¿Qué es FSW?
La soldadura por fricción y agitación (FSW) es un proceso de unión de estado sólido relativamente nuevo. Este método utiliza calor por fricción generado por una herramienta giratoria para unir materiales. Por lo tanto, no hay materiales de fusión o de relleno involucrados. Entonces, ¿cómo funciona FSW?
Primero, la herramienta no consumible, con una sonda perfilada y un hombro, se gira y se sumerge en la interfaz entre dos piezas de trabajo. A continuación, atraviesa la línea de unión, lo que hace que el material se caliente y se ablande. Finalmente, el hombro también actúa para contener este material plastificado, que se mezcla mecánicamente para crear una soldadura sólida.
La microestructura de una soldadura por fricción y agitación depende en detalle del diseño de la herramienta. Por eso existen diferentes velocidades de rotación y traslación, la presión aplicada y las características del material a unir.
En la actualidad, se han desarrollado más de 40 tipos diferentes de herramientas de soldadura para estructuras de paredes delgadas, estructuras de paredes gruesas y pesadas, herramientas de bobina autoadaptativas, herramientas de bobina estándar y herramientas FSW de pasador retráctil.
Propiedades Mecánicas de las Soldaduras
Como mencionamos, la microestructura de las soldaduras por fricción y agitación depende principalmente de las herramientas, pero las propiedades mecánicas de las soldaduras han demostrado ser mejores que algunos procesos de soldadura por arco.
En cuanto a las propiedades, debemos mencionar varias zonas: zona afectada por el calor (HAZ), zona de pepita y una zona afectada termomecánicamente.
La zona afectada por el calor (ZAT) es muy similar a las soldaduras convencionales. La HAZ se define directamente como el área entre la soldadura y el metal base (no afectado).
Por otro lado, la zona de pepita y TMAZ se consideran por separado cuando se trata de características microestructurales. La región central de la pepita es la más severamente deformada. Es por eso que la microestructura puede consistir en granos equiaxiales.
La imagen muestra los esquemas del proceso y la zona de soldadura resultante. Fuente: sciencedirect.com
Mientras tanto, la zona afectada termomecánicamente se encuentra entre la ZAT y la pepita. Sin embargo, TMAZ no experimenta una recristalización dinámica. La superficie superior de la soldadura tiene una microestructura diferente, que normalmente se ve afectada por el hombro giratorio.
Aplicación de soldadura por fricción y agitación
En particular, este proceso se puede utilizar para unir aleaciones de aluminio aeroespaciales de alta resistencia y otras aleaciones metálicas que son difíciles de soldar mediante soldadura por fusión convencional. Como resultado, se ha demostrado que FSW puede soldar juntas a tope de aleación de aluminio de 0,3 mm y 75 mm de espesor en una sola pasada.
Además del aluminio, FSW puede soldar aleaciones de magnesio, titanio, cobre, níquel y acero. Además, la investigación en plásticos y compuestos de matriz metálica (MMC) también ha concluido y ha resultado positiva.
Además de la soldadura, existen algunas aplicaciones innovadoras del método de agitación por fricción.
Con todas las ventajas dadas, el procesamiento de agitación por fricción se puede utilizar en varias industrias. El espectro se extiende desde la industria automotriz, incluido el mercado de movilidad eléctrica y aeroespacial hasta la industria electrónica. FSW tampoco es raro en las industrias de construcción naval y ferroviaria y en la unión de bandejas de baterías EV.
FSW en la unión de acero
Aunque FSW se desarrolla y utiliza principalmente para aplicaciones de aleaciones de aluminio difíciles de soldar, todavía se puede utilizar para unir acero y otros materiales metálicos y no metálicos. Sin embargo, existen algunos inconvenientes cuando se trata de soldadura de acero.
Debido a las propiedades mecánicas del acero, las herramientas FSW pueden desgastarse algo más rápido. Por lo tanto, el desgaste y los residuos pueden llegar a la soldadura, afectando la resistencia de las uniones.
Dado que existen muchos métodos adecuados para unir acero, muchos eligen la soldadura tradicional. No obstante, existen aplicaciones específicas en las que se puede utilizar FSW en la soldadura de acero.
Soldadura por fricción y agitación frente a soldadura tradicional
El calor por fricción entre la herramienta de soldadura resistente al desgaste y las piezas de trabajo hace que el material base se funda sin alcanzar el punto de fusión real. Por lo tanto, FSW no requiere gas de protección ni alambre de relleno.
Al preparar las especificaciones del procedimiento de soldadura, los componentes estándar, como la corriente y el voltaje, no están presentes. En cambio, la entrada de calor es puramente mecánica y causada por la fuerza, la fricción y la rotación. Como resultado, los materiales se unen a aproximadamente el 80-90 % de la temperatura de fusión del material base, lo que genera soldaduras significativamente más fuertes.
Con la ausencia de material de aporte y gas de protección, la ventaja más significativa sobre la tradicional es la ausencia de defectos de soldadura como poros o grietas.
En comparación con la soldadura tradicional, FSW es más rentable ya que no hay consumibles. Además, se requiere menos habilidad para dominar la técnica. Una de las ventajas notables que aumentan la productividad y la velocidad son los excelentes resultados de una sola pasada con poco o ningún tiempo de inactividad.
La imagen muestra el cabezal giratorio del proceso de soldadura por fricción y agitación. Las herramientas y la mecánica necesarias son radicalmente diferentes en comparación con los procesos de soldadura por arco. Fuente: sciencedirect.com