Existe una gran variedad de métodos de soldadura. Entre ellos se encuentra un proceso tan exótico como la soldadura por fricción y agitación. Su característica distintiva es la ausencia de consumibles como electrodos, alambre de soldadura, gases de protección. Un método recientemente desarrollado está ganando una amplia aceptación.
Historial de apariencia
La historia de la soldadura por fricción y agitación (FSW) comenzó en 1991. Fue un desarrollo innovador del Instituto Británico de Soldadura (TWI). Unos años más tarde, la tecnología se utilizó en la construcción de aviones y barcos.
Las primeras empresas en poner en producción la nueva tecnología fueron Norwegian Marine Aluminium y American Boeing. Utilizaron equipos de soldadura de la empresa ESAB, que se especializa en desarrollos en el campo de la soldadura por fricción rotacional (PCT), en sus empresas.
Desde 2003, la empresa ha estado investigando continuamente las posibilidades de la soldadura por fricción y agitación. Por ejemplo, habíase han desarrollado métodos para soldar aleaciones de aluminio y sus modificaciones, que se utilizan en la construcción de aviones, barcos y contenedores ferroviarios.
En la industria aeronáutica, se descubrió que era posible reemplazar las juntas remachadas por juntas soldadas. Además, la velocidad de soldadura por el método FSW supera significativamente la velocidad del arco eléctrico. Se puede formar una soldadura de 6 m de largo en un minuto, mientras que la velocidad de soldadura convencional es de solo 0,8-2 m/min para un espesor de pieza de 0,5 cm.
La esencia del proceso
La unión de metales se produce por calentamiento en la zona de soldadura por el método de fricción. La principal herramienta de soldadura de la soldadura por fricción y agitación es una varilla de metal, que consta de dos mitades: un collar y un hombro.
Con su parte saliente, la varilla giratoria se sumerge en el material, provocando un fuerte calentamiento. Su suministro está limitado por el hombro, no permitiendo el paso de la pieza a soldar. En la zona de calentamiento, el material aumenta significativamente su plasticidad y, presionado por el hombro, forma una sola masa.
El siguiente paso es el movimiento de la varilla a lo largo de la zona soldada. Avanzando, el hombro mezcla la masa metálica calentada que, después de enfriarse, forma una fuerte conexión.
Qué afecta la calidad de STP
La soldadura por fricción y agitación es un proceso en constante evolución. Pero ya hay varios parámetros que afectan la calidad de la conexión:
- Fuerza generada por la herramienta.
- Velocidad de alimentacióncabezal de soldadura.
- El valor del hombro.
- La velocidad circunferencial de rotación de la varilla.
- Ángulo de inclinación.
- Fuerza de avance de la varilla.
La manipulación de las características de la soldadura le permite lograr la conexión de metales disímiles. Por ejemplo, aluminio y litio. El litio, debido a su baja densidad y alta resistencia, puede actuar como un componente de aleación de las piezas de aleación de aluminio, lo que permite que esta tecnología se utilice en la industria aeroespacial.
La soldadura por fricción y agitación puede reemplazar fácilmente la forja, el estampado y la fundición, cuando se utilizan para producir piezas a partir de metales difíciles de igualar. Por ejemplo, aceros con estructura austenita y perlita, aceros fabricados en aluminio o bronce.
En qué áreas se usa
Industrias como la automotriz trabajan constantemente para aumentar las propiedades de resistencia del producto y reducir su peso. En este sentido, hay una introducción continua de nuevos materiales que antes no eran característicos debido a la complejidad del procesamiento. Cada vez más, los elementos estructurales, como los bastidores auxiliares y, a veces, las carrocerías enteras se fabrican con aluminio o una combinación de aluminio.
Así, en 2012, Honda aplicó la fabricación aditiva y la soldadura por fricción y agitación para producir bastidores auxiliares para sus vehículos. Introdujeron una combinación de acero y aluminio.
Es posible que se quemen las láminas de metal durante la producción de soldaduras de carrocería de aluminio. Esta deficiencia se ve privada de STP. aparte de esoel consumo de electricidad se reduce entre 1,5 y 2 veces, el costo de los consumibles como el alambre de soldadura y los gases de protección se reducen.
Además de la producción de automóviles, STP se utiliza en las siguientes áreas:
- Industria de la construcción: vigas de soporte de aluminio, tramos de puentes.
- Transporte ferroviario: bastidores, bogies de ruedas, vagones.
- Construcción naval: mamparos, elementos estructurales.
- Aviones: tanques de combustible, partes del fuselaje.
- Industria alimentaria: varios envases para productos líquidos (leche, cerveza).
- Producción eléctrica: carcasas de motores, antenas parabólicas.
Además de las aleaciones de aluminio, la soldadura por fricción y agitación se utiliza para obtener compuestos de cobre, por ejemplo, en la producción de contenedores de cobre para la eliminación del combustible radiactivo gastado.
Beneficios STP
Estudiar el FSW hizo posible seleccionar modos de soldadura al unir diferentes grupos de aleaciones. A pesar de que inicialmente FSW fue desarrollado para trabajar con metales de bajo punto de fusión, como el aluminio (660 °C), posteriormente comenzó a usarse para unir níquel (1455 °C), titanio (1670 °C), hierro (1538°C).
La investigación muestra que la soldadura obtenida de esta manera corresponde completamente en su estructura al metal de las piezas a soldar y tiene indicadores de resistencia más altos, costos de mano de obra más bajos y una deformación residual baja.
Correctoel modo de soldadura seleccionado garantiza la conformidad del material de soldadura y el metal que se está soldando de acuerdo con los siguientes indicadores:
- resistencia a la fatiga:
- resistencia a la flexión y a la tracción;
- dureza.
Ventajas sobre otros tipos de soldadura
STP tiene muchas ventajas. Entre ellos:
- No tóxico. A diferencia de otras variedades, no hay combustión por arco eléctrico, por lo que el metal fundido se evapora en la zona de soldadura.
- Mayor velocidad de formación de la costura, lo que resulta en tiempos de ciclo más rápidos.
- Reducir los costos de energía a la mitad.
- No es necesario procesar más la soldadura. La herramienta Friction Stir forma una soldadura perfecta sin necesidad de pelar.
- No se necesitan consumibles adicionales (alambre de soldadura, gases industriales, fundentes).
- La capacidad de obtener uniones metálicas que no están disponibles para otros tipos de soldadura.
- No es necesaria una preparación especial de los bordes de soldadura, excepto la limpieza y el desengrasado.
- Obtención de una estructura de soldadura homogénea y sin poros, lo que facilita el control de calidad, el cual está regulado para soldadura por fricción-agitación GOST R ISO 857-1-2009.
Cómo se comprueba la calidad de una soldadura
La calidad de la soldadura se comprueba mediante dos tipos de control. El primero implica la destrucción del prototipo resultante deconexión de dos partes. El segundo permite la verificación sin destrucción. Se utilizan métodos como el control óptico, el examen audiométrico. Ayuda a determinar la presencia de poros e inclusiones no homogéneas que degradan las características de la costura. Los resultados del control de sonido son un diagrama que muestra claramente los lugares donde el eco acústico se desvía de la norma.
Desventajas del método
Con numerosas ventajas, el método de soldadura por fricción tiene desventajas:
- F alta de movilidad. STP implica la conexión de partes fijas, rígidamente fijadas en el espacio. Esto impone ciertas propiedades a los equipos de soldadura por fricción y agitación, como la inmovilidad.
- Poca versatilidad. Los equipos voluminosos están configurados para realizar el mismo tipo de operaciones. En este sentido, los dispositivos para soldar están diseñados para tareas específicas. Por ejemplo, para soldar paredes laterales de automóviles en un transportador, y nada más.
- El cordón de soldadura tiene una estructura radial. En este sentido, con ciertos tipos de deformación o cuando la pieza se opera en un ambiente agresivo, la fatiga de la soldadura puede acumularse.
Variedades de STP según el principio de acción
Los procesos de soldadura basados en la fricción se pueden dividir en varios tipos:
- Fricción lineal. La esencia del método es obtener una conexión permanente no como resultado de la acción de una punta giratoria, sino debido al movimiento de las partes entre sí. Actuando sobre la superficie en el punto de contacto, creanfricción y, en consecuencia, altas temperaturas. Bajo presión, las partes contiguas se funden y se forma una unión soldada.
- Soldadura radial. Este método se utiliza para la producción de contenedores de gran diámetro, tanques de ferrocarril. Todo se reduce al hecho de que las uniones de las piezas se calientan mediante un anillo giratorio revestido en el exterior. Por fricción, provoca una temperatura cercana al punto de fusión. Un ejemplo de una empresa que utiliza esta tecnología es Sespel, un fabricante de carros tanque de Cheboksary. La soldadura por fricción y agitación ocupa la mayor parte del trabajo de soldadura.
- Soldadura de pernos. Esta variedad reemplaza la conexión de remache. Este tipo se utiliza para conexiones superpuestas. El pasador giratorio en el punto de contacto calienta las piezas a soldar. Debido a la alta temperatura, se produce la fusión y el pasador penetra en el interior. Al enfriarse, crea una fuerte conexión permanente.
Variedades de STP por nivel de dificultad
Las operaciones de soldadura realizadas por fricción se pueden dividir en planas y volumétricas. La principal diferencia entre estas variedades es que, en el primer caso, la soldadura se forma en un espacio bidimensional y en el segundo, en un espacio tridimensional.
Así, para juntas planas, el fabricante de equipos de soldadura ESAB ha desarrollado la máquina 2D LEGIO. Es un sistema personalizable de soldadura por fricción y agitación para varios metales no ferrosos. Grupos de diferentes tamañosequipo le permite soldar piezas de pequeños y grandes tamaños. De acuerdo con la marca, el equipo LEGIO tiene varios diseños, que difieren en la cantidad de cabezales de soldadura, la capacidad de soldar en varias direcciones axiales.
Hay robots 3D para trabajos de soldadura con posiciones complejas en el espacio. Dichos dispositivos se instalan en transportadores de automóviles, donde se requieren soldaduras de una configuración compleja. Un ejemplo de este tipo de robots es Rosio de ESAB.
Conclusión
STP se compara favorablemente con los tipos tradicionales de soldadura. Su uso generalizado no solo promete beneficios económicos, sino también la preservación de la salud de las personas empleadas en la producción.
