¿Qué es la soldadura por fricción? - Funcionamiento y aplicación

¿Qué es la soldadura por fricción?

La soldadura por fricción es una técnica de soldadura de estado sólido que suelda piezas de trabajo generando calor a través de la fricción mecánica entre las piezas de trabajo en movimiento relativo entre sí, con la adición de una fuerza lateral llamada "retroceso" para desplazar plásticamente y fusionar los materiales.

Debido a que no se produce fusión, la soldadura por fricción no es un proceso de soldadura por fusión, sino una técnica de soldadura de estado sólido más parecida a la soldadura por forja. La soldadura por fricción se usa con metales y termoplásticos en una amplia variedad de aplicaciones de aviación y automoción.

En realidad, una superficie aparentemente lisa consta de muchas proyecciones microscópicas, llamadas asperezas. Cuando una superficie se mueve en relación con otra, estas asperezas interactúan, generando fricción, la fuerza que resiste el movimiento entre dos o más superficies que interactúan.

La interacción de estas asperezas a través de la cesión elástica y plástica genera calor. La soldadura por fricción utiliza este fenómeno para aplicaciones de unión. El movimiento mecánico inducido de la soldadura por fricción genera calor, lo que hace que los materiales que se van a unir se ablanden y se vuelvan viscosos. Mientras está en estado ablandado, el movimiento mecánico del proceso mezcla los materiales para crear una unión.

La forma en que se produce el calor por fricción y la mezcla de materiales depende en gran medida del proceso de soldadura por fricción utilizado, de los cuales hay cuatro procesos principales:soldadura por fricción y agitación (FSW), soldadura por fricción y agitación por puntos (FSSW), soldadura por fricción lineal (LFW) y soldadura por fricción rotativa (RFW).

¿Cómo funciona la soldadura por fricción?

FSW funciona mediante el uso de una herramienta no consumible, que se gira y se sumerge en la interfaz de dos piezas de trabajo. Luego, la herramienta se mueve a través de la interfaz y el calor por fricción hace que el material se caliente y se ablande.

La herramienta giratoria luego mezcla mecánicamente el material ablandado para producir una unión. FSSW es ​​una variante de FSW y funciona girando, sumergiendo y retrayendo una herramienta no consumible en dos piezas de trabajo en una configuración de junta traslapada para hacer una soldadura por "puntos". Durante FSSW no hay desplazamiento de la herramienta a través de las piezas de trabajo.

LFW y RFW no requieren una herramienta no consumible, es decir, las piezas de trabajo individuales que se unirán se utilizan para generar el calor por fricción y la mezcla mecánica. LFW funciona mediante la oscilación lineal de una pieza de trabajo en relación con otra mientras se encuentra bajo una fuerza de compresión.

La fricción entre las superficies oscilantes produce calor, lo que hace que el material de la interfaz se ablande y se mezcle mecánicamente. RFW es similar a LFW, excepto que las piezas de trabajo suelen ser redondas y giran entre sí. Durante LFW y RFW, las piezas de trabajo generalmente se acortan ("queman") en la dirección de la fuerza de compresión, formando el flash.

Durante la interfaz de quemado, los contaminantes, como óxidos y partículas extrañas, se expulsan al flash. Una vez libre de contaminantes, se produce una mezcla pura de metal con metal, lo que da como resultado una unión integral. Aunque las temperaturas generadas durante la soldadura por fricción son muy altas, el material permanece en estado sólido (es decir, no se derrite).

Aplicaciones

La soldadura por fricción se puede utilizar para construir mejores rodillos, tubos y ejes industriales. El proceso se usa a menudo para fabricar estos subconjuntos para impresoras industriales, equipos de manejo de materiales, así como aplicaciones automotrices, aeroespaciales, marinas y petroleras.

Otros ejemplos de componentes incluyen engranajes, tubos de ejes, transmisiones, válvulas, bielas hidráulicas, casquillos de rodillos para camiones, ejes de bombas, brocas, bielas, etc.

Ventajas de la soldadura por fricción

• Permite unir materiales diferentes que normalmente no son compatibles para soldar con otros métodos de unión.
• Crea una zona estrecha afectada por el calor
• Proceso consistente y repetitivo de fusión completa de metales
• La preparación de las juntas es mínima:la superficie cortada con sierra es la más utilizada
• Tiempos de respuesta más rápidos:en comparación con el largo tiempo de entrega de las piezas forjadas, que actualmente es de 6 meses o más.
• Aumenta enormemente la flexibilidad del diseño:elija el material apropiado para cada área de un espacio en blanco
• Adecuado para diversas cantidades, desde prototipos individuales hasta producción de gran volumen
• No se requieren fundentes, material de relleno ni gases
• Proceso respetuoso con el medio ambiente:no se generan emanaciones, gases ni humo
• Proceso de estado sólido:sin posibilidad de porosidad o inclusiones de escoria
• Crea espacios en blanco fundidos o forjados, sin herramientas costosas ni requisitos de cantidad mínima
• Reduce la mano de obra de mecanizado, lo que reduce los costos de herramientas perecederas y aumenta la capacidad
• La soldadura de superficie completa brinda una resistencia superior en áreas críticas
• Reduce los costos de materia prima en aplicaciones bimetálicas. Los materiales caros solo se utilizan cuando es necesario en el espacio en blanco.

Desventajas de la soldadura por fricción

• Este proceso se usa solo para barras redondas de la misma sección transversal.
• Limitado a juntas a tope angulares y planas.
• El costo de instalación es muy alto.
• La preparación de la pieza de trabajo es difícil.
• El material no falsificable no se puede soldar.
• Solo se puede usar para piezas más pequeñas de máquinas; las piezas grandes no son compatibles con él.

Video de soldadura por fricción