¿Qué es la soldadura por fricción?
La soldadura por fricción es en realidad una categoría de procesos de soldadura que consta de cuatro procesos principales de soldadura por fricción: soldadura por fricción y agitación (FSW), soldadura por fricción y agitación por puntos (FSSW), soldadura por fricción rotativa (RFW) y soldadura por fricción lineal (LFW).
- La soldadura por fricción y agitación utiliza una herramienta rotativa dedicada que se desliza a lo largo de la línea de unión entre dos metales. La rotación provoca fricción y los dos metales se unen. La herramienta no consumible gira a la velocidad necesaria para ablandar y unir el metal base. Sin embargo, la herramienta rotativa está hecha de un material más duradero, que no se ve afectado por la fricción.
- La soldadura por puntos de agitación por fricción funciona según el mismo principio que la FSW descrita anteriormente. Pero, en lugar de hacer soldaduras lineales, une metal con soldaduras por puntos.
- La soldadura por fricción lineal oscila linealmente un material de la pieza de trabajo en movimiento relativo a otro mientras aplica una fuerza de compresión. La fricción entre las superficies oscilantes produce calor. Como resultado, el material en las superficies de contacto se ablanda y se mezcla mecánicamente.
- El proceso de soldadura por fricción rotatoria es similar a la soldadura por fricción lineal descrita anteriormente. Pero, en lugar de la agitación lineal, el proceso de soldadura por fricción rotativa hace girar la pieza de trabajo entre sí.
Los procesos de soldadura por fricción rotativa y lineal acortan las piezas de trabajo en la dirección de la fuerza de compresión. A medida que las superficies de contacto se “queman”, los contaminantes de la junta se expulsan en un instante. Por lo tanto, los óxidos y otros contaminantes son expulsados, lo que da como resultado una unión limpia e integral.
Cómo funciona el proceso de soldadura por fricción
La soldadura por fricción implica una soldadura por fricción rotatoria o lineal para crear el calor necesario para ablandar y fusionar dos partes metálicas. Se utiliza para fusionar dos superficies lisas y limpias. Los procesos de soldadura por fricción no se utilizan para soldar superficies irregulares, dentadas o demasiado ásperas.
Sin embargo, una superficie aparentemente lisa en realidad tiene una cantidad significativa de diminutas proyecciones llamadas asperezas.
Si bien estas proyecciones no se pueden ver a simple vista, son lo suficientemente grandes como para causar fricción cuando dos superficies de este tipo se deslizan una sobre otra. Sus asperezas hacen contacto y la fricción calienta el material original.
El movimiento mecánico inducido da como resultado la cesión elástica y plástica de las asperezas, lo que genera calor, lo que hace que el metal sea blando y viscoso. Gracias a la fricción mecánica y la presión aplicada, el material ablandado se mezcla de una parte metálica a otra. Pero, los detalles de cómo se mezcla el metal dependen del proceso particular de soldadura por fricción que discutimos anteriormente.
Ventajas de la soldadura por fricción
La soldadura por fricción tiene numerosos beneficios para la soldadura convencional, como los procesos de soldadura por arco. Dado que es un proceso de soldadura de estado sólido rápido, las uniones soldadas son uniformes, con máxima penetración y una excelente relación precio-unión.
Pero, echemos un vistazo a las ventajas de este proceso de fabricación con más detalle.
Sin fundente ni calor externo: la soldadura por fricción puede producir soldaduras sin calor externo. Esto minimiza la energía requerida para unir el metal. El calor obtenido de la pieza de trabajo giratoria y la fase de fricción es suficiente para unir el metal; no se desperdicia energía adicional. Además, no se requiere el uso de fundente. El proceso es limpio y no deja desorden para limpiar.
Une metales diferentes: una de las ventajas más significativas de la soldadura por fricción es que puede unir diferentes metales. No muchos métodos de soldadura pueden soldar materiales diferentes. Por lo tanto, una máquina de soldadura por fricción a menudo es necesaria en la fabricación de gran volumen donde la unión de materiales diferentes es primordial.
No hay necesidad de un gas de protección: dado que el metal soldado nunca llega a una fase fundida y las impurezas se expulsan durante la fase de mezcla, este proceso de unión no requiere gases de protección para proteger el baño de soldadura.
El calor por fricción es bajo: la soldadura por fricción aplica un calor significativamente menor que la soldadura por fusión. La baja generación de calor reduce el impacto negativo de la zona afectada por el calor y la formación intermetálica. Las propiedades del material generalmente no se ven afectadas, lo que permite una unión fuerte sin la necesidad de un tratamiento térmico posterior a la soldadura.
Proceso de soldadura de estado sólido: esta técnica de unión evita defectos asociados con la soldadura por fusión, como poros y grietas de solidificación. Las juntas de soldadura a tope nunca alcanzan temperaturas de fusión porque este es un proceso de estado sólido: el metal permanece en forma sólida.
No se requiere metal de aporte: dado que la soldadura por fricción une dos metales soldados frotando las superficies y mezclando sus materiales ablandados, este proceso de soldadura por inercia no necesita un metal de aporte. Como resultado, se reducen los costos y se simplifica el proceso.
Aplicaciones de soldadura por fricción
El proceso de soldadura por fricción es especialmente útil para la producción en serie de gran volumen.
Esta tecnología de fabricación reduce drásticamente los costos de mano de obra y permite una fácil automatización del ciclo de soldadura. Se aplica para soldar piezas grandes y pequeñas.
La industria del mecanizado y de piezas se beneficia significativamente de la soldadura por fricción. Piezas como cabezas de pistones, cilindros, ejes, cigüeñales, brocas, ruedas dentadas y válvulas están soldadas por fricción.
Imagen por TWI
En la industria de la aviación, piezas como husillos, turbinas, tuberías, accesorios, rotores y cámaras de combustión utilizan el proceso de unión de metales por soldadura por fricción.
Y por último, pero no menos importante, la industria automotriz aplica la soldadura por fricción para soldar ejes de transmisión, palancas de engranajes, husillos de freno, mecanismos de transmisión, husillos de tuberías, válvulas y salas de precalentamiento.
La soldadura por fricción se aplica en varias otras industrias. Si las piezas de metal se unen en una producción de alto volumen, lo más probable es que se emplee soldadura por fricción.
Conclusión
La soldadura por fricción es un proceso de unión de estado sólido que se usa universalmente, a diferencia de muchos otros métodos de soldadura de estado sólido. Por ejemplo, el proceso de soldadura en frío no se aplica tan ampliamente.
Para conseguir soldaduras de alta calidad de forma rápida y económica, la técnica de unión por soldadura por fricción es una de las más aplicadas. Sin embargo, todavía no puede igualar la versatilidad y aplicación de los procesos de soldadura por arco. Sin embargo, los procesos de soldadura por arco no pueden igualar la velocidad y la calidad de las uniones producidas por la soldadura por fricción.
Siempre que sea posible, es preferible aplicar soldadura por fricción en la producción de piezas. Pero este es un proceso muy especializado que solo tiene sentido si puede aplicar el método de soldadura por fricción rotativa. No es posible soldar piezas con diferentes formas si la cara de la junta no es lisa.