La soldadura por fricción es un tipo de soldadura a presión (a menudo denominada "soldadura sin fusión"), en la que el calentamiento se realiza por fricción , provocada, en la versión básica de este método, por el movimiento (rotación) de una de las partes. para ser soldado. La soldadura por fricción se utiliza para unir varios metales y termoplásticos en las industrias aeronáutica y automotriz . Cabe señalar que la conexión final se forma en la etapa final del proceso, cuando se aplica una fuerza de forja a especímenes ya inmóviles.
El proceso de formación de una junta soldada incluye los siguientes pasos:
La soldadura por fricción va acompañada de un proceso en el que la energía mecánica suministrada a una de las piezas a soldar se convierte en calor ; en este caso, la generación de calor se produce directamente en el lugar de la futura conexión. El calor se puede liberar cuando una parte gira en relación con otra o un inserto entre las partes. Al mismo tiempo, las piezas se presionan con una presión constante o creciente a lo largo del tiempo . La soldadura termina con un tiro y un cese rápido de la rotación. Los siguientes procesos tienen lugar en la zona de unión durante la soldadura: a medida que aumenta la frecuencia de rotación de las piezas soldadas en presencia de presión de compresión, las superficies de contacto se lamen y las películas de grasa y óxido presentes en ellas en el estado inicial se destruyen. ; la fricción límite da paso a la fricción seca, microprotuberancias separadas entran en contacto, se deforman y se forman áreas juveniles con enlaces insaturados de átomos superficiales, entre los cuales se forman instantáneamente enlaces metálicos , que se destruyen inmediatamente debido al movimiento relativo de las superficies [ 1] .
El uso práctico de la soldadura por fricción se inició con los experimentos del innovador tornero A. I. Chudikov (1956), que se desarrollaron en los trabajos de VNIIESO (URSS). Estos trabajos sirvieron de impulso para el inicio de la investigación de la soldadura por fricción en EE. UU., Japón, Gran Bretaña, Alemania y otros países. En 1960-1990, la soldadura por fricción se estudió intensamente y se introdujo en la industria tanto en la URSS como en otros países del mundo [2] .
Una variación de la soldadura por fricción es la soldadura rotacional , un método en el que se crea fricción al girar una de las partes a soldar.
El Welding Institute of Technology (TWI, Reino Unido) desarrolló en 1991 y patentó el método de soldadura por fricción y agitación (FSW) en diciembre del mismo año [3] . Inicialmente, el método (conocido, sin embargo, incluso antes: fue patentado en la URSS en 1967) se aplicó a láminas y placas de aluminio y aleaciones de aluminio [4] [5] . Actualmente, este método se utiliza para soldar soldaduras a tope de láminas laminadas de aluminio, titanio , magnesio y algunas otras aleaciones (incluidas aquellas que son difíciles o imposibles de soldar mediante soldadura por arco ), piezas brutas de aceros , polímeros y compuestos . Es posible soldar casi todos los metales y aleaciones con un punto de fusión de hasta 1800 °C, y también es posible unir piezas de metales diferentes [6] [7] .
En el papel de una herramienta de soldadura en este método, se usa una varilla, que consta de una parte engrosada (hombro de soporte o hombro) y una parte sobresaliente (punta). Las dimensiones de la herramienta se seleccionan teniendo en cuenta el espesor y el material de las piezas a soldar; en este caso, la longitud de la punta debe corresponder aproximadamente al espesor de la pieza a soldar, y el diámetro del hombro de apoyo puede variar normalmente de 1,2 a 25 mm [8] [9] . Al soldar, una herramienta que gira rápidamente se sumerge lentamente en la unión de las piezas a soldar a una profundidad aproximadamente igual al grosor de los bordes a unir, después de lo cual la herramienta se mueve a lo largo de la línea de unión. Al mismo tiempo, el hombro de soporte presiona vigorosamente la superficie de los bordes, cuyo material se calienta debido a la fricción interna y sufre una deformación plástica , y la zona de flujo de plástico tiene una forma alargada; La punta giratoria simultáneamente proporciona la mezcla del material y su extrusión en el espacio liberado detrás de la herramienta [5] [10] . El volumen en el que se forma la soldadura está limitado desde arriba por el hombro de apoyo. Una vez finalizado el proceso de soldadura, se retira la herramienta de la unión [8] .
La estructura de la soldadura resultante resulta ser asimétrica, de modo que en la sección transversal de la unión soldada se distingue el lado de ataque, por lo que el sentido de giro de la herramienta coincide con el sentido de soldadura, y el contrario lado - el lado del retiro [4] . Cuando la herramienta de soldadura se mueve a lo largo de la costura, el eje de la herramienta se desvía ligeramente de la perpendicular al plano de soldadura: el collar de soporte debe tocar los bordes de las piezas a soldar con toda la superficie de trabajo, de lo contrario, si el ángulo de inclinación es demasiado grande, la continuidad de la soldadura en su raíz puede romperse con la formación de un defecto de túnel. Se recomienda que al mover la herramienta, mantenga una pequeña inclinación (de 1,5 a 4,5°) en la dirección de soldadura [5] . Los principales parámetros que caracterizan el proceso de soldadura por fricción y agitación son: la velocidad de soldadura, la frecuencia de rotación de la herramienta, las fuerzas que surgen al presionar y mover la herramienta, las dimensiones de la herramienta y su ángulo de inclinación. En este caso, las fuerzas de presión y movimiento dependen del material de las piezas a soldar, su espesor y la velocidad de soldadura [8] [9] .
Dado que, en la soldadura por fricción y agitación, la unión de los materiales se produce sin fundirse (en la fase sólida), este método de soldadura tiene varias ventajas: no se utilizan materiales de aporte ni gases de protección ; no hay salpicaduras de metal fundido y la liberación de gases y humos nocivos; la soldadura se caracteriza por una alta resistencia con un tamaño de grano fino y ausencia de porosidad; no es necesario realizar una limpieza preliminar de los bordes (ya que la película de óxido se elimina durante la fricción); las tensiones residuales en el material de soldadura son pequeñas. El consumo de energía en la soldadura por fricción y agitación es de 2 a 5 veces menor que en la soldadura por arco y por resistencia [5] .
| Soldadura | |
|---|---|
| Terminología | |
| Arco eléctrico | |
| soldadura a presion | |
| soldadura por contacto | |
| Otros tipos de soldadura | |
| soldadura de metales | |
| Soldadura de no metales | |
| equipo y equipo | |
| Organizaciones profesionales | |
| ediciones profesionales | |
| enfermedades profesionales | |