Soldadura por Fricción Explicada: Cómo Funciona y Aplicaciones Clave

¿Qué es la Soldadura por Fricción?

La soldadura por fricción es una técnica de soldadura en estado sólido que suelda piezas de trabajo generando calor a través de fricción mecánica entre piezas en movimiento relativo una a otra, con la adición de una fuerza lateral llamada "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 forja. La soldadura por fricción se usa con metales y termoplásticos en una amplia variedad de aplicaciones aeroespaciales y automotrices.

En 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 en interacción.

La interacción de estas asperezas a través de cedencia 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, causando que los materiales a unir se ablanden y se 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 y agitación (FSW), soldadura por puntos por fricción y agitación (FSSW), soldadura por fricción lineal (LFW) y soldadura por fricción rotativa (RFW).

¿Cómo funciona la soldadura por fricción?

FSW funciona usando una herramienta no consumible, que se rota y hunde en la interfaz de dos piezas de trabajo. La herramienta luego se mueve 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. FSSW es una variante de FSW y funciona rotando, hundiendo y retractando una herramienta no consumible en dos piezas de trabajo en configuración de unión solape para hacer una soldadura "punto". Durante FSSW no hay recorrido 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 a unir se usan para generar el calor por fricción y la mezcla mecánica. LFW funciona oscilando linealmente una pieza de trabajo relativa a otra mientras está bajo una fuerza compresiva.

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

Durante el quemado, los contaminantes de la interfaz, como óxidos y partículas extrañas, son expulsados al reborde. Una vez libres de contaminantes, ocurre la 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 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 eje, líneas de transmisión, válvulas, varillas de pistón hidráulico, bujes de rodillo de camión, ejes de bomba, brocas, bielas, etc.

Ventajas de la Soldadura por Fricción

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

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.
• El costo de configuración es muy alto.
• La preparación de la pieza de trabajo es difícil.
• Material no forjable no puede ser soldado.
• Solo puede usarse para piezas más pequeñas de máquinas; las piezas grandes no son compatibles.

Video de Soldadura por Fricción