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Soldadura por fricción y agitación

Vista de primer plano de una herramienta de soldadura por fricción y agitación.
El mamparo y el cono frontal de la nave espacial Orión están unidos mediante soldadura por fricción y agitación.
Diseños conjuntos
Herramienta FSW
Herramienta FSW de TRA-C industrie

La soldadura por fricción y agitación ( FSW ) es un proceso de unión de estado sólido que utiliza una herramienta no consumible para unir dos piezas enfrentadas sin fundir el material de la pieza. [1] [2] El calor se genera por la fricción entre la herramienta giratoria y el material de la pieza, lo que conduce a una región ablandada cerca de la herramienta FSW. Mientras la herramienta recorre la línea de unión, mezcla mecánicamente las dos piezas de metal y forja el metal caliente y ablandado por la presión mecánica, que es aplicada por la herramienta, de forma muy similar a unir arcilla o masa. [2] Se utiliza principalmente en aluminio forjado o extruido y, en particular, para estructuras que necesitan una resistencia de soldadura muy alta. FSW es ​​capaz de unir aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre, aleaciones de titanio, acero dulce, acero inoxidable y aleaciones de magnesio. Más recientemente, se utilizó con éxito en la soldadura de polímeros. [3] Además, recientemente se ha logrado la unión de metales diferentes, como aluminio con aleaciones de magnesio, mediante FSW. [4] La aplicación de FSW se puede encontrar en la construcción naval moderna, los trenes y las aplicaciones aeroespaciales. [5] [6] [7] [8] [9] [10]

El concepto fue patentado en la Unión Soviética por Yu. Klimenko en 1967, [11] pero no se desarrolló como una tecnología comercial en ese momento. Se probó experimentalmente y se comercializó en The Welding Institute (TWI) en el Reino Unido en 1991. TWI tenía patentes sobre el proceso, siendo la primera la más descriptiva. [12]

Principio de funcionamiento

Dos piezas de metal discretas unidas entre sí, junto con la herramienta (con una sonda)
El avance de la herramienta a través de la unión, mostrando también la zona de soldadura y la región afectada por el hombro de la herramienta.
Soldadura por fricción y agitación de aluminio con impresión de la herramienta donde entró/salió de la unión

La soldadura por fricción y agitación se realiza con una herramienta cilíndrica giratoria que tiene un pasador perfilado (también conocido como sonda) que tiene un diámetro menor que el diámetro de su hombro. Durante la soldadura, la herramienta se introduce en una junta a tope entre dos piezas de trabajo sujetas, hasta que la sonda perfora la pieza de trabajo y su hombro toca la superficie de las piezas de trabajo. [13] La sonda es ligeramente más corta que la profundidad de soldadura requerida, con el hombro de la herramienta sobre la superficie de trabajo. [14] Después de un breve tiempo de espera, la herramienta se mueve hacia adelante a lo largo de la línea de unión a la velocidad de soldadura preestablecida. [15]

Se genera calor por fricción entre la herramienta resistente al desgaste y las piezas de trabajo. Este calor, junto con el generado por el proceso de mezclado mecánico y el calor adiabático dentro del material, hacen que los materiales mezclados se ablanden sin fundirse . A medida que la herramienta avanza, un perfil especial en la sonda empuja el material plastificado desde la cara delantera hacia la parte trasera, donde las altas fuerzas ayudan a una consolidación forjada de la soldadura.

Este proceso de desplazamiento de la herramienta a lo largo de la línea de soldadura en un eje tubular plastificado de metal da como resultado una grave deformación en estado sólido que implica una recristalización dinámica del material base. [16]

Características microestructurales

La naturaleza de estado sólido del proceso FSW, combinada con su forma de herramienta inusual y su perfil de velocidad asimétrico, da como resultado una microestructura altamente característica . La microestructura se puede dividir en las siguientes zonas:

Ventajas y limitaciones

La naturaleza de estado sólido de la soldadura por fusión presenta varias ventajas sobre los métodos de soldadura por fusión, ya que se evitan los problemas asociados con el enfriamiento desde la fase líquida. Durante la soldadura por fusión no surgen problemas como porosidad , redistribución de solutos , agrietamiento por solidificación y agrietamiento por licuación. En general, se ha descubierto que la soldadura por fusión produce una baja concentración de defectos y es muy tolerante a las variaciones en los parámetros y materiales.

Sin embargo, la soldadura por fusión por fusión (FSW) se asocia con una serie de defectos únicos si no se realiza correctamente. Las temperaturas de soldadura insuficientes, debido a velocidades de rotación bajas o velocidades de desplazamiento altas, por ejemplo, significan que el material de soldadura no puede adaptarse a la gran deformación durante la soldadura. Esto puede dar lugar a defectos largos, similares a túneles, que corren a lo largo de la soldadura, que pueden ocurrir en la superficie o debajo de la superficie. Las bajas temperaturas también pueden limitar la acción de forjado de la herramienta y, por lo tanto, reducir la continuidad de la unión entre el material de cada lado de la soldadura. El ligero contacto entre el material ha dado lugar al nombre de "unión por contacto". Este defecto es particularmente preocupante, ya que es muy difícil de detectar utilizando métodos no destructivos como los rayos X o las pruebas ultrasónicas . Si el pasador no es lo suficientemente largo o la herramienta se eleva fuera de la placa, es posible que la interfaz en la parte inferior de la soldadura no se vea interrumpida y forjada por la herramienta, lo que da como resultado un defecto de falta de penetración. Se trata esencialmente de una muesca en el material, que puede ser una fuente potencial de grietas por fatiga .

Ventajas

Se han identificado varias ventajas potenciales de la FSW sobre los procesos de soldadura por fusión convencionales: [20] [15]

Desventajas

Sin embargo, se han identificado algunas desventajas del proceso:

Parámetros de soldadura importantes

Diseño de herramientas

Herramientas avanzadas de soldadura y procesamiento por fricción-agitación de MegaStir mostradas al revés

El diseño de la herramienta [21] es un factor crítico, ya que una buena herramienta puede mejorar tanto la calidad de la soldadura como la velocidad máxima posible de soldadura.

Es deseable que el material de la herramienta sea lo suficientemente fuerte, resistente y duradero a la temperatura de soldadura. Además, debe tener una buena resistencia a la oxidación y una baja conductividad térmica para minimizar la pérdida de calor y el daño térmico a la maquinaria situada más arriba en el tren de transmisión. El acero para herramientas trabajado en caliente, como el AISI H13, ha demostrado ser perfectamente aceptable para soldar aleaciones de aluminio en rangos de espesor de 0,5 a 50 mm [22], pero se necesitan materiales para herramientas más avanzados para aplicaciones más exigentes, como compuestos de matriz metálica altamente abrasivos [23] o materiales con puntos de fusión más altos, como el acero o el titanio.

Se ha demostrado que las mejoras en el diseño de herramientas generan mejoras sustanciales en la productividad y la calidad. TWI ha desarrollado herramientas diseñadas específicamente para aumentar la profundidad de penetración y, por lo tanto, aumentar los espesores de placa que se pueden soldar con éxito. Un ejemplo es el diseño de "verticilo" que utiliza un pasador cónico con características de reentrada o una rosca de paso variable para mejorar el flujo descendente del material. Otros diseños incluyen las series Triflute y Trivex. El diseño Triflute tiene un sistema complejo de tres ranuras cónicas y roscadas de reentrada que parecen aumentar el movimiento del material alrededor de la herramienta. Las herramientas Trivex utilizan un pasador más simple, no cilíndrico, y se ha descubierto que reducen las fuerzas que actúan sobre la herramienta durante la soldadura.

La mayoría de las herramientas tienen un perfil de hombro cóncavo, que actúa como un volumen de escape para el material desplazado por el pasador, evita que el material se salga por los lados del hombro y mantiene la presión hacia abajo y, por lo tanto, una buena forja del material detrás de la herramienta. La herramienta Triflute utiliza un sistema alternativo con una serie de ranuras concéntricas mecanizadas en la superficie, que tienen como objetivo producir un movimiento adicional del material en las capas superiores de la soldadura.

Las aplicaciones comerciales generalizadas del proceso de soldadura por fricción y agitación para aceros y otras aleaciones duras, como las de titanio, requerirán el desarrollo de herramientas rentables y duraderas. [24] La selección, el diseño y el costo del material son consideraciones importantes en la búsqueda de herramientas comercialmente útiles para la soldadura de materiales duros. Se continúa trabajando para comprender mejor los efectos de la composición, la estructura, las propiedades y la geometría del material de la herramienta en su rendimiento, durabilidad y costo. [25]

Velocidades de rotación y desplazamiento de la herramienta

En la soldadura por fricción y agitación se deben tener en cuenta dos velocidades de la herramienta: [26] la velocidad de rotación de la herramienta y la velocidad de desplazamiento a lo largo de la interfaz. Estos dos parámetros tienen una importancia considerable y se deben elegir con cuidado para garantizar un ciclo de soldadura exitoso y eficiente. La relación entre la velocidad de rotación, la velocidad de soldadura y el aporte de calor durante la soldadura es compleja, pero en general se puede decir que aumentar la velocidad de rotación o disminuir la velocidad de desplazamiento dará como resultado una soldadura más caliente. Para producir una soldadura exitosa, es necesario que el material que rodea a la herramienta esté lo suficientemente caliente para permitir el flujo plástico extenso requerido y minimizar las fuerzas que actúan sobre la herramienta. Si el material está demasiado frío, pueden aparecer huecos u otros defectos en la zona de agitación y, en casos extremos, la herramienta puede romperse.

Por otra parte, un aporte de calor excesivamente alto puede ser perjudicial para las propiedades finales de la soldadura. Teóricamente, esto podría incluso dar lugar a defectos debido a la licuación de fases de bajo punto de fusión (similar al agrietamiento por licuación en las soldaduras por fusión). Estas demandas en pugna conducen al concepto de una "ventana de procesamiento": el rango de parámetros de procesamiento, es decir, la rotación de la herramienta y la velocidad de desplazamiento, que producirán una soldadura de buena calidad. [27] Dentro de esta ventana, la soldadura resultante tendrá un aporte de calor suficientemente alto para garantizar una plasticidad adecuada del material, pero no tan alto como para que las propiedades de la soldadura se deterioren excesivamente.

Inclinación de la herramienta y profundidad de inmersión

Dibujo que muestra la profundidad de inmersión y la inclinación de la herramienta. La herramienta se mueve hacia la izquierda.

La profundidad de inmersión se define como la profundidad del punto más bajo del hombro por debajo de la superficie de la placa soldada y se ha descubierto que es un parámetro crítico para garantizar la calidad de la soldadura. [28] Hundir el hombro por debajo de la superficie de la placa aumenta la presión debajo de la herramienta y ayuda a garantizar un forjado adecuado del material en la parte trasera de la herramienta. Se ha descubierto que inclinar la herramienta entre 2 y 4 grados, de modo que la parte trasera de la herramienta esté más baja que la delantera, ayuda a este proceso de forjado. La profundidad de inmersión debe ajustarse correctamente, tanto para garantizar que se logre la presión descendente necesaria como para garantizar que la herramienta penetre completamente en la soldadura. Dadas las altas cargas requeridas, la máquina de soldar puede desviarse y, por lo tanto, reducir la profundidad de inmersión en comparación con el ajuste nominal, lo que puede provocar fallas en la soldadura. Por otro lado, una profundidad de inmersión excesiva puede provocar que el pasador roce la superficie de la placa de soporte o una falta significativa de coincidencia del espesor de la soldadura en comparación con el material base. Se han desarrollado soldadores de carga variable para compensar automáticamente los cambios en el desplazamiento de la herramienta, mientras que TWI ha demostrado un sistema de rodillos que mantiene la posición de la herramienta sobre la placa de soldadura.

Fuerzas de soldadura

Durante la soldadura, una serie de fuerzas actuarán sobre la herramienta: [29]

Para evitar la fractura de la herramienta y minimizar el desgaste excesivo de la herramienta y la maquinaria asociada, se modifica el ciclo de soldadura de modo que las fuerzas que actúan sobre la herramienta sean lo más bajas posibles y se eviten cambios bruscos. Para encontrar la mejor combinación de parámetros de soldadura, es probable que se deba llegar a un compromiso, ya que las condiciones que favorecen fuerzas bajas (por ejemplo, alto aporte de calor, bajas velocidades de desplazamiento) pueden ser indeseables desde el punto de vista de la productividad y las propiedades de la soldadura.

Flujo de material

Los primeros trabajos sobre el modo de flujo de material alrededor de la herramienta utilizaron insertos de una aleación diferente, que tenían un contraste diferente al material normal cuando se veían a través de un microscopio, en un esfuerzo por determinar dónde se movía el material a medida que pasaba la herramienta. [30] [31] Los datos se interpretaron como la representación de una forma de extrusión in situ , donde la herramienta, la placa de soporte y el material de base frío forman la "cámara de extrusión", a través de la cual se fuerza el material plastificado caliente. En este modelo, la rotación de la herramienta atrae poco o nada de material alrededor de la parte delantera de la sonda; en cambio, el material se parte delante del pasador y pasa por ambos lados. Después de que el material ha pasado la sonda, la presión lateral ejercida por la "matriz" fuerza al material a volver a unirse, y se produce la consolidación de la unión, ya que la parte trasera del hombro de la herramienta pasa por encima y la gran fuerza hacia abajo forja el material.

Más recientemente, se ha propuesto una teoría alternativa que aboga por un movimiento considerable del material en ciertas ubicaciones. [32] Esta teoría sostiene que parte del material gira alrededor de la sonda, durante al menos una rotación, y es este movimiento del material el que produce la estructura de "anillo de cebolla" en la zona de agitación. Los investigadores utilizaron una combinación de insertos de tiras finas de cobre y una técnica de "pasador congelado", donde la herramienta se detiene rápidamente en su lugar. Sugirieron que el movimiento del material ocurre mediante dos procesos:

  1. El material del lado de avance de una soldadura entra en una zona que gira y avanza con la sonda perfilada. Este material estaba muy deformado y se desprendía detrás del pasador para formar características en forma de arco cuando se observa desde arriba (es decir, hacia abajo del eje de la herramienta). Se observó que el cobre entró en la zona de rotación alrededor del pasador, donde se rompió en fragmentos. Estos fragmentos solo se encontraron en las características en forma de arco del material detrás de la herramienta.
  2. El material más ligero provenía del lado que retrocedía frente al pasador y era arrastrado hacia la parte trasera de la herramienta y llenaba los huecos entre los arcos del material del lado que avanzaba. Este material no giraba alrededor del pasador y el menor nivel de deformación daba como resultado un tamaño de grano más grande.

La principal ventaja de esta explicación es que proporciona una explicación plausible para la producción de la estructura de anillo de cebolla.

La técnica del marcador para la soldadura por fricción y agitación proporciona datos sobre las posiciones inicial y final del marcador en el material soldado. A continuación, se reconstruye el flujo de material a partir de estas posiciones. El campo de flujo de material detallado durante la soldadura por fricción y agitación también se puede calcular a partir de consideraciones teóricas basadas en principios científicos fundamentales. Los cálculos de flujo de material se utilizan de forma rutinaria en numerosas aplicaciones de ingeniería. El cálculo de los campos de flujo de material en la soldadura por fricción y agitación se puede realizar tanto mediante simulaciones numéricas completas [33] [34] [35] como mediante ecuaciones analíticas simples pero reveladoras. [36] Los modelos completos para el cálculo de los campos de flujo de material también proporcionan información importante, como la geometría de la zona de agitación y el par de torsión en la herramienta. [37] [38] Las simulaciones numéricas han demostrado la capacidad de predecir correctamente los resultados de los experimentos con marcadores [35] y la geometría de la zona de agitación observada en los experimentos de soldadura por fricción y agitación. [37] [39]

Generación y flujo de calor

En cualquier proceso de soldadura, en general, es conveniente aumentar la velocidad de desplazamiento y minimizar el aporte de calor, ya que esto aumentará la productividad y posiblemente reducirá el impacto de la soldadura en las propiedades mecánicas de la soldadura. Al mismo tiempo, es necesario garantizar que la temperatura alrededor de la herramienta sea lo suficientemente alta para permitir un flujo adecuado de material y evitar fallas o daños en la herramienta.

Cuando se aumenta la velocidad de desplazamiento, para una determinada entrada de calor, hay menos tiempo para que el calor se conduzca por delante de la herramienta y los gradientes térmicos son mayores. En algún punto, la velocidad será tan alta que el material que se encuentra delante de la herramienta estará demasiado frío y la tensión de flujo será demasiado alta para permitir un movimiento adecuado del material, lo que dará lugar a fallas o fracturas de la herramienta. Si la "zona caliente" es demasiado grande, entonces hay margen para aumentar la velocidad de desplazamiento y, por lo tanto, la productividad.

El ciclo de soldadura se puede dividir en varias etapas, durante las cuales el flujo de calor y el perfil térmico serán diferentes: [40]

La generación de calor durante la soldadura por fricción-agitación surge de dos fuentes principales: la fricción en la superficie de la herramienta y la deformación del material alrededor de la herramienta. [41] A menudo se supone que la generación de calor ocurre predominantemente debajo del hombro, debido a su mayor área de superficie, y que es igual a la potencia requerida para superar las fuerzas de contacto entre la herramienta y la pieza de trabajo. La condición de contacto debajo del hombro se puede describir mediante fricción deslizante, utilizando un coeficiente de fricción μ y una presión interfacial P , o fricción de adherencia, basada en la resistencia al corte interfacial a una temperatura y una tasa de deformación apropiadas. Se han desarrollado aproximaciones matemáticas para el calor total generado por el hombro de la herramienta Q total utilizando modelos de fricción deslizante y de adherencia: [40]

(corredizo)
(pega)

donde ω es la velocidad angular de la herramienta, R hombro es el radio del hombro de la herramienta y R pasador es el del pasador. Se han propuesto otras ecuaciones para tener en cuenta factores como el pasador, pero el enfoque general sigue siendo el mismo.

Una de las principales dificultades a la hora de aplicar estas ecuaciones es determinar los valores adecuados para el coeficiente de fricción o la tensión de corte interfacial. Las condiciones en las que se encuentra la herramienta son extremas y muy difíciles de medir. Hasta la fecha, estos parámetros se han utilizado como "parámetros de ajuste", en los que el modelo trabaja a partir de los datos térmicos medidos para obtener un campo térmico simulado razonable. Si bien este enfoque es útil para crear modelos de procesos para predecir, por ejemplo, las tensiones residuales, es menos útil para proporcionar información sobre el proceso en sí.

Aplicaciones

El proceso FSW fue patentado inicialmente por TWI en la mayoría de los países industrializados y autorizado para más de 183 usuarios. La soldadura por fricción y sus variantes (soldadura por puntos por fricción y procesamiento por fricción y agitación  ) se utilizan para las siguientes aplicaciones industriales: [42] construcción naval y alta mar, [43] aeroespacial, [44] [45] automoción, [46] material rodante para ferrocarriles, [47] [48] fabricación general, [49] robótica y computadoras.

Construcción naval y offshore

La soldadura por fricción y agitación se utilizó para prefabricar los paneles de aluminio del Super Liner Ogasawara en Mitsui Engineering and Shipbuilding

Dos empresas escandinavas de extrusión de aluminio fueron las primeras en aplicar FSW comercialmente para la fabricación de paneles de congeladores de pescado en Sapa en 1996, así como paneles de cubierta y plataformas de aterrizaje de helicópteros en Marine Aluminium Aanensen. Posteriormente, Marine Aluminium Aanensen se fusionó con Hydro Aluminium Maritime para convertirse en Hydro Marine Aluminium . Algunos de estos paneles de congeladores ahora son producidos por Riftec y Bayards. En 1997, las soldaduras por fricción y agitación bidimensionales en la sección de proa ensanchada hidrodinámicamente del casco del buque de observación oceánica The Boss se produjeron en el Research Foundation Institute con la primera máquina FSW portátil. El Super Liner Ogasawara en Mitsui Engineering and Shipbuilding es el barco soldado por fricción y agitación más grande hasta el momento. [ cita requerida ] El Sea Fighter de Nichols Bros y los buques de combate litoral de clase Freedom contienen paneles prefabricados por los fabricantes de FSW Advanced Technology y Friction Stir Link, Inc. respectivamente. [6] El barco misilístico de la clase Houbei tiene contenedores de lanzamiento de cohetes soldados por fricción y agitación del China Friction Stir Centre. El HMNZS Rotoiti en Nueva Zelanda tiene paneles FSW fabricados por Donovans en una fresadora modificada. [50] [51] Varias empresas aplican FSW al blindaje de los buques de asalto anfibio . [52] [53]

Aeroespacial

En la fábrica de SpaceX se utilizan soldaduras por fricción y agitación longitudinales y circunferenciales para el tanque de refuerzo del cohete Falcon 9

United Launch Alliance aplica FSW a los vehículos de lanzamiento desechables Delta II , Delta IV , Atlas V y el nuevo Vulcan junto con sus etapas superiores criogénicas , y el primero de estos con un módulo entre etapas soldado por fricción y agitación se lanzó en 1999. El proceso también se utilizó para el tanque externo del transbordador espacial , para Ares I hasta que el proyecto se canceló en 2012, el núcleo SLS que reemplazó al Ares y para el artículo de prueba del vehículo de tripulación Orion y el modelo actual del Orion en la NASA , así como los cohetes Falcon 1 y Falcon 9 en SpaceX . [54] Los clavos para la rampa del avión de carga Boeing C-17 Globemaster III de Advanced Joining Technologies [7] y las vigas de barrera de carga para el carguero de carga grande Boeing 747 [7] fueron las primeras piezas de aeronaves producidas comercialmente. Los paneles de fuselaje y alas aprobados por la FAA del avión Eclipse 500 se fabricaron en Eclipse Aviation , y esta empresa entregó 259 aviones comerciales soldados por fricción y agitación, antes de que se vieran obligados a declararse en liquidación según el Capítulo 7. Los paneles de suelo para el avión militar Airbus A400M ahora los fabrica Pfalz Flugzeugwerke y Embraer utilizó FSW para los aviones Legacy 450 y 500 [8] La soldadura por fricción y agitación también se emplea para los paneles del fuselaje del Airbus A380 . [55] BRÖTJE-Automation utiliza la soldadura por fricción y agitación para las máquinas de producción de pórtico desarrolladas para el sector aeroespacial, así como para otras aplicaciones industriales. [56]

Automotor

El túnel central del Ford GT está hecho de dos extrusiones de aluminio soldadas por fricción a una lámina de aluminio doblada y alberga el tanque de combustible.

Las cunas de motor de aluminio y los puntales de suspensión para los Lincoln Town Cars alargados fueron las primeras piezas de automóvil que se soldaron por fricción y agitación en Tower Automotive , que también utiliza el proceso para el túnel del motor del Ford GT . Una escisión de esta empresa se llama Friction Stir Link, Inc. y explota con éxito el proceso FSW, por ejemplo, para el remolque de plataforma "Revolution" de Fontaine Trailers. [57] En Japón, la FSW se aplica a los puntales de suspensión en Showa Denko y para unir láminas de aluminio a soportes de acero galvanizado para la tapa del maletero del Mazda MX-5 . La soldadura por puntos por fricción y agitación se utiliza con éxito para el capó y las puertas traseras del Mazda RX-8 y la tapa del maletero del Toyota Prius . Las ruedas se sueldan por fricción y agitación en Simmons Wheels, UT Alloy Works y Fundo. [58] Los asientos traseros del Volvo V70 están soldados por fricción y agitación en Sapa, los pistones del sistema de climatización en Halla Climate Control y los refrigeradores de recirculación de gases de escape en Pierburg. Las piezas brutas soldadas a medida [59] están soldadas por fricción y agitación para el Audi R8 en Riftec. [60] La columna B del Audi R8 Spider está soldada por fricción y agitación a partir de dos extrusiones en Hammerer Aluminium Industries en Austria. [ cita requerida ] El bastidor auxiliar delantero del Honda Accord 2013 fue soldado por fricción y agitación para unir las mitades de aluminio y acero. [61]

Ferrocarriles

La carrocería de alta resistencia y baja distorsión del tren A de Hitachi British Rail Class 395 está soldada por fricción y agitación a partir de extrusiones de aluminio longitudinales.

Desde 1997, los paneles de techo se fabrican a partir de extrusiones de aluminio en Hydro Marine Aluminium con una máquina FSW de 25 m de largo, por ejemplo, para los trenes DSB clase SA-SD de Alstom LHB . [9] Los paneles laterales y de techo curvados para los trenes de la línea Victoria del metro de Londres , los paneles laterales para los trenes Bombardier Electrostar [10] en Sapa Group y los paneles laterales para los trenes Pendolino Clase 390 de British Rail de Alstom se fabrican en Sapa Group. [ verificación fallida ] [62] Los trenes de cercanías y expresos japoneses A , [63] y los trenes Clase 395 de British Rail son soldados por fricción y agitación por Hitachi , [64] mientras que Kawasaki aplica soldadura por puntos por fricción y agitación a los paneles de techo y Sumitomo Light Metal produce paneles de piso de Shinkansen . Los innovadores paneles de suelo FSW son fabricados por Hammerer Aluminium Industries en Austria para los vagones de dos pisos Stadler Kiss , con el fin de obtener una altura interior de 2 m en ambos pisos, y para las nuevas carrocerías del ferrocarril suspendido de Wuppertal . [65]

Los disipadores de calor para enfriar la electrónica de alta potencia de las locomotoras se fabrican en Sykatek, EBG, Austerlitz Electronics, EuroComposite, Sapa [66] y Rapid Technic AG, y son la aplicación más común de FSW debido a la excelente transferencia de calor.

Fabricación

Las tapas de los contenedores de cobre de 50 mm de espesor para residuos nucleares se unen al cilindro mediante soldadura por fricción y agitación en SKB
Cuchillos procesados ​​por fricción y agitación de MegaStir

Los paneles de fachada y las láminas catódicas se sueldan por fricción y agitación en AMAG y Hammerer Aluminium Industries, incluidas las soldaduras por fricción y agitación de cobre a aluminio. Las cortadoras de carne Bizerba , las unidades HVAC Ökolüfter y los recipientes de vacío de rayos X de Siemens se sueldan por fricción y agitación en Riftec. Las válvulas y recipientes de vacío son fabricados por FSW en empresas japonesas y suizas. FSW también se utiliza para la encapsulación de residuos nucleares en SKB en botes de cobre de 50 mm de espesor. [67] [68] Recipientes a presión de piezas forjadas semiesféricas de ø1 m de aleación de aluminio 2219 de 38,1 mm de espesor en Advanced Joining Technologies y Lawrence Livermore Nat Lab. [69] El procesamiento por fricción y agitación se aplica a las hélices de los barcos en Friction Stir Link, Inc. y a los cuchillos de caza de DiamondBlade. Bosch lo utiliza en Worcester para la producción de intercambiadores de calor. [70]

Robótica

KUKA Robot Group ha adaptado su robot de alta resistencia KR500-3MT para la soldadura por fricción y agitación mediante la herramienta DeltaN FS. El sistema se presentó por primera vez en público en la feria EuroBLECH en noviembre de 2012. [71]

Computadoras personales

Apple aplicó soldadura por fricción y agitación en el iMac 2012 para unir eficazmente la parte inferior a la parte posterior del dispositivo. [72]

Unión de material de impresión 3D de aluminio

Se ha demostrado que la soldadura por arco continuo (FSW) puede utilizarse como uno de los métodos para unir los materiales de impresión 3D de metal. Mediante el uso de herramientas FSW adecuadas y la configuración correcta de los parámetros, se puede producir una soldadura sólida y sin defectos para unir los materiales de impresión 3D de metal. Además, las herramientas FSW deben ser más duras que los materiales que se necesitan soldar. Los parámetros más importantes en FSW son la rotación de la sonda, la velocidad transversal, el ángulo de inclinación del husillo y la profundidad del objetivo. La eficiencia de la unión soldada de FSW en el metal de impresión 3D puede alcanzar hasta el 83,3 % en comparación con la resistencia de sus materiales base. [73]

Véase también

Referencias

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