Soldadura por Fricción Explicada: Proceso, Beneficios y Aplicaciones

¿Qué es la Soldadura por Fricción?

La soldadura por fricción es una técnica de soldadura en estado sólido que suelda piezas generando calor mediante fricción mecánica entre piezas en movimiento relativo una a otra, con la adición de una fuerza lateral llamada "aplastamiento" (upset) para desplazar y fusionar plásticamente los materiales.

Como no ocurre fusión, la soldadura por fricción no es un proceso de soldadura por fusión, sino una técnica de soldadura en estado sólido más parecida a la soldadura por forja. Se usa con metales y termoplásticos en una amplia variedad de aplicaciones de aviación y automotriz.

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

La interacción de estas asperezas mediante deformación elástica y plástica genera calor. La soldadura por fricción utiliza este fenómeno para aplicaciones de unión. El movimiento mecánico inducido genera calor, causando que los materiales a unir se ablanden y vuelvan viscosos. Mientras están en estado ablandado, el movimiento mecánico del proceso mezcla los materiales para crear un enlace.

La forma en que ocurre el calor por fricción y la mezcla de materiales depende mucho del proceso de soldadura por fricción utilizado, de los cuales hay cuatro procesos principales: Soldadura por fricción agitada (FSW), soldadura por punto por fricción agitada (FSSW), soldadura por fricción lineal (LFW) y soldadura por fricción rotativa (RFW).

¿Cómo funciona la soldadura por fricción?

La FSW funciona usando una herramienta no consumible, que se rota y sumerge en la interfaz de dos piezas. La herramienta se mueve luego a través de la interfaz y el calor por fricción hace que el material se caliente y ablande.

La herramienta rotativa luego mezcla mecánicamente el material ablandado para producir un enlace. La FSSW es una variante de FSW y funciona rotando, sumergiendo y retractando una herramienta no consumible en dos piezas en configuración de unión solapada para hacer una soldadura "por punto". Durante la FSSW no hay recorrido de la herramienta a través de las piezas.

La LFW y RFW no requieren herramienta no consumible, es decir, las piezas individuales a unir se usan para generar el calor por fricción y mezcla mecánica. La LFW funciona oscilando linealmente una pieza relativa a otra bajo fuerza compresiva.

La fricción entre las superficies oscilantes produce calor, causando que el material de la interfaz se ablande y mezcle mecánicamente. La RFW es similar a LFW excepto que las piezas son a menudo redondas y rotan relativas entre sí. Durante LFW y RFW las piezas típicamente se acortan ("quemado") en la dirección de la fuerza compresiva, formando la rebaba.

Durante el quemado, contaminantes de la interfaz, como óxidos y partículas extrañas, son expulsados a la rebaba. Una vez libres de contaminantes, ocurre mezcla de metal puro a metal puro, resultando en un enlace integral. Aunque las temperaturas generadas durante la soldadura por fricción son muy altas, el material permanece en condición de estado sólido (es decir, no ocurre fusión).

Aplicaciones

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

Otros ejemplos de componentes incluyen engranajes, tubos de eje, líneas de transmisión, válvulas, vástagos de pistón hidráulico, bujes de rodillos de camión, ejes de bomba, brocas, bielas, etc.

Ventajas de la Soldadura por Fricción

• Permite unión de materiales disímiles normalmente no compatibles para soldadura por otros métodos
• Crea zona afectada por calor estrecha
• Proceso consistente y repetitivo de fusión completa de metal
• Preparación de unión mínima – superficie cortada a sierra usada comúnmente
• Tiempos de respuesta más rápidos – comparado con el largo plazo de forjados, actualmente 6 meses o más
• Aumenta enormemente la flexibilidad de diseño – elegir material apropiado para cada área de una pieza
• Adecuado para diversas cantidades – desde prototipos únicos a producción de alto volumen
• No se requieren fundentes, material de aporte, ni gases
• Proceso ambientalmente amigable – sin humos, gases, ni humo generados
• Proceso en estado sólido – sin posibilidad de porosidad o inclusiones de escoria
• Crea piezas en blanco tipo fundición o forja – sin herramental costoso ni requisitos de cantidad mínima
• Reduce mano de obra de mecanizado, reduciendo costos de herramienta perecedera mientras aumenta capacidad
• Soldadura de superficie completa da resistencia superior en áreas críticas
• Reduce costos de materia prima en aplicaciones bimetálicas. Materiales costosos solo se usan donde es necesario en la pieza

Desventajas de la soldadura por fricción

• Este proceso se usa solo para barras redondas de la misma sección transversal
• Limitado a uniones a tope angulares y planas
• Costo de configuración muy alto
• Preparación de pieza difícil
• Material no forjable no puede ser soldado
• Solo puede usarse para piezas pequeñas de máquinas; piezas grandes no son compatibles

Video de Soldadura por Fricción