Hispanopedia WikiLa soldadura por fricción (FWR) es un proceso de soldadura y unión en estado sólido que genera calor mediante la fricción mecánica entre piezas que se mueven una respecto a la otra. El proceso se utiliza con la adición de una fuerza lateral llamada "desplazamiento" para desplazar plásticamente y fusionar los materiales. [ 1 ] La soldadura por fricción es una técnica de soldadura en estado sólido similar a la soldadura por forja . En lugar de un proceso de soldadura por fusión , la soldadura por fricción se utiliza con metales y termoplásticos en una amplia variedad de aplicaciones aeronáuticas y automotrices.
La norma ISO de soldadura por fricción es EN ISO 15620:2019, [ 2 ] que contiene información sobre los términos básicos, definiciones y tablas de soldabilidad de metales y aleaciones .
Historia
Algunas aplicaciones y patentes relacionadas con la soldadura por fricción datan de principios del siglo XX, [ 3 ] siendo la soldadura por fricción rotativa (RFW) el método más antiguo. [ 4 ] W. Richter patentó el método del proceso de soldadura por fricción lineal (LFW) en 1924 [ 5 ] en Inglaterra y en 1929 [ 5 ] en la República de Weimar . La descripción del proceso era vaga [ 4 ] y H. Klopstock patentó el proceso en la Unión Soviética en 1924. [ 5 ] La primera descripción y los primeros experimentos relacionados con la soldadura por fricción rotativa tuvieron lugar en la Unión Soviética en 1956, [ 3 ] [ 5 ] cuando un maquinista llamado AI Chudikov investigó estudios científicos y sugirió el uso del método de soldadura como un proceso comercial. [ 5 ] El proceso se introdujo en Estados Unidos en 1960. [ 3 ] Las empresas estadounidenses Caterpillar Tractor Company (Caterpillar - CAT), Rockwell International y American Manufacturing Foundry desarrollaron máquinas para el proceso. También se emitieron patentes en toda Europa y la Unión Soviética. Los primeros estudios sobre soldadura por fricción en Inglaterra fueron realizados por el Welding Institute en 1961. [ 5 ]
En Estados Unidos, Caterpillar Inc. y Manufacturing Technology Inc. (MTI) desarrollaron un proceso de inercia en 1962. [ 3 ] [ 5 ] En Europa, KUKA AG y Thompson lanzaron la soldadura por fricción rotativa para aplicaciones industriales en 1966, [ 6 ] desarrollaron un proceso de accionamiento directo y en 1974, [ 6 ] construyeron la máquina de doble husillo rRS6 para ejes de camiones pesados . [ 6 ] Otro método fue inventado en la Unión Soviética por Yu. Klimenko a mediados de la década de 1960 y patentado en 1967, [ 7 ] probado experimentalmente y desarrollado en una tecnología comercial en The Welding Institute (TWI) en el Reino Unido y patentado nuevamente en 1991: el proceso de soldadura por fricción-agitación (FSW), [ 8 ] es un proceso de unión en estado sólido que utiliza una herramienta no consumible para unir dos piezas de trabajo enfrentadas sin fundir el material de la pieza de trabajo.
Una modificación mejorada de la técnica estándar de soldadura por fricción es la soldadura por fricción de baja fuerza , una tecnología híbrida desarrollada por EWI y MTI, que "utiliza una fuente de energía externa para elevar la temperatura de la interfaz de las dos piezas que se unen, reduciendo así las fuerzas del proceso necesarias para realizar una soldadura en estado sólido en comparación con la soldadura por fricción tradicional". [ 9 ] El proceso se aplica tanto a la soldadura por fricción lineal como a la rotativa. [ 10 ]
Técnicas metalúrgicas
La soldadura por fricción adopta muchas formas, pero los siguientes son los métodos más populares utilizados. [ 11 ]
Soldadura por fricción rotativa
La soldadura por fricción rotativa (RFW) es uno de los principales métodos de soldadura por fricción. Un elemento a soldar gira con respecto al otro y se presiona hacia abajo. El calentamiento del material se produce por el trabajo de fricción y crea una soldadura no separable. [ 12 ]
Soldadura por fricción radial
La soldadura por fricción radial es un tipo de soldadura por fricción similar a la soldadura por fricción rotativa y se utiliza generalmente para soldar tuberías. [ 13 ] Sin embargo, a diferencia de la soldadura por fricción rotativa, no requiere que ninguna de las piezas gire. En su lugar, se utiliza un anillo para generar el calor necesario haciéndolo girar alrededor de las tuberías. [ 14 ]
Soldadura por fricción lineal
La soldadura por fricción lineal (LFW) es el acto de mover un solo componente en un movimiento recíproco lineal a través de la superficie de un componente estacionario. [ 15 ]
Soldadura por fricción-agitación
La soldadura por fricción-agitación (FSW) es un proceso de unión en estado sólido que utiliza una herramienta no consumible para unir dos piezas enfrentadas sin fundir el material. [ 16 ] El calor se genera por la fricción entre la herramienta giratoria y el material de la pieza, lo que produce una zona ablandada cerca de la herramienta FSW. A medida que la herramienta se desplaza a lo largo de la línea de unión, mezcla mecánicamente las dos piezas de metal y forja el metal caliente y ablandado mediante la presión mecánica que aplica.
Superficies de fricción
El recubrimiento por fricción es un proceso derivado de la soldadura por fricción en el que se aplica un material de recubrimiento a un sustrato. Una varilla compuesta por el material de recubrimiento (denominada electrodo mecanoide) gira bajo presión, generando una capa plastificada en la varilla en la interfaz con el sustrato.
Técnica termoplástica
Soldadura por vibración lineal
En la soldadura por vibración lineal, los materiales se ponen en contacto y se someten a presión. A continuación, se aplica una fuerza de vibración externa para que las piezas se deslicen entre sí, perpendicularmente a la presión aplicada.
Soldadura por fricción orbital
La soldadura por fricción orbital es similar a la soldadura por rotación , pero utiliza una máquina más compleja para producir un movimiento orbital en el que la pieza móvil gira en un círculo pequeño, mucho menor que el tamaño de la junta en su conjunto.
Lista de métodos relacionados con la soldadura por fricción
- Soldadura por forja
- Soldadura por fricción-agitación (FSW) [ 8 ]
- Soldadura por fricción-agitación puntual (FSSW) [ 17 ]
- Soldadura por fricción lineal (LFW) [ 18 ] [ 19 ]
- Soldadura por fricción de soldaduras circunferenciales de tuberías (FRIEX) [ 20 ]
- Procesamiento de superposición de pilares hidrofílicos por fricción (FHPPOW) [ 21 ]
- Procesamiento de pilares hidrofílicos por fricción (FHHP) [ 22 ]
- Soldadura por vibración lineal
- Soldadura por hilado de polímeros
- Soldadura por fricción de baja fuerza [ 9 ]
Otra información
Pruebas de soldadura para soldadura por fricción y descripción de zonas
Los requisitos de calidad de las uniones soldadas dependen de la forma de aplicación; por ejemplo, en la industria aeroespacial, no se permiten errores de soldadura. [ 23 ] Se realizan pruebas de garantía de calidad de soldadura mediante mediciones y métodos numéricos.
Por ejemplo, es deseable una estructura de grano ultrafino de aleación o metal que se obtiene mediante técnicas como la deformación plástica severa [ 24 ] , y que no se ve alterada por la alta temperatura, por lo que no es necesario una gran zona afectada por el calor . [ 25 ] [ 19 ]
Además de modificar la estructura granular durante los ciclos de unión de metales, mediante métodos que implican una zona afectada por altas temperaturas, se producen transformaciones de fase estructurales. Por ejemplo, en el acero , entre austenita , ferrita , perlita , bainita , [ 26 ] cementita y martensita (véase: diagrama de fases hierro-carbono ). Para evitar estos cambios, puede ser conveniente la soldadura en estado sólido, y no se necesita una zona afectada por el calor extensa si esta debilita las propiedades del material.
Zonas afectadas por el calor y los mecanismos en la soldadura por fricción
Técnicamente, tanto la WCZ como la TMAZ son "zonas termomecánicamente afectadas"; debido a las diferentes microestructuras que poseen, a menudo se consideran por separado. La WCZ experimenta una recristalización dinámica (DRX) significativa, mientras que la TMAZ no. El material en la HAZ no se deforma mecánicamente, pero se ve afectado por el calor. La región comprendida entre los límites de una TMAZ y una HAZ se suele denominar "espesor de la TMAZ" o zona plásticamente afectada (PAZ). [ 27 ]
Zonas:
- WCZ – zona central de soldadura
- ZAH – zona afectada por el calor
- TMAZ – Zona afectada termomecánicamente
- BM – material base, material padre
- Destello
En soldadura se utilizan términos similares .
Resistencia a las convulsiones
La soldadura por fricción puede ocurrir involuntariamente en superficies deslizantes como los cojinetes. Esto sucede particularmente si la película de aceite lubricante entre las superficies deslizantes se vuelve más delgada que la rugosidad de la superficie, lo que puede deberse a baja velocidad, baja temperatura, falta de lubricación, juego excesivo, baja viscosidad del aceite, alta rugosidad de las superficies o una combinación de estos factores. [ 28 ]
La resistencia al agarrotamiento es la capacidad de un material para resistir la soldadura por fricción. Es una propiedad fundamental de las superficies de apoyo y, en general, de las superficies deslizantes sometidas a carga.
Curiosidades
- También se realizó soldadura por fricción (micro soldadura por fricción-agitación ) utilizando una máquina CNC . [ 29 ] lo cual no significa que sea seguro y recomendable para la fresadora.
- También se ha demostrado que la soldadura por fricción funciona en madera. [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]
Referencias
- ↑ Li, Wenya; Patel, Vivek (2022). «Soldadura en estado sólido para la fabricación de piezas y estructuras metálicas». Enciclopedia de materiales: metales y aleaciones . págs. 246–259 . doi : 10.1016/B978-0-12-819726-4.00012-0 . ISBN 978-0-12-819733-2.
- ↑ «EN ISO 15620:2019» . www.iso.org . Consultado el 28 de diciembre de 2020 .
- 1 2 3 4 Wang, KK; Lin, Wen (1974). "Investigación sobre soldadura por fricción con volante". Welding Journal . 53 (6): 233s– 241s.
- ^ Mucic , Kemal; Lopera, José; Fuchs, Franz; Enzinger, Norberto (2013). "Soldadura por fricción lineal de cadenas de alta resistencia: modelado y validación". En Sommitsch, Christof (ed.). Modelado matemático de fenómenos de soldadura 10 . Verlag der Technischen Universität Graz. págs. 203-218 . ISBN 978-3-85125-293-4.
- 1 2 3 4 5 6 7 Uzkut, Mehmet; Ünlü, Bekir Sadık; Yilmaz, Selim Sarper; Akdağ, Mustafa (2010). «La soldadura por fricción y sus aplicaciones en el mundo actual» . Actas del Segundo Simposio Internacional sobre Desarrollo Sostenible . págs. 710-724 .
- 1 2 3 "Máquinas de soldadura por fricción rotativa" . KUKA AG . Consultado el 27 de diciembre de 2020 .
- ↑ "SU195846A1 - Método de soldadura de metales por fricción" . Patentes de Google . 20 de abril de 2006. Consultado el 22 de mayo de 2023 .
- 1 2 Thomas, WM, Nicholas, ED, Needham, JC, Murch, MG, Templesmith, P., Dawes, CJ, 1991. Mejoras en la soldadura por fricción. Solicitud de patente británica n.º 91259788.
- 1 2 Jones, Simon (2 de diciembre de 2020). "Soldadura por fricción de baja fuerza: ¿qué es?" . blog.mtiwelding.com . Recuperado el 28 de diciembre de 2020 .
- ↑ Zurawski, Pawel (15 de febrero de 2022). "Análisis del proceso de soldadura por fricción de baja fuerza en el entorno industrial" . International Journal of Engineering and Innovative Technology : 1–9 . doi : 10.51456/IJEIT.2022.v11i07.001 .
- ↑ "Soldadura por fricción 101: Miércoles en la pizarra" . MTI Welding . 11 de enero de 2019.
- ↑ "Soldadura por fricción rotativa - Conocimientos del trabajo" . TWI .
- ↑ Chludzinski, Mariane; dos Santos, Rafael Eugenio; Pissanti, Daniela Ramminger; Kroeff, Filipe Cantelli; Mattei, Fabiano; Dalpiaz, Giovani; Piza Paes, Marcelo Torres (1 de abril de 2019). "Sistema de soldadura por fricción a gran escala para aceros para tuberías" . Revista de investigación y tecnología de materiales . 8 (2): 1773–1780 . doi : 10.1016/j.jmrt.2018.12.007 . hdl : 10498/38755 . ISSN 2238-7854 .
- ↑ AU 727311 , Hutt, Graham Anthony, emitido el 7 de diciembre de 2000
- ↑ "¿Qué es la soldadura por fricción lineal?" . TWI .
- ↑ "¿Qué es la soldadura por fricción-agitación (FSW)? - Proceso y aplicaciones" . TWI .
- ^ Lacki, P.; Kucharczyk, Z.; Śliwa, RE; Gałaczyński, T. (junio de 2013). "Efecto de la forma de la herramienta sobre el campo de temperatura en la soldadura por puntos por fricción y agitación" . Archivos de Metalurgia y Materiales . 58 (2): 595– 599. doi : 10.2478/amm-2013-0043 .
- 1 2 McAndrew, Anthony R.; Colegrove, Paul A.; Bühr, Clement; Flipo, Bertrand CD; Vairis, Achilleas (marzo de 2018). "Una revisión de la literatura sobre la soldadura por fricción lineal de Ti-6Al-4V" . Progress in Materials Science . 92 : 225–257 . doi : 10.1016/j.pmatsci.2017.10.003 .
- 1 2 Orłowska, Marta; Olejnik, Lech; Campanella, Davide; Buffa, Gianluca; Morawiński, Łukasz; Fratini, Liván; Lewandowska, Małgorzata (agosto de 2020). "Aplicación de la soldadura por fricción lineal para la unión de aluminio de grano ultrafino" . Revista de Procesos de Fabricación . 56 : 540– 549. doi : 10.1016/j.jmapro.2020.05.012 . hdl : 10447/421431 .
- ^ Pissanti, Daniela Ramminger; Scheid, Adriano; Kanán, Luis Fernando; Dalpiaz, Giovani; Kwietniewski, Carlos Eduardo Fortis (enero 2019). "Soldadura por fricción circunferencial de tubería de acero inoxidable dúplex UNS S32205" . Materiales y diseño . 162 : 198– 209. doi : 10.1016/j.matdes.2018.11.046 .
- ^ Buzzatti, Diogo Trento; Chludzinki, Mariane; Santos, Rafael Eugenio dos; Buzzatti, Jonás Trento; Lemos, Guilherme Vieira Braga; Mattei, Fabiano; Marinho, Ricardo Reppold; Paes, Marcelo Torres Piza; Reguly, Afonso (mayo de 2019). "Propiedades de tenacidad de un acero de cadena de amarre en alta mar procesado con pilar hidráulico de fricción" . Revista de investigación y tecnología de materiales . 8 (3): 2625– 2637. doi : 10.1016/j.jmrt.2019.04.002 . hdl : 10498/38758 .
- ^ Buzzatti, Diogo Trento; Buzzatti, Jonás Trento; Santos, Rafael Eugenio dos; Mattei, Fabiano; Chludzinski, Mariane; Strohaecker, Telmo Roberto (septiembre de 2015). "Procesamiento de Hidropilares por Fricción: Características y Aplicaciones" . Soldagem & Inspeção . 20 (3): 287– 299. doi : 10.1590/0104-9224/si2003.04 . hdl : 10183/132809 .
- ↑ Pilarczyk, J.; Piotr, A. (2013). Poradnik inżyniera 1 - spawalnictwo (en polaco). Varsovia: Wydawnictwo WNT.
- ↑ Rosochowski, Andrzej (2013). Tecnología de deformación plástica severa . Whittles Publishing. ISBN 978-1-84995-119-7OCLC 968912427
- ↑ Skowrońska, B.; Chmielewski, T.; Pacla, W.; Kulczyk, M.; Skiba, J.; Presz, W. (17 de junio de 2019). «Soldabilidad por fricción del acero inoxidable UFG 316L» . Archivos de Metalurgia y Materiales : 1051–1058 . doi : 10.24425/amm.2019.129494 .
- ↑ Parzych, S.; Krawczyk, J. (2012). "La influencia del tratamiento térmico en la microestructura y las propiedades tribológicas de las soldaduras a tope por resistencia hechas de un acero bainítico fundido" . Archives of Metallurgy and Materials . 57 (1). doi : 10.2478/v10172-012-0020-9 .
- ↑ McAndrew, Anthony R.; Colegrove, Paul A.; Bühr, Clement; Flipo, Bertrand CD; Vairis, Achilleas (marzo de 2018). "Una revisión de la literatura sobre la soldadura por fricción lineal de Ti-6Al-4V" . Progress in Materials Science . 92 : 225–257 . doi : 10.1016/j.pmatsci.2017.10.003 .
- ↑ Kopeliovich, Dmitri. "Requisitos para los materiales de los cojinetes del motor [ SubsTech ] " . SubsTech .
- ↑ Wang, Kaifeng; Khan, Haris Ali; Li, Zhiyi; Lyu, Sinuo; Li, Jingjing (octubre de 2018). "Soldadura por microfricción-agitación de láminas de aleación de aluminio multicapa" . Journal of Materials Processing Technology . 260 : 137–145 . doi : 10.1016/j.jmatprotec.2018.05.029 .
- ↑ Soldadura de madera, ¿Cómo es posible? Enlace de YouTube , 14 de septiembre de 2020, archivado del original el 12 de diciembre de 2021 , consultado el 6 de abril de 2021.
- ↑ "TWI desarrolla un proceso de soldadura de madera" . www.twi-global.com . Consultado el 6 de abril de 2021 .
- ↑ Li, Suxia; Zhang, Haiyang; Shu, Biqing; Cheng, Liangsong; Ju, Zehui; Lu, Xiaoning (2021). "Estudio sobre el rendimiento de unión de la clavija de bambú Moso soldada a una unión de sustrato de álamo mediante rotación de alta velocidad" . Journal of Renewable Materials . 9 (7): 1225– 1237. doi : 10.32604/jrm.2021.014364 .
- Soldadura de plástico
- Soldadura