e separados por quatro partes lisas. Em uma concretização, os segmentos com rosca são espaçados equidistantes um do outro, separados por partes lisas. Cada um dos segmentos com roscas pode incluir o mesmo padrão / orientação de rosca que os outros segmentos com roscas, ou um ou mais dentre os seg5 mentos com roscas pode incluir padrões de rosca diferentes. Por conseqüência, um primeiro segmento com rosca pode incluir um primeiro padrão de rosca, e um segundo segmento com rosca pode incluir um segundo padrão de rosca, o segundo padrão de rosca sendo diferente do primeiro padrão de rosca. Em uma concretização, roscas convencionais unidirecionais 10 podem ser utilizadas para um ou mais dentre os segmentos de rosca. Em outra concretização, roscas r (por exemplo, lado esquerdo, lado direito, horizontal) podem ser utilizadas para um ou mais dentre os segmentos com rosca. Um ou mais dentre os segmentos com rosca podem incluir um ou mais outros aspectos de superfície, tal como covas, ranhuras intermitentes, ou 15 paredes localizadas multifacetadas, para citar alguns. As partes lisas geralmente são substancialmente nuas de aspectos (por exemplo, são substancialmente lisas) e podem possuir um raio ou contorno redondo similar às seções com roscas adjacentes ou plano. As partes lisas são separadas aproximadamente a cada 90° ou 120°. O uso de segmentos com rosca e de par20 tes lisas pode reduzir a força (forças) (por exemplo, Fz e Fx) e o torque sobre o pino durante a soldagem, e pode facilitar o controle aperfeiçoado em relação ao fluxo, enchimento e consolidação da região prasticizada ao redor do pino. A vida útil estendida do pino pode adicionalmente ser testemunhada.

Em uma concretização, o pino inclui quatro segmentos com ros

ca espaçados equidistantes um do outro separados pelas partes lisas. Um primeiro e um terceiro dentre estes segmentos com rosca pode incluir um primeiro padrão com rosca (por exemplo, um padrão do lado direito) e um segundo e um quarto dentre estes segmentos com rosca podem incluir um 30 segundo padrão de rosca (por exemplo, um padrão do lado esquerdo). Os primeiro e terceiro segmentos com rosca podem estar em lados opostos do pino e adjacentes às partes lisas. Da mesma forma, os segundo e quarto segmentos com rosca podem estar em outros lados opostos do pino e adjacentes às partes lisas.

Utilizando um ou mais destes conceitos da invenção, ferramentas aperfeiçoadas de soldagem por agitação e fricção podem ser produzidas.

5 Uma ferramenta de soldagem por agitação e fricção geralmente inclui um corpo, um pino, um ombro da ferramenta, um membro de tração e, opcionalmente, uma montagem de extremidade. O corpo pode definir uma cavidade para receber pelo menos uma parte de um membro de tração. O corpo pode incluir uma haste / pega para engate com um mandril ou pinça de uma 10 máquina de soldagem por agitação e fricção. A montagem de extremidade compreende um ou mais membros de separação e/ou membros elásticos descritos acima. Uma parte de extremidade distai do membro de tração pode ser interconectada com a montagem de extremidade (por exemplo, via uma interface mecânica), a qual, quando da carga do membro de tração sob tra15 ção, pode proporcionar força de compressão axial sobre o pino da ferramenta. Uma parte de extremidade próxima do membro de tração pode ser interconectada com o pino (por exemplo, via transições) e assim, o pino pode ser comprimido de forma axial devido ao engate do membro de tração com a montagem de extremidade. Por conseqüência, as forças de tração devido 20 aos momentos de curvatura no pino à medida que ele gira podem ser reduzidas. O membro de tração pode compreender um ou mais aspectos relacionados com o membro de tração descritos acima (por exemplo, ombro nãoIinear para interface com o pino). O pino pode compreender um ou mais dos aspectos relacionados com o pino descritos acima (por exemplo, pino linear 25 cônico, parte do meio saliente, partes com rosca segregadas, transição interna não-linear para fazer interface com o ombro não linear de um membro de tração). Em uma concretização, uma extremidade próxima do pino é contígua com a superfície de trabalho da parte de ombro do pino e do ombro. A parte de ombro da ferramenta pode incluir uma superfície de trabalho com 30 curvas para engate com pelo menos uma superfície da peça (peças) de trabalho para impedir o material plasticizado de fluir para fora da região plasticizada formada sobre e ao redor do pino. Vários benefícios podem ser evidenciados via as ferramentas de soldagem por agitação e fricção da invenção. Por exemplo, as ferramentas aperfeiçoadas de soldagem por agitação e fricção podem ser capazes de soldar materiais que geralmente não podem ser soldados utilizando técnicas 5 convencionais de soldar por agitação e fricção. Materiais exigindo altas temperaturas de solda e/ou alta tenacidade e/ou altas resistências podem ser soldados utilizando as ferramentas aperfeiçoadas de soldagem por agitação e fricção. As ferramentas de soldagem por agitação e fricção também podem facilitar a soldagem de seções mais grossas de materiais (por exemplo, uma 10 espessura de cerca de pelo menos 43 milímetros com uma liga 7085). As ferramentas de soldagem por agitação e fricção também podem facilitar a velocidade mais rápida de soldagem, desse modo aumentando a produtividade e produzindo soidas mais fortes devido às entradas de calor menores requeridas por comprimento linear. As ferramentas de soldagem por agita15 ção e fricção podem ser utilizadas com várias ligas e com várias espessuras de material. A vida útil da ferramenta pode ser estendida de forma significativa, tal como quando soldando materiais mais ásperos e mais fortes e/ou seções espessas de materiais. Assim, as ferramentas de soldagem por agitação e fricção podem ser de custo mais compensador.

Como pode ser apreciado, vários aspectos dentre os aspectos

da invenção proporcionados acima podem ser combinados de várias maneiras para produzir várias ferramentas de soldagem por agitação e fricção. Estes aspectos da invenção podem ser utilizados com ferramentas convencionais baseadas em bigorna, ou com ferramentas do tipo bobina. Ferramen25 tas de bobina fixas e com ajuste automático com vários ombros podem ser empregadas com qualquer um dos aspectos descritos acima para simultaneamente soldar várias paredes paralelas. Adicionalmente, os conceitos da invenção acima geralmente não requerem um novo projeto do ombro da ferramenta e/ou da luva de compressão. Por conseqüência, o ombro da ferra30 menta pode ser qualquer uma dentre uma configuração adequada, tal como configurações retas ou configurações com curvas com anéis concêntricos ou bordas em espiral, para citar algumas. Estes e outros aspectos, vantagens e novos aspectos da invenção são expostos em parte na descrição a seguir e irão se tornar aparentes para os versados na técnica quando do exame da descrição seguinte e das figuras, ou podem ser aprendidos pela prática da invenção.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1a é uma vista em perspectiva ilustrando uma concretização de uma ferramenta de soldagem por agitação e fricção útil de acordo com a presente invenção.

A figura 1 b é uma vista em perspectiva de perto do pino da ferramenta de soldagem por agitação e fricção da figura 1a.

A figura 1c é uma vista lateral em seção transversal da ferramenta de soldagem por agitação e fricção da figura 1a.

A figura 1d é uma vista em seção transversal de perto da interface entre o ombro do membro de tração e o ombro do pino interno da figura 1c.

A figura 1e é uma vista em perspectiva do membro de tração das figuras 1a até 1d.

A figura 1f é uma vista explodida da montagem de extremidade da ferramenta de soldagem por agitação e fricção das figuras 1a e 1c.

A figura 1g é uma vista lateral da ferramenta de soldagem por

agitação e fricção das figuras 1a e 1c.

A figura 1 h é uma vista lateral do pino da ferramenta de soldagem por agitação e fricção das figuras 1a até 1d e 1f até 1g.

A figura 1 i é uma vista em seção transversal de perto do pino da ferramenta de soldagem por agitação e fricção das figuras 1a até 1d e 1f até 1h.

A figura 1j é uma ilustração dos raios com rosca para as dimensões de profundidade.

A figura 2a é uma primeira vista lateral de outra concretização de um pino útil com uma ferramenta de soldagem por agitação e fricção.

A figura 2b é uma segunda vista lateral do pino da figura 2a.

A figura 2c [é uma vista de baixo da extremidade próxima do pino das figuras 2a e 2b.

A figura 3a é uma vista lateral de uma concretização de uma ferramenta de soldagem por agitação e fricção possuindo uma montagem de ombro que faz transição.

A figura 3b é uma vista lateral em seção transversal da ferra

menta de soldagem por agitação e fricção da figura 3a.

A figura 4 é uma vista lateral em seção transversal de uma ferramenta de soldagem por agitação e fricção do tipo bobina.

A figura 5 é uma vista lateral em seção transversal de um caso para transportar uma ferramenta de soldagem por agitação e fricção.

A figura 6 é uma vista lateral em seção transversal de uma concretização de uma ferramenta de soldagem por agitação e fricção possuindo um corpo monolítico.

A figura 7 é uma vista lateral em seção transversal de uma concretização de uma ferramenta de soldagem por agitação e fricção possuindo um ombro da ferramenta afunilado.

A figura 8 é uma vista lateral em seção transversal de uma concretização de uma ferramenta de soldagem por agitação e fricção possuindo um corpo monolítico e um ombro da ferramenta afunilado.

A figura 9 é uma vista lateral de uma concretização de uma fer

ramenta de soldagem por agitação e fricção possuindo corpo monolítico com um pino reto afunilado.

A figura 10 apresenta vistas laterais em seção transversal de outra concretização da presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

Agora, será feita referência em detalhes aos desenhos acompanhantes, os quais pelo menos ajudam a ilustrar as várias concretizações pertinentes da presente invenção. Para este pedido, monolítico é definido para descrever um componente que é fabricado ou formado em ou a partir de um 30 único item e não a partir de várias peças; inteiriço é definido como consistindo ou composto de peças que juntas constituem um componente; oco é definido como possuindo uma cavidade, espaço, ou espaço dentro, aninhado é definido como encaixando de forma firme junto ou dentro de outro ou um com o outro; e condição de estado estacionário é definida como tensões térmicas ou mecânicas que estabilizaram e não existem variações significativas das mesmas com o passar do tempo.

5 A presente invenção pode ser ilustrada em várias concretiza

ções, incluindo estas apresentadas nas figuras 1c e 10. Por conveniência, a descrição detalhada irá traçar o perfil da concretização 10 ilustrada na figura 1c. Aspectos comuns entre a concretização 10 e a concretização 100 apresentada na figura 10 são os mesmos. Deve ser entendido que a descrição 10 (incluindo o caminho e as tensões de carga de tração) que segue para a concretização 10 é também aplicável para a concretização 100 e para outras concretizações contempladas, mas não apresentadas neste documento.

Referindo-se agora às figuras 1a, 1c, 1e, uma concretização de uma ferramenta de soldagem por agitação e fricção 10 compreende um corpo 20 interconectado com uma parte de pino 30, um ombro da ferramenta 40, um membro de tração 50, e uma montagem de extremidade 60. O membro de tração 50 possui um comprimento Lt e pode ser disposto dentro do furo interno 21 do corpo 20 possuindo o comprimento L1 e se estende através do mesmo. O membro de tração 50 é interconectado com a parte de pino 30 via transições 41 dispostas próximas da extremidade próxima 80 da parte de pino 30, como descrito em detalhes adicionais abaixo com respeito à figura 1d. A montagem de extremidade 60 se interconecta e coloca o membro de tração 50 em tração em relação ao corpo 20, como descrito em detalhes adicionais abaixo, desse modo criando um caminho ou circuito de carga de tração de circuito fechado. A montagem de extremidade 60 pode incluir pelo menos um membro de separação 62, descrito em detalhes adicionais abaixo, que facilita a separação de uma extremidade do membro de tração 50 a partir da parte do corpo de agitação e fricção 20 que diretamente coopera com o sistema de acionamento (não apresentado) da máquina de soldagem por agitação e fricção (não apresentada) que induz a velocidade rotacional (definida neste documento como velocidade rotacional de entrada e utilizada como sinônimo de torque de entrada) sobre o corpo 20 da ferramenta de soldagem por agitação e fricção 10. O membro de separação 62 interrompe ou desengata o circuito fechado para aliviar a carga de tração sobre o membro de tração 50.

Uma concretização de um corpo da ferramenta de soldagem por agitação e fricção 20 inclui uma interface de sistema de acionamento da máquina de soldagem por agitação e fricção 24, tal como uma parte de pega como apresentada na figura 1a, capaz de cooperação com uma sistema de acionamento da máquina de soldagem por agitação e fricção (não apresentado) para aplicar uma velocidade rotacional de entrada para o corpo da ferramenta de soldagem por agitação e fricção 20. A parte de pino 30, a qual é adjacente e rigidamente acoplada com a interface do sistema de acionamento da máquina de soldagem por agitação e fricção 24, irá girar na mesma velocidade rotacional ou torque que a velocidade rotacional de entrada nas condições de estado estacionário antes do início da operação de soldagem por agitação e fricção. Entretanto, após a parte de pino 30 ser fincada dentro de uma junção a ser soldada, existe resistência à tração sobre o pino, a qual é causada pelas tensões de cisalhamento entre o material plasticizado e o pino como resultado da velocidade rotacional (definida neste documento como velocidade rotacional de saída e utilizada como sinônimo de torque de saída) da parte de pino 30 pode diminuir como resultado da resistência da junção. Portanto, a velocidade rotacional de saída pode ser menor do que a velocidade rotacional de entrada à medida que a parte de pino 30 plasticiza o material na junção para ser soldado por agitação e fricção.

Agora, voltando-se para a figura 1c, uma concretização do mem25 bro de tração 50 inclui uma parte de extremidade próxima 52 e uma extremidade distai 54. Como descrito acima, a extremidade próxima 52 pode ser interconectada ou de forma fixa acoplada com a parte de pino 30 para induzir uma carga de compressão sobre a mesma. A extremidade próxima 52 gira substancialmente na mesma velocidade rotacional que a parte de pino 30 30 antes, durante e após a operação de soldagem por agitação e fricção. A extremidade distai 54 pode ser conectada de forma operacional, via a montagem de extremidade 60, com a extremidade distai 25 do corpo 20, a qual está localizada muito próxima da interface do sistema de acionamento da máquina de soldagem por agitação e fricção 24 (veja a figura 1c). Antes do desengate, a extremidade distai 54 possui substancialmente a mesma velocidade de rotação que a interface do sistema de acionamento da máquina de 5 soldagem por agitação e fricção 24. Durante a operação de soldagem por agitação e fricção (FSW)1 quando a velocidade rotacional de saída é menor do que a velocidade rotacional de entrada, um deslocamento angular da extremidade distai 54 em relação à extremidade próxima 24 pode ocorrer, o que induz um esforço de torção dentro do membro de tração 50. Isto ocorre 10 devido à extremidade distai 54 girar na velocidade rotacional de entrada e a extremidade próxima 52 girar na velocidade rotacional de saída, a qual pode ser diferente durante a operação FSW. O membro de separação 62 pode ser independentemente e de forma operacional conectado com a extremidade distai 54 do membro de tração 50 e com a interface do sistema de aciona15 mento da máquina de soldagem por agitação e fricção 24 para separar a extremidade distai 54, por exemplo, do corpo 20 na proximidade com a fonte de velocidade rotacional de entrada. Outras concretizações físicas que resultam na separação do membro de tração 50 da fonte de entrada são contempladas neste documento. Tal concretização é o membro de separação 62 20 capaz de movimento relativo ou deslize para separar a extremidade distai 54 do membro de tração 50 do corpo 20 próximo da interface do sistema de acionamento da máquina de soldagem por agitação e fricção 24 quando um valor ou força de torção for excedido, por exemplo, na interface do membro de separação 43, 45 (figura 1 c) com o retentor de separação 63 ou com a 25 extremidade distai do corpo 25, respectivamente. O valor de torque ou força predeterminada pode ser determinado por uma força normal e por um coeficiente de fricção na interface do membro de separação 43, 45. Desse modo, o esforço de torção dentro do membro de tração 50 causado pelo deslocamento angular é reduzido ou eliminado quando o membro de separação 62 30 efetivamente separa ou desengata a extremidade distai 54 do membro de tração 54 da interface de acionamento da máquina de solda por agitação e fricção 24. A interação física dos componentes acima pode ser descrita em termos de caminho da carga de torção. Como ilustrado nas figuras 1c e 1f, a concretização acima ilustra um mecanismo de liberação de torque (membro de separação 62) que não está no caminho direto de carga entre a fonte de 5 acionamento de entrada (interface do sistema de acionamento da máquina de soldagem por agitação e fricção 24) e a ferramenta de trabalho de saída (parte de pino 30). Esta concretização permite a flexibilidade em localizar o mecanismo de liberação de torque longe das restrições espaciais associadas entre a fonte de acionamento de entrada e a ferramenta de trabalho de 10 saída. Por exemplo, o caminho da carga de torção começa na interface do sistema de acionamento da máquina de soldagem por agitação e fricção 24 que é de forma operacional conectada com o sistema de acionamento de solda por agitação e fricção (não apresentado) e gira toda a ferramenta 10 em uma velocidade rotacional de entrada predeterminada ou torque quando 15 a ferramenta 10 não está sob carga (nenhum modo de carga). Os três aspectos citados acima giram de forma sincronizada até que a parte de pino 30 encrave na junção a ser soldada e encontre resistência a partir da junção (modo de carga). Desde que a extremidade distai 25 do corpo 20 está muito próxima da interface do sistema de acionamento da máquina de soldagem 20 por agitação e fricção 24, a extremidade distai 25 do corpo 30 gira substancialmente na mesma velocidade rotacional e nas condições de carga que a interface do sistema de acionamento da máquina de soldagem por agitação e fricção 24. A carga de torção realizada por estes aspectos é desprezível nas condições de estado estacionário antes do começo da operação de sol25 dagem por agitação e fricção (nenhum modo de carga). Quando a parte de pino 30 crava na junção, a velocidade rotacional da parte de pino 30 diminui enquanto a velocidade rotacional dos outros aspectos citados acima permanece substancialmente a mesma. Esta ação cria um caminho de carga de torção que percorre a partir da interface do sistema de acionamento da má30 quina de soldagem por agitação e fricção 24 até a parte de pino 30. (Observe que a fonte de acionamento de entrada está entre o mecanismo de liberação de torque e a ferramenta de trabalho de saída). Isto resulta em deslocamento angular entre a extremidade próxima 52 e a extremidade distai 54, o que resulta em um esforço de torção. O caminho da carga de torção percorre a partir da parte de pino 30 até a extremidade próxima 52 do membro de tração 50 e continua a correr todo o comprimento do membro de tração 50 até a extremidade distai 54, a qual está de forma operacional conectada com a interface do sistema de acionamento da máquina de soldagem por agitação e fricção 24 através do membro de separação 62, desse modo completando o caminho da carga nas interfaces de separação 43, 45. A relação íntima dos componentes da montagem de extremidade 60, discutida em detalhes abaixo, não resulta em movimento relativo ou deslize entre os mesmos enquanto as condições estão abaixo do torque ou valor de tensão predeterminado. Uma vez que o valor de torque ou de tensão exceda o valor predeterminado, o membro de separação 62 irá deslizar ou desengatar na interface de separação 43 ou 45 e interromper ou romper o caminho da carga.

Agora, voltando para as figuras 1a e 1c, uma concretização do corpo 20 geralmente compreende um membro monolítico possuindo um furo axial 21 possuindo os diâmetros internos IDi e ID2 se estendendo através do eixo geométrico longitudinal A para todo o comprimento Li do corpo 20 para 20 receber o membro de tração 50. O corpo 20 adicionalmente inclui a extremidade próxima 23 e a extremidade distai 25. O corpo 20 geralmente adicionalmente inclui a interface do sistema de acionamento da máquina de soldagem por agitação e fricção 24, tal como uma parte de pega na forma de um recorte do diâmetro externo, para facilitar a pega da ferramenta de soldagem 25 por agitação e fricção 10 por um mandril ou pinça correspondente de uma máquina de ferramenta de soldagem por agitação e fricção (não apresentada) possuindo um sistema de acionamento para induzir a velocidade rotacional ou torque. O corpo 20 pode ser fabricado de qualquer material adequado, tal como, por exemplo, aços baseados em cobalto ou carbono. O 30 corpo 20 adicionalmente geralmente inclui pelo menos um conjunto de aspectos complementares de engate 22 (tal como roscas externas) para receber os aspectos complementares de engate 42 (tal como roscas internas) do ombro da ferramenta 40 para facilitar a interconexão do ombro da ferramenta 40 com o corpo 20. A parte de pino 30 pode ser uma parte do corpo monolítico 20, como apresentado na figura 1c, na extremidade próxima 23 do corpo 20. Em outras concretizações, o pino pode ser um componente separado que é interconectado com o corpo 20 via aspectos complementares de engate para formar um componente inteiriço de corpo / pino. As dimensões do corpo 20, do pino 30, do ombro da ferramenta 40 e do membro de tração 50 são geralmente específicas da aplicação, e são dependentes, por exemplo, da espessura, da dureza e da resistência dos materiais a serem soldados. O membro de separação 62 é disposto entre a extremidade distai 25 do corpo 20 e a extremidade distai 54 da haste de tração 50, onde o membro de separação 62 inibe ou contém o movimento rotacional ou de torção relativo ao longo do eixo geométrico comum A do membro de tração 50 com respeito ao corpo 20 quando um torque aplicado está abaixo de um valor predeterminado de torque.

Referindo-se agora às figuras 1h e 1 i, a parte de pino geralmente compreende vários segmentos externos com roscas ou partes longitudinais 32 (daqui para frente, referidas como seções com rosca 32) separadas umas das outras por partes listas ou secções sem rosca 34. As partes lisas 20 34 geralmente são substancialmente nuas de aspectos (por exemplo, são essencialmente lisas) e podem possuir um raio ou contorno similar às seções ou faces com rosca adjacentes. As partes lisas 34 estão aproximadamente separadas a cada 90° até 120°. Os segmentos com rosca 32 estão localizados ao redor da superfície externa 43 da parte de pino 30. Na con25 cretização ilustrada, os segmentos com rosca 32 compreendem roscas do lado direito. Entretanto, outras configurações com rosca podem ser utilizadas. Por exemplo, um ou mais dentre os segmentos com rosca 32 podem compreender uma parte com rosca do lado esquerdo e / ou horizontal, tal como ilustrado e descrito abaixo com respeito às figuras 2a até 2c, ou uma 30 combinação das mesmas. O número, e o tamanho / dimensão das roscas e dos segmentos com rosca 32 geralmente é específico da aplicação.

Agora, voltando para a figura 1j, as roscas das partes com rosca 32 geralmente compreendem uma alta relação de raio (R) para profundidade (D). Em uma concretização, a proporção de raio para profundidade é constante por toda a parte com rosca 32. Em outra concretização, a proporção de raio para profundidade é diferente para as várias roscas das partes com ros5 ca 32. Em uma concretização, uma primeira parte com rosca compreende uma primeira proporção de raio para profundidade, e uma segunda parte com rosca compreende uma segunda proporção de raio para profundidade, a segunda proporção de raio para profundidade sendo diferente da primeira proporção de raio para profundidade. Em uma concretização, a proporção de 10 raio para profundidade de pelo menos algumas roscas progressivamente aumenta à medida que as roscas continuam a partir da parte do meio do pino 30 em direção à extremidade distai 81 da parte de pino 30. Em uma concretização, a proporção de raio para profundidade linearmente progressivamente diminui. Em outra concretização, a proporção de raio para profun15 didade progressivamente não-linearmente diminui (por exemplo, diminui progressivamente exponencialmente). O uso de proporções de raio para profundidade relativamente elevadas e/ou progressivamente alterar as proporções de raio para profundidade pode reduzir os efeitos de elevação de tensão da rosca na parte de pino 30, o que pode estender a vida útil da ferra20 menta. A proporção de raio para profundidade geralmente é específica da aplicação.

Referindo-se agora às figuras 1c, 1 d, e 1e, como citadas acima, as transições 41 podem ser utilizadas para interconectar o membro de tração 50 com a parte de pino 30 do corpo 20 da ferramenta de soldagem por 25 agitação e fricção 10. Em uma concretização, e com referência à figura 1 d, as transições podem compreender superfícies de engate não-lineares e complementares da parte de pino 30 e do membro de tração 50. Na concretização ilustrada, as transições compreendem partes de engate complementares 33, 53. Assim, uma interface suave (por exemplo, não-abrupta) pode 30 ser facilitada. Uma concretização das partes de engate 33, 53 é formada por diâmetros diferentes (ID1, ID2) do furo interno 21 e (OD1, OD2) do membro de tração 50, respectivamente. Por exemplo, ID1 é menor do que ID2 adjacente, onde a parte de engate 33 é formada no degrau ou ombro entre os diâmetros internos (IDi, ID2), e OD2 da extremidade próxima 52 é maior do que ODi da parte de base 56, onde a parte de engate 53 é formada no degrau ou ombro 51. Em uma concretização particular, as superfícies de engate 5 complementares de pelo menos um dentre a parte de pino 30 e o membro de tração 50 compreendem, por exemplo, superfícies de engate arredondadas 33, 53 que não correspondem completamente, mas deixam uma ou mais brechas G de modo a diminuir a probabilidade de que o membro de tração 50 irá "aninhar" ou assentar dentro da parte de pino 30. Estas bre10 chas G podem ser proporcionadas pelo arredondamento da superfície das partes arredondadas complementares 33, 53 de modo que ângulos negativos (Θ) sejam criados, onde pelo menos uma parte das superfícies de engate complementares na parte de pino 30 e no membro de tração 50 sejam inclinadas em relação ao eixo geométrico neutro da parte de pino 30. Estas su15 perfícies de engate complementares não-lineares podem reduzir as tensões circunferentes na parte de pino 30 devido às forças compressivas.

Referindo-se agora às figuras 1a, 1b, 1c e 1 i, a parte de pino 30 também pode incluir uma faixa sem rosca 36 localizada próxima de uma extremidade distai 81 da parte de pino 30. A faixa sem rosca 36 pode se estender ao redor de todo o perímetro da parte de pino 30 possuindo um diâmetro 38 (figura 1c). A faixa sem rosca 36 compreende uma largura (w) que pode variar ou pode ser constante ao redor do perímetro da parte de pino 30 (figura 1i). Em uma concretização, a largura (w) da faixa sem rosca 36 é pelo menos 2 mm. Em uma concretização relacionada, a largura (w) da faixa sem rosca 36 pode ser não maior do que 8 mm. A faixa sem rosca 36 geralmente está localizada próxima da extremidade próxima 82 do ombro da ferramenta 40 de modo a facilitar a transição entre os efeitos de soldagem a partir dos segmentos com rosca 32 da parte de pino 30 e os efeitos de soldagem a partir da superfície de trabalho 44 do ombro da ferramenta 40. Assim, a faixa sem rosca 36 pode facilitar a redução dos efeitos de elevação de tensão.

Referindo-se agora às figuras 1c, 1 h, e 1 i, a parte de pino 30 pode compreender diâmetros variados para facilitar a redução de tensão na parte de pino 30. Em particular, e com referência às figuras 1 h e 1 i, a parte de pino 30 pode incluir uma parte de ponta 31 com o diâmetro externo de rosca D1 ou vários diâmetros externos de rosca D1n, uma parte média 35 com o diâmetro externo de rosca D2 ou vários diâmetros externos com rosca D2n, e uma parte de base 37 com o diâmetro externo de rosca D3 ou vários diâmetros externos com rosca D3n. O diâmetro externo das roscas pode progressivamente diminuir à medida que as roscas externas, por exemplo, continuam a partir da parte do meio 35 em direção à extremidade próxima 80 da parte de pino 30 com o diâmetro externo D4, onde D2 é maior do que D4. Em uma concretização relacionada, o diâmetro externo das roscas pode progressivamente diminuir à medida que as roscas externas continuam a partir da parte do meio 35 em direção à extremidade distai 81 do pino (isto é, em direção à faixa sem rosca 36) com o diâmetro externo D5, onde D2 é maior do que D5. Assim, a parte de pino 30 pode compreender um perfil abaulado com uma depressão 47 próxima da faixa sem rosca 36 como resultado das diferenças de diâmetro. Este perfil abaulado pode facilitar a redução de tensões circunferentes na parte de pino 30 por aumentar a área de seção transversal na parte do meio 35 da parte de pino 30. Em particular, a parte abaulada pode reduzir a tensão circunferente e ainda produzir deformação plástica na região 39 (figura 1h) da parte de pino 30.

Ainda em outra concretização, um ou mais outros aspectos de superfície, tal como covas, ranhuras intermitentes, ou paredes multifacetadas localizadas, para citar algumas, ao invés dos segmentos com rosca.

Referindo-se agora às figuras 1a e 1c, o ombro da ferramenta 40 25 geralmente é interconectado com o corpo 20 da ferramenta 10 via aspectos de engate complementares 22, 42. Tais aspectos podem incluir, por exemplo, roscas macho (externa) / fêmea (interna). O ombro da ferramenta 40 pode ser qualquer ombro adequado útil em uma configuração de ferramenta de soldagem por agitação e fricção. Por exemplo, o ombro da ferramenta 40 30 pode ser de uma configuração lisa ou de uma configuração com curvas com anéis concêntricos e/ou com cristas espiraladas, para citar algumas. Uma parte de baixo do ombro da ferramenta 40 geralmente compreende uma superfície de trabalho 44, a qual atua para engatar as peças de trabalho no início da soldagem e durante a soldagem contém o material plasticizado formado ao redor e sobre o pino, diretamente debaixo da superfície de trabalho 44. Várias superfícies de trabalho 44 são conhecidas na técnica e qual5 quer uma destas superfícies pode ser empregada com o ombro da ferramenta 40 da ferramenta de soldagem por agitação e fricção 10.

Referindo-se agora às figuras 1a, 1c, 1d e 1e, o membro de tração 50 geralmente é projetado para encaixar de forma firme dentro da câmara do corpo 20 da ferramenta de soldagem por agitação e fricção 10 de mo10 do que o membro de tração 50 e o corpo 20 compartilhem um eixo geométrico longitudinal comum A. Um encaixe de forma firme é definido neste documento à medida que o diâmetro (diâmetros) externo OD do membro de tração 50 é ligeiramente menor do que o diâmetro (diâmetros) interno ID do furo interno 21 do corpo 20. Como discutido acima, o membro de tração 50 15 também é geralmente projetado para aplicar compressão (por exemplo, forças axialmente compressivas) para a parte de pino 30. Na concretização ilustrada, o membro de tração 50 compreende uma configuração de haste, a haste possuindo uma parte de base 56, uma parte de extremidade próxima 52 e uma parte de extremidade distai 54. A parte de extremidade próxima 52 20 compreende um ombro do membro de tração 51 e/ou uma superfície de engate complementar correspondente 53 para engate com uma superfície de engate complementar 33 da parte de pino 30, como descrito acima. A parte de extremidade distai 54 geralmente compreende uma parte de engate 55 para engate com pelo menos um membro da montagem de extremidade 60. 25 Na concretização ilustrada, a parte de engate 55 compreende um rebaixo para engate com um colar de separação 66 da montagem de extremidade 60 (discutido em detalhes adicionais abaixo). Uma concretização do rebaixo pode ser um formato convexo, entretanto, qualquer formato é aceitável. Outra concretização da parte de engate 55 pode incluir saliências (não apresen30 tadas) que são recebidas dentro de abertura (não apresentadas) no colar de separação 66. Quaisquer aspectos complementares do colar de separação 66 e da parte de engate 55 que retenham o colar de separação 66 junto ao membro de tração 50 e que não interfiram com a inserção e o deslizamento do membro de tração 50 dentro e através do furo interno 21 são aceitáveis. Por exemplo, a parte de engate 55 pode incluir uma protuberância carregada por mola (tal como uma esfera) que pode ser pressionada dentro do membro 5 de tração 50 para permitir ao mesmo entrar e se mover livremente através do furo interno 21 do corpo 20 e então se estender suficientemente para o exterior em uma direção radial à medida que o mesmo emerge ou sai do furo interno 21 para engatar com um membro de recepção ou abertura do colar de separação 66. Assim, quando o membro de tração 50 é interconectado 10 com as outras partes da ferramenta 10, como discutido em detalhes adicionais abaixo, pelo menos um membro da montagem de extremidade 60 engata com a parte de engate 55 do membro de tração 50 e, em conjunto com outros membros da montagem de extremidade 60, aplica uma carga de tração axial sobre o membro de tração 50, a força de tração axial geralmente 15 compreendendo um vetor de força orientado para a parte de extremidade distante 54 do membro de tração 50. À medida que uma carga de tração axial é aplicada para a extremidade distai 54 do membro de tração 50, aspectos de engate 53 do ombro do membro de tração 51 induzem uma força sobre a superfície do furo interno 21, próxima do aspecto de engate 33. As20 sim, as forças de compressão são realizadas na parte de pino 30 da ferramenta 10 via o engate do ombro do membro de tração 51 com partes internas da parte de pino 30, o que irá reduzir o componente de tensão mecânica da montagem e desse modo, reduzir a faixa alternada de força de tração durante a operação por iniciar com uma tensão inferior mínima que então 25 estaria presente sem a indução de forças ou cargas de compressão. Por sua vez, a parte de pino 30 pode ser comprimida de forma axial durante a operação da ferramenta de soldagem por agitação e fricção 10, o que pode reduzir as forças de tração toleradas pela parte de pino 30 durante a operação da ferramenta de soldagem por agitação e fricção 10.

O membro de tração 50 pode compreender materiais similares a

estes utilizados para o corpo 20, para a parte de pino 30 e/ou para o ombro da ferramenta 40, ou materiais diferentes destes componentes. Em uma concretização, o membro de tração 50 compreende um material de alta resistência à tração. Em uma concretização, o membro de tração 50 compreende uma liga de metal tal como uma liga fixadora e/ou uma superliga. Em uma concretização particular, a liga de metal pode ser uma liga baseada em cobalto. Em outra concretização, a liga de metal pode ser uma liga baseada em aço. Em outra concretização, o membro de tração 50 pode compreender um material composto, tal como uma cerâmica. O material de cerâmica pode ser, por exemplo, um material de cerâmica baseado em tungstênio. Em outra concretização, o composto pode compreender um ou mais feixes de fibras orgânicas de cerâmica ou de carbono. Com respeito aos materiais cerâmicos, pode ser apreciado que uma superfície de engate rebaixada, tal como a parte de engate 55, pode não ser prontamente obtida devido às dificuldades surgindo em usinar peças cerâmicas. Assim, em uma concretização de um membro de tração 50 compreendendo um material cerâmico, o membro de tração 50 inclui um apoio para apoiar o membro de tensão 50 junto a pelo menos uma outra parte da ferramenta 10, tal como uma parte de corpo 20 ou parte de pino 30. O apoio pode ser um fixador mecânico ou um fixador químico. Em uma concretização, o apoio compreende aspectos complementares de fixação, tal como ganchos / furos, covas / rebaixos e/ou uma disposição de língua / ranhura, para citar algumas, uma primeira das mesmas é utilizada no membro de tração 50, e uma segunda das mesmas é utilizada no pelo menos um dentre o corpo 20, a parte de pino 30 e a montagem de extremidade 60. Em uma concretização, um fixador químico é utilizado, tal como um adesivo com alta potência de junção (por exemplo, um super adesivo de alta temperatura). Em alguns casos, o membro de tração 50 geralmente compreende um corpo monolítico. Entretanto, em outros casos, o membro de tração 50 pode compreender componentes separados. Por exemplo, o membro de tração 50 pode compreender uma parte de extremidade distai separada e/ou uma parte de extremidade próxima separada para interconexão com a parte de base do membro de tração 50.

Referindo-se agora às figuras 1f e 1 g, a montagem de extremidade 60 geralmente é utilizada para alcançar pelo menos um e, algumas vezes ambos, dentre o seguinte: (i) tracionar de forma axial o membro de tração 50 e (ii) separar o membro de tração 50 do corpo 20 e/ou da parte de pino 30 da ferramenta de soldagem por agitação e fricção 10. Na concretização ilustrada, a montagem de extremidade 60 compreende um membro de 5 separação 62 e um retentor de separação 63 para reter o membro de separação 62. Como discutido acima, o membro de separação 62 facilita a separação do membro de tração 50 do corpo 20 da ferramenta de soldagem por agitação e fricção 10. Assim, a transferência de torque e/ou de outras forças indesejadas a partir da base 20 e/ou da parte de pino 30 para o membro de 10 tração 50 pode ser restrita e/ou eliminada. O membro de separação 62 pode ser, por exemplo, um mancai de empuxo, tal como um mancai de esferas de empuxo e/ou um mancai de empuxo de alta temperatura. Em outra concretização, o membro de separação 62 pode compreender diferentes tipos de mancais, tal como mancais de óleo e mancais hidraulicamente acionados. 15 Em uma concretização, o deslocamento rotacional ou de torção da extremidade distai 54 em relação à extremidade próxima 52 pode ser até 15° antes da separação em um valor de torque predeterminado. Em outra abordagem, o membro de separação 62 e seu retentor podem estar ausentes da montagem de extremidade 60, tal como quando o membro de tração 50 compre20 ender um ou mais feixes de fibras que são capazes de torção durante a operação da ferramenta, por conseqüência os efeitos de tensão a partir da parte de pino 30 e/ou do corpo 20 no membro de tração 50.

Além disso, lubrificantes (tal como pó de lubrificação a seco) podem ser aplicados entre o membro de tração 50 e o furo interno do corpo 20 25 e/ou da parte de pino 30 da ferramenta 10, desse modo facilitando o movimento (por exemplo, movimento radial) do membro de tração 50 em relação ao corpo 20 e/ou à parte de pino 30 da ferramenta 10. Em uma concretização, o pó de lubrificação a seco é um pó contendo molibdênio.

A montagem de extremidade 60 também e/ou alternativamente pode incluir um ou mais membros elásticos 64. Os membros elásticos 64 podem ser selecionados baseado na constante elástica (k) que produz a força elástica desejada para aplicar uma carga de tração no membro de tração 50. Em uma concretização, os membros elásticos 64 incluem uma ou mais molas, tal colmo molas de disco Belleville, que carregam previamente o membro de tração 50 com uma carga de tração projetada quando a montagem de extremidade 60 é engatada com o membro de tração 50. Os mem5 bros elásticos 64 assim podem atuar para carregar previamente o membro de tração 50 com uma força desejada F em uma direção axial em relação à parte de pino 30. Além disso, um sistema pneumático de acionamento (não apresentado) pode ser adaptado para a ferramenta 10 para trabalhar em combinação ou em vez dos membros elásticos 64. Assim, a parte de pino 30 10 pode ser comprimida, e forças de tração mecânicas reduzidas podem ser alcançadas, como descrito acima, o que reduz a faixa de tensão alternativa.

Os membros elásticos 64 podem ser utilizados para suavizar as variações de tração experimentadas pelo membro de tração 50 devido às interações com a parte de pino 30 e/ou com o corpo 20 da ferramenta 10. Os 15 membros elásticos 64 adicionalmente podem ser utilizados para suavizar as variações de tração experimentadas pelo membro de tração 50 devido às flutuações de temperatura durante a operação da ferramenta de soldagem por agitação e fricção 10. Assim, os membros elásticos 64 podem atuar nãosomente para proporcionar a compressão axial desejada da parte de pino 20 30, mas também para suavizar as variações de tração experimentadas pelo membro de tração 50. Na concretização ilustrada, os membros elásticos 64 compreendem molas de disco que proporcionam ambas as ações de suavização e de compressão em relação ao membro de tração 50. Será apreciado que, em outras concretizações, componentes separados podem ser utili25 zados para proporcionar a carga de tração para o membro de tração 50 e suavizar as variações de força de tração experimentadas pelo membro de tração 50.

A montagem de extremidade 60 pode incluir um colar 66 para engatar com uma parte de engate 55 do membro de tração 50. O colar 66 pode ser, por exemplo, um colar de separação possuindo parafusos de pressão 68 para facilitar o engate do colar 66 com a parte de engate 55 do membro de tração 50. Uma arruela 65 pode ser utilizada entre os membros elásticos 64 e o colar 66 de modo a facilitar a montagem da montagem de extremidade 60. Uma vez que o membro de separação 62, os membros elásticos 64 e/ou o colar 66 sejam montados agrupados e montados junto ao membro de tração 50, uma força elástica F pode ser efetuada na direção 5 axial, como ilustrado na figura 1g. Para proteger a parte de extremidade distai 83 da montagem de extremidade 60, um retentor pode ser interconectado com o colar 66.

A montagem de extremidade 60 pode facilitar uma ou mais funções com respeito ao membro de tração 50. A título de um primeiro exemplo, a montagem de extremidade 60 pode atuar para separar o membro de tração 50 do corpo 20 da ferramenta 10. A título de um segundo exemplo, a montagem de extremidade 60 pode atuar para proporcionar uma força de tração com respeito ao membro de tração 50, desse modo comprimindo pelo menos uma parte da parte de pino 30 da ferramenta 10. A título de um terceiro exemplo, a montagem de extremidade 60 pode facilitar o amortecimento do membro de tração 50 devido às variações experimentadas pelo membro de tração 50 a partir das interações com a parte de pino 30 e/ou com o corpo 20 da ferramenta 10, ou devido ás variações de temperatura experimentadas pelo membro de tração 50 durante a operação da ferramenta de soldagem por agitação e fricção 10.

Outra concretização da parte de pino 30 é apresentada na figura

9, incluindo um afunilamento 900 como resultado dos outros diâmetros (D1n, D2n, D3n e D5n, todos mostrados na figura 1h) reduzindo linearmente a partir de D5 (ou extremidade próxima 81) até D4 (extremidade distai 80). A redução linear pode ser constante (afunilamento reto como apresentado na figura 9) ou variar (não apresentado).

Como citado acima, a parte de pino 30 pode incluir um ou mais segmentos com rosca 32 para facilitar a operação da ferramenta de soldagem por agitação e fricção 10. Cada segmento inclui um comprimento prede30 terminado com uma extremidade distai e uma extremidade próxima que são diretamente adjacentes à respectiva extremidade próxima e a uma extremidade distai de segmentos adjacentes ou à extremidade da faixa sem roscas 36. Por exemplo, a extremidade da faixa sem roscas 36 está diretamente adjacente à extremidade distai 37d do segmento com rosca 37, a extremidade próxima 37p do segmento com rosca 37 está diretamente adjacente à extremidade distai 35d do segmento com rosca 35, e a extremidade próxima 5 35p do segmento com rosca 35 está diretamente adjacente à extremidade distai 31 d do segmento com rosca 31. Em outra abordagem, um ou mais dos segmentos com rosca 32 podem compreender diferentes orientações de rosca em relação aos outros segmentos com rosca 32. Em uma concretização particular, e com referência às figuras 2a até 2c, um pino 230 pode 10 compreender vários segmentos com rosca alternativos 232a, 232b. Na concretização ilustrada, o pino 230 compreende um primeiro conjunto de segmentos com rosca 232a e um segundo conjunto de segmentos com rosca 232b. Na concretização ilustrada, o primeiro conjunto de segmentos com rosca 232a compreende roscas do lado direito. O segundo conjunto de seg15 mentos com rosca 232b compreende roscas do lado esquerdo. Assim, o pino 230 compreende um primeiro conjunto de partes com rosca compreendendo uma primeira orientação de rosca e um segundo conjunto de segmentos com rosca, compreendendo uma segunda orientação de rosca. As partes lisas 234 estão incluídas entre os segmentos com rosca 232a, 232b. Na 20 concretização ilustrada, as partes com rosca 232a, 232b são espaçadas equidistantes uma da outra, e as partes lisas 234 também estão assim espaçadas equidistantes uma da outra, aproximadamente 90° em relação ao centro, como apresentado na figura 2c. Na concretização ilustrada, os primeiros segmentos com rosca 232a são separados um dos outros pela parte lisa 234 25 e pelos segundos segmentos com rosca adjacentes 232b em ambos os lados dos primeiros segmentos com rosca 232a. Da mesma forma, os segundos segmentos com rosca 232b estão separados a partir dos primeiros segmentos com rosca 232a via as partes lisas adjacentes e os primeiros segmentos com rosca 232a em ambos os lados dos segundos segmentos com 30 rosca 232b. Enquanto orientações com rosca do lado esquerdo / lado direito são ilustradas, outras orientações de rosca podem ser utilizadas, tal como orientações de rosa horizontais. Adicionalmente, as roscas podem incluir vários outros aspectos de superfície, tal como covas, ranhuras intermitentes, e abas multifacetadas localizadas, para citar alguns. O uso de variadas orientações de rosca pode facilitar a mistura mais eficiente de regiões plasticizadas ao redor do pino 20/230 durante a operação da ferramenta de solda5 gem por agitação e fricção 10. Por sua vez, as forças e o torque presenciado pelo pino 20/230 durante as operações de soldagem podem ser reduzidos. O controle aperfeiçoado em relação ao fluxo, enchimento e consolidação das regiões plasticizadas ao redor do pino 20/230 também pode ser presenciado, bem como a vida útil aperfeiçoada do pino.

Em uma concretização da parte de pino 30, os diâmetros exter

nos dos segmentos com rosca são substancialmente constantes ao longo de seus respectivos comprimentos.

Em outra concretização da parte de pino 30, os diâmetros externos dos segmentos com rosca não são substancialmente constantes ao Iongo de seus respectivos comprimentos.

Em outra concretização da parte de pino 30 (apresentada na figura 1 h), os diâmetros externos D1n do segmento com rosca 31 aumentam a partir de sua extremidade próxima 31 p até a extremidade distai 31 d; os diâmetros externos D2n do segmento com rosca 35 aumentam a partir de 20 sua extremidade próxima 35p até um ponto predeterminado P1 ao longo de um comprimento predeterminado ao longo de seu comprimento L4 e então diminuem a partir do ponto predeterminado P1 até sua extremidade distai 35d; e os diâmetros externos D2n do segmento com rosca 35 diminuem a partir de sua extremidade próxima 37p até sua extremidade distai 37d, por 25 meio do que, no ponto onde as extremidades de segmentos com rosca adjacentes cruzam, os diâmetros externos das seções com rosca são substancialmente os mesmos. Em outras palavras, o diâmetro externo D1 da extremidade distai 37d da parte com rosca 31 é substancialmente igual ao diâmetro externo D2 da extremidade próxima 35p da extremidade com rosca 35, e o 30 diâmetro externo D1 da extremidade distai 35d da extremidade com rosca 35 é substancialmente igual ao diâmetro externo D3 da extremidade próxima 37p da extremidade com rosca 37. Em outra concretização da parte de pino 30 (figura 1 h), os vários segmentos com rosca 32 circunscrevem a superfície externa 34 da parte de pino 30 para uma parte do comprimento L2 da parte de pino 30 e pelo menos duas seções longitudinais sem rosca 34 transpõem todo o comprimento 5 L2 da parte de pino 30 que forma espaços equidistantes S entre os vários segmentos com rosca 32.

Em outra concretização da parte de pino 30, todos os segmentos com rosca 32 são todos roscas do lado esquerdo ou do lado direito.

Em outra concretização da parte de pino 30, todos os segmentos com rosca 32 são todos roscas do lado esquerdo ou todos do lado direito.

Em outra concretização da parte de pino 30, pelo menos um segmento (31, 35 ou 37) compreende pelo menos um diâmetro externo no mesmo (D1n, D2n ou D3n) que aumenta em uma taxa linear a partir das extremidades próximas para as distais, o que é definido à medida que os diâ15 metros do segmento ao longo do comprimento do segmento (L3, L4 ou L5) aumentam ou diminuem em uma taxa constante ou linear (positiva ou negativa), por exemplo, um aumento de 1 mm para cada comprimento de 1 mm do segmento.

Em outra concretização da parte de pino 30, pelo menos um 20 segmento (31, 35 ou 37) compreende pelo menos um diâmetro externo no mesmo (D1n, D2n ou D3n) que aumentam em uma taxa linear a partir das extremidade próxima até a distai, o que é definido à medida que os diâmetros do segmento ao longo do comprimento do segmento (L3, L4 ou L5) aumentam ou diminuem em uma taxa não constante ou não-linear ou expo25 nencial, por exemplo, aumento de 1 mm de diâmetro para o primeiro comprimento de 1 mm do segmento e quando um aumento ou diminuição no diâmetro que não é um diâmetro de 1 mm aumenta para o comprimento de 1 mm subsequente do segmento.

Em outra concretização da parte de pino 30, pelo menos um segmento (31, 35 ou 37) compreende diâmetros externos (D1n, D2n ou D3n) que aumentam em uma taxa linear (figura 9) e pelo menos um diâmetro externo dos diâmetros externos aumenta em uma taxa não-linear. Referindo-se agora à figura 1c, como ilustrado, o ombro da ferramenta 40 geralmente compreende um membro monolítico. Entretanto, o ombro da ferramenta 40 pode compreender componentes separados. Em uma abordagem, e como descrito em detalhes adicionais abaixo, o ombro da 5 ferramenta 40 compreende uma primeira parte do ombro para interconexão com o corpo 20 da ferramenta de soldagem por agitação e fricção 10. O ombro da ferramenta 40 adicionalmente pode incluir uma segunda parte do ombro interconectada com a primeira parte do ombro próxima da extremidade próxima da primeira parte do ombro e sobrepondo tal primeira parte do om10 bro. Uma segunda parte do ombro pode assim possuir uma superfície de trabalho próxima da extremidade distai 81 da parte de pino 30 da ferramenta de soldagem por agitação e fricção 10. Por sua vez, uma parte de transição da primeira parte do ombro pode se projetar através da superfície de trabalho da segunda parte do ombro para proporcionar uma transição entre a par15 te de pino 30 e a superfície de trabalho da segunda parte de ombro. Como descrito abaixo, esta parte de transição pode aplainar o fluxo de material plasticizado por proporcionar uma alteração não-abrupta na interface entre o ombro da ferramenta 40 e a parte de pino 30.

Por exemplo, e com referência às figuras 3a e 3b, uma ferramenta de soldagem por agitação e fricção 300 pode compreender um corpo

20, uma parte de pino 30, um membro de tração 50 e uma montagem de extremidade 60, como descrito acima. A ferramenta de soldagem por agitação e fricção 300 adicionalmente pode compreender um ombro da ferramenta compreendendo uma primeira parte do ombro 340 e uma segunda parte 25 do ombro 342. A primeira parte do ombro 340 pode ser interconectada com o corpo 20 via aspectos complementares de engate 22, 345 do corpo 20 e a com a primeira parte do ombro 340, respectivamente. Uma segunda parte do ombro 342 pode ser interconectada com a primeira parte do ombro 340, sobrepondo uma superfície externa 347 da primeira parte do ombro 340. A 30 primeira parte do ombro 340 e a segunda parte do ombro 342 podem ser interconectadas via aspectos complementares de engate 343, 344 da primeira parte do ombro 340 e da segunda parte do ombro 342, respectivamente. A primeira parte do ombro 340 pode compreender uma parte sem rosca 346 possuindo uma superfície de transição lisa que se projeta através da superfície de trabalho 348 da segunda parte de ombro 342, desse modo facilitando uma transição suave entre a parte de pino 30 e a superfície de trabalho 5 348 da segunda parte do ombro 342. Assim, a transição entre o ombro da ferramenta 340, 342 e a parte de pino 30 pode ser mais gradual (por exemplo, mais suave), assim restringindo, e em alguns casos, impedindo, a formação de descontinuidades não-unidas ao longo dos lados de avanço das soidas pela suavização do fluxo de material plasticizado neste ponto turbu10 lento da ferramenta de soldagem por agitação e fricção 10.

Apesar de em várias das concretizações ilustradas o ombro da ferramenta 40 ser ilustrado como uma peça separada, o ombro da ferramenta 40 pode ser inteiriço com o corpo 20 e/ou com a parte de pino 30 da ferramenta de soldagem por agitação e fricção, como ilustrado na figura 6. Por 15 conseqüência, em uma concretização, a ferramenta de soldagem por agitação e fricção 600 compreende uma estrutura monolítica 610 com o corpo 620, o pino 630 e o ombro da ferramenta 640 sendo todos inteiriços um com o outro. Nesta concretização, os processos de fabricação podem ser simplificados e os custos de fabricação podem ser reduzidos.

Adicionalmente, o ombro da ferramenta pode compreender uma

face de trabalho substancialmente plana, como ilustrado nas figuras 1d, 3a e 3b, ou pode compreender uma face de trabalho não plana. Por exemplo, e com referência à figura 7, uma ferramenta de soldagem por agitação e fricção 700 pode compreender um corpo 20 e a parte de pino 30, tal como des25 crito acima. A ferramenta de soldagem por agitação e fricção 700 pode adicionalmente compreender um ombro da ferramenta 740 possuindo uma superfície de trabalho não-plana, tal como a face de trabalho cônica 744 ilustrada na figura 7. A face de trabalho cônica 744 geralmente compreende bordas internas 745 e bordas externas 747. A altura ("h") da superfície ex30 terna 746 da superfície de trabalho cônica geralmente progressivamente diminui a partir da borda interna 745 em direção às bordas externas 747. Em uma concretização, a altura da superfície externa 746 linearmente progressivãmente diminui a partir das bordas internas 745 até as bordas externas 747. Em uma concretização, a altura da superfície externa 746 geralmente progressivamente de forma não-linear diminui (por exemplo, exponencialmente) a partir das bordas internas 745 até as bordas externas 747. Ferra5 mentas de soldagem por agitação e fricção utilizando esta abordagem de ombro cônico da ferramenta podem ser empregadas com um ombro da ferramenta não inteiriço, como ilustrado na figura 7, ou podem ser empregadas com um ombro da ferramenta inteiriço, cuja uma concretização é ilustrada na figura 8. Na concretização ilustrada na figura 8, a ferramenta de soldagem 10 por agitação e fricção 800 compreende uma estrutura monolítica 810 com o corpo 820, o pino 830 e o ombro da ferramenta 840 sendo todos inteiriços um com o outro.

Apesar dos vários aspectos descritos acima terem sido geralmente descritos em relação a ferramentas convencionais de soldagem por agitação e fricção baseadas em bigorna, ferramentas do tipo bobina também podem ser empregadas. Tais ferramentas do tipo bobina empregam vários conceitos / concretizações descritos acima. Uma concretização de uma ferramenta do tipo bobina empregando uma montagem de extremidade compreendendo um membro de separação e um membro elástico, é ilustrada na figura 4. Na concretização ilustrada, a ferramenta do tipo bobina 400 compreende um pino com rosca 430, vários ombros da ferramenta 440 interconectados com o pino com rosca 430, e um membro de tração 450 contido dentro do pino com rosca 430. Uma montagem de extremidade 460 é empregada em uma extremidade do membro de tração 450 para proporcionar tração para o membro de tração 450 e facilitar a separação do membro de tração 450 do pino com rosca 430. O membro de tração 450 é adicionalmente montado junto ao pino com rosca 430 via um conector físico 470 tal como uma montagem de parafuso / arruela. A montagem de extremidade 460 pode incluir quaisquer aspectos descritos acima com referência à montagem de extremidade 60 da ferramenta do tipo bigorna, tal como um membro de separação 62, um anel de retenção 63, membros elásticos 64, arruela 65 e colar 66. O pino com rosca 430 também pode incluir vários aspectos descritos acima com respeito à parte de pino 30 da ferramenta de soldagem por agitação e fricção do tipo bigorna 10, tal como altas proporções de raio para profundidade e orientações de rosca alternadas / variadas, para citar dois. O membro de tração pode incluir qualquer um dos aspectos descritos acima 5 com referência à parte de engate 55.

A figura 10 é uma ilustração de outra concretização 100 possuindo o membro de separação 62 muito próximo da extremidade distai 52 da haste de tração 50 ao invés de estar muito próximo da extremidade próxima 54 (figura 1c), e uma disposição com vários ombros possuindo o retentor de 10 ombro 102 e o colar de separação 104. Como discutido acima, os outros números de referência ilustrados na figura 10 são comuns aos aspectos nas concretizações anteriormente descritas.

Um recipiente de armazenamento / transporte pode ser utilizado para armazenar e/ou transportar qualquer uma das ferramentas de soldagem por agitação e fricção. Uma concretização de um recipiente adequado é ilustrada na figura 5. Na concretização ilustrada, o recipiente 500 compreende uma primeira parte 520 que pode ser interconectada com uma segunda parte 530 (por exemplo, via roscas complementares macho e fêmea 540). A primeira parte 520 é adaptada para receber uma primeira parte da ferramenta de soldagem por agitação e fricção 10, e a segunda parte 530 do recipiente de armazenamento / transporte é adaptada para receber as outras partes restantes da ferramenta de soldagem por agitação e fricção 10. As dimensões internas do recipiente 500 podem ser de acordo com as dimensões externas da ferramenta de soldagem por agitação e fricção 10 para proporcionar um encaixe firme da ferramenta de fricção por agitação e fricção 10 dentro do recipiente 500 quando a primeira parte 520 é engatada com a segunda parte 530. Vários tipos de enchimentos pode ser empregados dentro do recipiente de armazenamento 500. Assim, a ferramenta de soldagem por agitação e fricção 10 pode ser protegida durante o transporte e / ou a expedição.

Exemplo de Montagem de Uma Concretização Ilustrada nas figuras 1c e 1f

B. Monte o ombro 40 junto à montagem de corpo 20 / parte de pino 30 (a não ser que o corpo / pino / ombro sejam monolíticos, figuras 6 e 8);

C. Insira a extremidade distai 54 do membro de tração 50 dentro do furo interno 21 do corpo 20 na extremidade próxima 23 do corpo 20;

D. De forma axial deslize o membro de tração 50 dentro do furo

interno 21 até que os aspectos complementares de engate 33, 53 do membro de tração 50 e do corpo 20, respectivamente, engatem;

E. Deslize o membro de separação 62 sobre o membro de tração 50 e posicione o membro de separação 62 diretamente adjacente e em

contato com a extremidade distai 25 do corpo 20;

F. Deslize o retentor de separação 63 sobre o membro de tração 50 e posicione sobre o membro de separação 62 e sobre a extremidade distai adjacente 25 do corpo 20;

G. Deslize um ou mais membros elásticos 64 sobre o membro de tração 50 e posicione pelo menos um membro elástico 64 diretamente

adjacente e em contato com o retentor de separação 63 (observe que o número de molas irá influenciar as tensões compressivas induzidas sobre a parte de pino 30, adicionar quantas ou o menos necessário para obter a condição de tensão compressiva desejada na parte de pino 30);

H. Deslize a arruela 65 sobre o membro de tração 50 e posicione

diretamente adjacente e em contato com pelo menos um membro elástico 64;

I. Posicione um colar de separação 66 sobre a extremidade distai 54 do membro de tração 50 e insira e frouxamente segure os parafusos 68 dentro dos furos com rosca complementares do colar de separação 66;

J. De forma axial empurre com uma prensa, arruela 65 para o interior em direção aos membros elásticos 64 para apertar os membros elásticos 64 suficiente para expor a parte de engate 55 do membro de tração 50;

K. Posicione um colar de separação 66 para assentar dentro da parte de engate 55 do membro de tração 50;

L. Aperte os parafusos 68 para segurar o colar de separação 66 junto ao membro de tração 55; M. Conecte um retentor 67 com o colar 66 para inibir o movimento axial relativo entre o colar 66 e a extremidade distai 54 do membro de tração e o afrouxamento dos parafusos a partir do colar de separação 66; e

N. Ligue a ferramenta de soldagem por agitação e fricção com o equipamento de soldagem por agitação e fricção.

Opcionalmente, aplique lubrificante como discutido acima, e aplique tensão axial adicional durante a operação de soldagem por agitação e fricção para aumentar as tensões de compressão na parte de pino 30.

Enquanto várias concretizações da presente invenção foram descritas em detalhes, é aparente que modificações e adaptações destas concretizações podem ocorrer para os versados na técnica. Entretanto, é para ser expressamente entendido que tais modificações e adaptações estão dentro do espírito e do escopo da presente invenção.

Claims (25)

1. Ferramenta de soldagem por agitação e fricção, compreendendo: um corpo da ferramenta de soldagem por agitação e fricção compreendendo: uma interface do sistema de acionamento da máquina de soldagem por agitação e fricção capaz de cooperação com um sistema de acionamento da máquina de soldagem por agitação e fricção para aplicar uma velocidade rotacional de entrada sobre o corpo da ferramenta de soldagem por agitação e fricção; e uma parte de pino adjacente à interface do sistema de acionamento da máquina de soldagem por agitação e fricção, onde a parte de pino operando em uma velocidade rotacional de saída plasticiza material em uma junção a ser soldada por agitação e fricção; um membro de tração possuindo duas extremidades, onde as duas extremidade são uma extremidade próxima e uma extremidade distai, onde a extremidade distai é acoplada com a parte de pino para induzir uma carga de compressão no mesmo e a extremidade próxima é acoplada com a interface do sistema de acionamento da máquina de soldagem por agitação e fricção, onde um deslocamento angular da extremidade distai em relação à extremidade próxima pode ocorrer durante a soldagem por agitação e fricção quando a velocidade rotacional de saída é menor do que a velocidade rotacional de entrada; e um membro de separação operativamente conectado com pelo menos uma extremidade dentre as duas extremidade do membro de tração, por meio do que um esforço de torção dentro do membro de tração causado pelo deslocamento angular é reduzido quando o membro de separação separa a pelo menos uma extremidade do membro de tração do corpo da ferramenta de soldagem por agitação e fricção.

2. Ferramenta de soldagem por agitação e fricção, de acordo com a reivindicação 1, onde a interface do sistema de acionamento de soldagem por agitação e fricção é disposta entre o membro de separação e a parte de pino.

3. Ferramenta de soldagem por agitação e fricção, compreendendo: um corpo possuindo um comprimento ao longo de um eixo geométrico longitudinal, onde o corpo compreende uma extremidade distai, uma extremidade próxima, e um furo interno através do comprimento, onde a extremidade próxima inclui uma parte de pino; um membro de tração possuindo um comprimento ao longo de um eixo geométrico longitudinal, onde o membro de tração compreende duas extremidades, onde o eixo geométrico longitudinal do membro de tração e o eixo geométrico longitudinal do corpo formam um eixo geométrico longitudinal substancialmente comum quando o membro de tração é disposto dentro do furo interno do corpo; e um membro de separação disposto entre a extremidade distai do corpo e pelo menos uma extremidade dentre as duas extremidades da haste de tração, onde o membro de separação inibe o movimento rotacional relativo ao longo do eixo geométrico comum do membro de tração com respeito ao corpo quando um torque aplicado está abaixo de um valor de torque predeterminado, por meio do que o membro de tração pode deslocar de forma rotacional ao longo do eixo geométrico comum com respeito ao corpo quando o valor de torque aplicado exceder o valor de torque predeterminado.

4. Ferramenta de soldagem por agitação e fricção, de acordo com a reivindicação 3, onde o membro de separação compreende pelo menos um mancai.

5. Ferramenta de soldagem por agitação e fricção, de acordo com a reivindicação 3, adicionalmente compreende: um dispositivo de pré-carregamento de tração axial e para de forma axial compelir a extremidade próxima do membro de tração; e uma montagem de extremidade para alojar o membro de separação e um membro de tração ajustável; e superfícies de engate complementares dispostas no furo interno em justaposição com a parte de pino e dispostas no furo interno em justaposição com a extremidade distai do membro de tração de modo que a extremidade distai do membro de tração seja de forma axial e de forma rotacional compelida, por meio do que o membro de tração é colocado em tração axial e a parte de pino fica em tração de compressão quando o dispositivo de précarregamento de tração axial do membro de tração é engatado.

6. Pino de soldagem por agitação e fricção para uso com uma ferramenta de soldagem por agitação e fricção, o pino compreendendo: um comprimento possuindo pelo menos três segmentos longitudinais; um primeiro segmento longitudinal possuindo pelo menos um diâmetro externo ao longo de um comprimento, o comprimento possuindo uma extremidade próxima e uma extremidade distai; um segundo segmento longitudinal possuindo pelo menos um diâmetro externo ao longo de um comprimento, onde o comprimento possuindo uma extremidade próxima, a seção média, e a extremidade distai, onde a extremidade próxima sendo adjacente à extremidade distai do primeiro segmento longitudinal; e um terceiro segmento longitudinal possuindo pelo menos um diâmetro externo ao longo de um comprimento, o comprimento possuindo uma extremidade próxima e uma extremidade distai, onde a extremidade próxima do terceiro segmento longitudinal sendo adjacente à extremidade distai do segundo segmento longitudinal; onde o pelo menos um diâmetro externo do segundo segmento longitudinal sendo maior do que os pelo menos um diâmetro do primeiro e do terceiro segmentos longitudinais, desse modo formando uma região abaulada no pino, por meio do que o campo local de tensão circunferente na região abaulada é diminuído para produzir resistência do pino.

7. Pino de soldagem por agitação e fricção, de acordo com a reivindicação 6, onde os pelo menos um diâmetros externos do primeiro, do segundo e do terceiro segmentos longitudinais são substancialmente constantes ao longo de seus respectivos comprimentos.

8. Pino de soldagem por agitação e fricção, de acordo com a reivindicação 6, onde os pelo menos um diâmetros externos do primeiro, do segundo e do terceiro segmentos longitudinais não são substancialmente constantes ao longo de seus respectivos comprimentos.

9. Pino de soldagem por agitação e fricção, de acordo com a reivindicação 6, onde: o pelo menos um diâmetro externo do primeiro segmento longitudinal aumenta a partir da extremidade próxima até a extremidade distai do primeiro segmento longitudinal; o pelo menos um diâmetro externo do segundo segmento longitudinal aumenta a partir da extremidade próxima até um comprimento prede15 terminado ao longo do comprimento do segundo segmento longitudinal, e o pelo menos um diâmetro externo do segundo segmento longitudinal diminui a partir do comprimento predeterminado até a extremidade distai do segundo segmento longitudinal; e o pelo menos um diâmetro externo do terceiro segmento Iongitudinal diminui a partir da extremidade próxima até a extremidade distai do terceiro segmento longitudinal.

10. Pino de soldagem por agitação e fricção, de acordo com a reivindicação 9, onde o pelo menos um diâmetro externo da extremidade distai do primeiro segmento longitudinal é substancialmente igual ao pelo menos um diâmetro externo da extremidade próxima do segundo segmento longitudinal, e o pelo menos um diâmetro externo da extremidade distai do segundo segmento longitudinal é substancialmente igual ao pelo menos um diâmetro externo da extremidade próxima do terceiro segmento longitudinal.

11. Pino de soldagem por agitação e fricção, de acordo com a reivindicação 10, adicionalmente compreendendo vários segmentos com rosca circunscrevendo a superfície externa do pino para uma parte do comprimento do pino e pelo menos duas seções longitudinais sem roscas se estendendo por todo o comprimento do pino, as quais formam espaços equidistantes entre os vários segmentos com roscas.

12. Pino de soldagem por agitação e fricção, de acordo com a reivindicação 11, onde pelo menos um segmento com rosca dos vários segmentos com rosca são roscas do lado esquerdo e outro pelo menos um segmento com roscas dos vários segmentos com roscas são roscas do lado direito.

13. Pino de soldagem por agitação e fricção, de acordo com a reivindicação 11, onde todos os segmentos com rosca dentre os vários segmentos com rosca são todos roscas do lado esquerdo ou todos roscas do lado direito.

14. Pino de soldagem por agitação e fricção, de acordo com a reivindicação 6, onde pelo menos um segmento compreende vários diâmetros externos que aumentam ou diminuem em relação um ao outro em uma taxa linear.

15. Pino de soldagem por agitação e fricção, de acordo com a reivindicação 6, onde pelo menos um segmento compreende vários diâmetros externos que aumentam ou diminuem em relação um ao outro em uma taxa não-linear.

16. Pino de soldagem por agitação e fricção, de acordo com a reivindicação 14, adicionalmente compreendendo pelo menos um segmento que compreende vários diâmetros externos que aumentam ou diminuem em relação um ao outro em uma taxa não-linear.

17. Ferramenta de soldagem por agitação e fricção, compreendendo: um corpo possuindo um comprimento com uma extremidade distai, uma extremidade próxima e um furo interno através do mesmo possuindo um diâmetro interno ao longo de um eixo geométrico longitudinal, a extremidade próxima incluindo uma parte de pino; várias fibras enfeixadas juntas possuindo uma extremidade próxima, uma extremidade distai, e um diâmetro externo ao longo de um eixo geométrico longitudinal, o diâmetro externo sendo menor do que o diâmetro interno do furo interno, onde o eixo geométrico longitudinal do feixe e o eixo geométrico longitudinal do corpo formam um eixo geométrico longitudinal substancialmente comum quando o feixe é disposto dentro do furo interno do corpo; e onde o feixe interconecta a parte de pino do corpo com a extremidade distai do corpo e o feixe é adicionalmente capaz de movimento rotacional relativo entre o mesmo.

18. Ferramenta de soldagem por agitação e fricção, de acordo com a reivindicação 17, onde as várias fibras são fibras cerâmicas. 0

19. Ferramenta de soldagem por agitação e fricção, de acordo com a reivindicação 17, onde as várias fibras são fibras baseadas em carbono.

20. Ferramenta de soldagem por agitação e fricção, de acordo com a reivindicação 17, onde o dispositivo de pré-carregamento de tração axial do membro de tração é pelo menos um membro de propensão.

21. Ferramenta de soldagem por agitação e fricção, compreendendo: um corpo da ferramenta; um pino inteiriço com uma extremidade próxima do corpo da ferramenta, o pino compreendendo várias roscas na superfície externa do mesmo; um membro de tração dentro e se estendendo pelo menos parcialmente através do corpo da ferramenta, onde o membro de tração compreende uma parte de ombro próxima de uma extremidade próxima do pino, onde a parte de ombro é interconectada com uma parte complementar do pino próxima de uma extremidade próxima do pino; e uma montagem de extremidade está em comunicação física com a extremidade distai do corpo da ferramenta via um membro de separação, e onde o membro de separação é interconectado com uma primeira parte do membro de tração e é capaz de restringir a transferência de forças a partir do pino para o membro de tração.

22. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 21, onde o membro de tração compreende várias fibras interconectadas com o pino e com o corpo da ferramenta.

23. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 21, onde o corpo da ferramenta e o pino formam uma estrutura monolítica.

24. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 23, onde a estrutura monolítica adicionalmente compreende um ombro da ferramenta inteiriço com uma parte média do corpo da ferramenta, o ombro da ferramenta compreendendo uma superfície de trabalho voltada para uma extremidade distai do pino.

25. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 21, onde a ferramenta de soldagem por agitação e fricção é uma ferramenta de soldagem do estilo bobina.