Soldadura por fricción y agitación: soldadura de baixo coste de placas d'acero y atros materials d'alto punto de fusión

Calendata de publicación:

2025-06-11

Honda ha desembolicau una tecnolochía aplicable a productos de serie ta soldar acero y aliaz d'aluminio por meyo d'a soldadura por fricción-agitación, y a Universidat de Tohoku de Chapón y Hitachi han desembolicau una punta d'agitación d'aliaz de cobalto capable de soldar metals d'alto punto de fusión como l'acero y o titanio. Antes, a soldadura por fricción-agitación (FSW: Friction Stir Welding) a livel de producción en serie se limitaba a metals de baixo punto de fusión como l'aliaz d'aluminio, l'aliaz de cobre y l'aliaz de magnesio; agora os suyos usos s'han extendiu a metals de punto de fusión mas alto como l'acero*1.

*1 A presión atmosferica estandar, o punto de fusión de l'aluminio ye 660℃, o d'o cobre 1083℃, o d'o magnesio 651℃. Y o d'o fierro pleg a dica 1539℃, y o d'o titanio dica 1727℃.

A calor de fricción fa blandar o metal dica fer-se viscoso

A soldadura por fricción y agitación ye a tecnica que, emplegando una ferramienta d'agitación con una protuberancia en a punta d'o cilindro (agulla d'agitación), dende dencima d'a zona a soldar de dos placas a topar (material base) u de dos placas superposadas, fa que a ferramienta d'agitación chire y preta a la vegada, soldando as dos placas.

A calor de fricción chenerada entre a agulla d'agitación giratoria y a placa fa que o metal arredol d'a agulla s'ablane y se torne viscoso, y a agulla giratoria s'insiere en a placa. Asinas, o metal ablanau arredol d'a agulla se mezcla (fluyencia plastica) y as dos placas metalicas se fan una sola, u se forma un vinclo metalico en a superficie de unión d'as dos placas metalicas, fendo que as dos se fan una sola.

Antis faltaba una cabeza d'agitación resistent a altas temperaturas

As avantallas d'a soldadura por fricción y agitación son as cuatro siguients: (1) como no cal fundir o material base pa soldar (soldadura en fase solida), as deformacions y defectos de soldadura dimpués de soldar son pocos, por o que se puet millorar a calidat d'o producto y reducir o coste; (2) estalvia enerchía respecto a la soldadura por fusión; (3) no cal gas de protección; (4) o rudio ye baixo y no produce polvo. Amás, ista tecnica ye muito eficaz tamién pa soldar materials diferents, por o que atraye muito a atención d'o sector, y s'aspera que, trigando o material adecuau pa cada zona, s'aconseguisca a lichereza, etc.*2. Pero, como s'introdució a o prencipio, antis nomás se podeban usar materials de baixo punto de fusión pa la soldadura por fricción y agitación a livel de producción en serie.

*2 A soldadura por fricción y agitación, en comparanza con a soldadura en fase liquida que funde o material base —a soldadura por fusión—, tien una temperatura de soldadura mas baixa y ye fácil controlar a calor aportada por meyo d'o establimiento d'as condicions de soldadura. Por tanto, se puede reducir facilment a cheneración de compuestos intermetalicos, o prencipal culpable d'a baixada de resistencia d'a soldadura. Reducindo o grosor d'a capa de compuestos intermetalicos, se puede aumentar a resistencia d'a zona soldada. En fer soldadura por fricción y agitación, si s'agita masiau, tamién se chenera una gran cantidat de compuestos intermetalicos.

A razón por a que antis l'uso d'a soldadura por fricción y agitación se limitaba a metals de baixo punto de fusión yera a falta de ferramientas d'agitación resistents a altas temperaturas y de baixo coste adecuadas pa la producción en serie. Cuan se fa soldadura por fricción y agitación en aliazions d'aluminio, por un regular s'emplega una ferramienta d'agitación feita d'acero pa ferramientas. Cuan con ista ferramienta se soldan metals d'alto punto de fusión como acero y aliazions de titanio, en a zona d'alta temperatura que fa blandar ixos metals, a ferramienta d'agitación tamién blanda, y se desgasta grieument dica no poder usar-se. Encara que s'han desembolicau ferramientas d'agitación de materials no ferricos como ceramica y aliazions de tungsteno-renio, o suyo pre ye muito alto y no son adecuadas pa la producción en serie.

Sin necesidat d'agitación, o acero queda a o descuerto con una superficie nueva

A tecnolochía desembolicada por Honda ta soldar acero y aliaz d'aluminio por meyo d'a fricción-agitación s'usa ta unir materials base d'acero y aliaz d'aluminio superposaus. A suya caracteristica prencipal ye que nomás s'agita l'aliaz d'aluminio y no l'acero (figura inferior d'a figura 1). D'ista manera s'evita que a temperatura d'a punta d'agitación sía masiau alta.

O feito de poder soldar acero y aliaz de aluminio sin agitar l'acero se debe a que se forma un vinclo metalico entre l'acero y l'aliaz de aluminio. Ye decir, a tecnica no agita l'acero, sino que elimina a capa de pintura y a capa d'oxido d'a superficie de l'acero. D'ista manera, a superficie nueva de l'acero queda a o descuerto y forma un vinclo metalico con l'aliaz de aluminio, que ha incrementau a suya actividat por meyo de l'agitación. A existencia d'iste vinclo metalico fa que l'acero y l'aliaz de aluminio se fundan en un solo*3.

*3 Cuan entre augua etc. entre l'acero y l'aliaz d'aluminio, se produz corrosión bimetalica (electrocorrosión); ista tecnica evita iste fenomeno intercalando una pelicula de silicio entre l'acero y l'aliaz d'aluminio.

Honda ha adoptau ista tecnolochía en o subbastidor debantero d'o nuevo "Accord" ta o mercau norteamericano, y ha obteniu diversos efectos (figura 2). En concreto, no nomás o peso s'ha reduciu un 25% respecto a lo subbastidor d'acero orichinal, sino que o consumo electrico en a soldadura s'ha reduciu arredol d'un 50%. Amás, tamién s'ha adoptau ista tecnolochía ta cambiar a estructura d'a zona de montache d'o subbastidor y a suspensión, augmentando un 20% a rixideza d'a zona de montache, contribuindo asinas a millorar o rendimiento esportivo d'o vehíclo.

Ampliar os campos d'aplicación con nuevos materials

D'atra man, a Universidat de Tohoku, Hitachi, Ltd. y Hitachi Metals Precision Instruments Co., Ltd. desembolicoron una ferramienta d'agitación de baixo coste capable de resistir altas temperaturas, ampliando asinas o campo d'aplicación d'a soldadura por fricción-agitación (figura 3). O material d'ista ferramienta d'agitación estió desembolicau conchuntament por a Universidat de Tohoku y Hitachi, Ltd., y a tecnolochía de producción en masa d'iste material y d'a ferramienta d'agitación (pieza fundida) estió desembolicada con exito conchuntament por Hitachi, Ltd. y Hitachi Metals Precision. Ista ferramienta d'agitación puede emplegar-se ta realizar soldadura por fricción-agitación en metals d'alto punto de fusión como acero, aliacions de titanio y aliacions de zirconio, y se preveye que a suya venda prencipie en agüerro de 2013. Encara que Hitachi Metals Precision Instruments manifestó que «o precio se discutirá mas adebant», s'estima que se fixará en una francha de precios que permita o suyo emplego a livel de producción en masa.

O material desembolicau por a Universidat de Tohoku y atros ta las cabezas de soldadura por fricción-agitación ye una aligación de cobalto, en a cual se distribuyen internament compuestos intermetalicos que pueden mantener una alta resistencia mesmo a altas temperaturas. Concretament, en a aligación basada en cobalto se distribuye Co3(Al,W). A clau ye cómo fer que Co3(Al,W) s'aconsiga una distribución fina y uniforme, y que a cantidat distribuyida y a forma d'as buegas de gran s'amanen a lo estau deseyau. Ta ixo, s'han adoptau una composición y un tractamiento termico mas razonables.

Os materials previstos actualment pa ista ferramienta de soldadura por fricción-agitación son l'acero a lo carbon, l'acero d'alta resistencia, as aligacions de titanio (Ti-6Al-4V, etc.), o titanio puro y as aligacions de cobre. Encara que bells materials son dificils de treballar con ista ferramienta por a suya resistencia u espessor, en cheneral os materials a soldar son aquells pa os cuals a temperatura d'a ferramienta (temperatura d'unión) en a soldadura por fricción-agitación arriba como maximo a arredol de 1000℃.

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