Soldadura per fricció-agitació: soldadura de baix cost de xapes d'acer i altres materials amb un punt de fusió elevat

Data de publicació:

2025-06-11

Honda ha desenvolupat una tecnologia per soldar acer i aliatges d'alumini mitjançant soldadura per fricció i agitació, apta per a productes de fabricació en sèrie. La Universitat de Tohoku del Japó i Hitachi han desenvolupat una eina d'agitació d'aliatge de cobalt que permet soldar metalls d'alt punt de fusió, com l'acer i el titani. Les aplicacions de la soldadura per fricció i agitació (FSW: soldadura per fricció i agitació), que abans, a escala de producció en sèrie, es limitaven a metalls de baix punt de fusió com els aliatges d'alumini, coure i magnesi, comencen a ampliar-se a metalls de punt de fusió més alt, com l'acer*1.

*1 A pressió atmosfèrica estàndard, l'alumini fon a 660℃, el coure a 1083℃ i el magnesi a 651℃. El ferro arriba a 1539℃ i el titani a 1727℃.

La calor de fricció estova el metall fins a un estat viscós

La soldadura per fricció-agitació utilitza un capçal amb una protuberància (pern d'agitació) a l'extrem cilíndric. Des de sobre la zona a soldar de dues plaques a testa o superposades, el capçal gira i pressiona per unir-les.

La fricció entre el pern giratori i la placa estova el metall circumdant fins a un estat viscós, permetent que el pern penetri. El metall estovat es barreja al voltant del pern (flux plàstic), unint les dues plaques, o es formen enllaços metàl·lics a la interfície que les integren.

Abans faltaven capçals d'agitació resistents a altes temperatures

La fricció-agitació té quatre avantatges: (1) uneix sense fondre el metall base (fase sòlida), amb poca deformació i pocs defectes, millor qualitat i menys cost; (2) estalvia més energia que la soldadura per fusió; (3) no necessita gas protector; (4) poc soroll i sense pols. També uneix eficaçment materials diferents i atreu interès per alleugerir escollint materials adequats per zona*2. Com s'ha explicat inicialment, abans només s'utilitzava en sèrie amb metalls de baixa fusió.

*2 En comparació amb la soldadura de fase líquida que fon el metall base, la soldadura per fusió, la fricció-agitació té menys temperatura i facilita controlar la calor aportada mitjançant les condicions de soldadura. Així redueix la formació de compostos intermetàl·lics que debiliten la unió. Aprimar-ne la capa augmenta la resistència, però una agitació excessiva també en genera molts.

La fricció-agitació abans es limitava a metalls de baixa fusió perquè faltaven capçals resistents a la calor, barats i aptes per a sèrie. Per soldar aliatges d'alumini per fricció-agitació s'utilitzen habitualment capçals de materials ferrosos com l'acer d'eines. Amb acer, aliatges de titani i altres metalls d'alt punt de fusió, la temperatura necessària per estovar-los també estova el capçal i el desgasta fins a inutilitzar-lo. Se n'han creat de ceràmica o aliatge tungstè-reni, però són molt cars i poc adequats per a sèrie.

Permet exposar una superfície nova de l'acer sense agitació

La tecnologia d'Honda de soldadura d'acer i aliatge d'alumini per fricció-agitació uneix metalls base d'acer i alumini superposats. La característica principal és agitar només l'alumini i no l'acer (imatge inferior de la figura 1), evitant una temperatura excessiva del capçal.

Es poden soldar l'acer i l'aliatge d'alumini sense agitar l'acer perquè es formen enllaços metàl·lics entre tots dos. És a dir, aquesta tecnologia no agita l'acer, sinó que n'elimina la pel·lícula de recobriment i la capa d'òxid superficial. Així exposa una superfície nova de l'acer i hi forma enllaços metàl·lics amb l'aliatge d'alumini, l'activitat del qual ha augmentat per l'agitació. Aquests enllaços integren l'acer i l'aliatge d'alumini*3.

*3 Quan entra aigua o altres elements entre l'acer i l'aliatge d'alumini, es produeix corrosió bimetàl·lica (galvànica); aquesta tecnologia ho evita interposant una pel·lícula de silici entre l'acer i l'aliatge d'alumini.

Honda va aplicar aquesta tecnologia al subbastidor davanter del nou «Accord» nord-americà, amb diversos resultats (figura 2). Va reduir el pes un 25％ respecte al subbastidor d'acer i el consum elèctric de soldadura aproximadament un 50％. També va modificar les zones d'unió amb la suspensió, augmentant-ne la rigidesa un 20％ i contribuint al comportament dinàmic del vehicle.

Ampliació dels àmbits d'aplicació mitjançant nous materials

D'altra banda, la Universitat de Tohoku, Hitachi i Hitachi Metals Precision Instruments han desenvolupat un capçal d'agitació de preu relativament baix i resistent a altes temperatures, ampliant així les aplicacions de la soldadura per fricció-agitació (figura 3). El material del capçal va ser desenvolupat conjuntament per la Universitat de Tohoku i Hitachi; la tecnologia de producció en sèrie d'aquest material i del capçal fos va ser desenvolupada conjuntament per Hitachi i Hitachi Metals Precision Instruments. El capçal permet la soldadura per fricció-agitació d'acer, aliatges de titani, aliatges de zirconi i altres metalls d'alt punt de fusió, i se'n preveia la comercialització a la tardor del 2013. Tot i que Hitachi Metals Precision Instruments va indicar que «el preu es discutirà més endavant», s'estima que se situarà en una franja que en permeti l'ús en producció en sèrie.

La Universitat de Tohoku i altres han desenvolupat per al capçal de fricció-agitació un aliatge de cobalt amb compostos intermetàl·lics que mantenen alta resistència en calent. En concret, Co3（Al，W）es distribueix a l'aliatge de cobalt. La clau és una distribució de Co3（Al，W） fina i uniforme, amb quantitat i forma de límits de gra adequades; per això s'utilitzen composició i tractament tèrmic més apropiats.

Es preveu utilitzar aquest capçal amb acer al carboni, acer d'alta resistència, aliatges de titani (Ti-6Al-4V, etc.), titani pur i aliatges de coure. Alguns materials són difícils per resistència o gruix, però, en general, s'adreça als que durant la fricció-agitació requereixen temperatures del capçal (d'unió) de fins a uns 1000℃.

Pàgina anterior

Per allargar la vida útil dels cossos metàl·lics, s'ha desenvolupat amb èxit l'agent anticorrosiu autoreparable Jufudun

FCSE | Recerca d'avantguarda: recobriment anticorrosiu «autoreparable» activat per la llum solar

Pàgina següent

Pàgina anterior:

Per allargar la vida útil dels cossos metàl·lics, s'ha desenvolupat amb èxit l'agent anticorrosiu autoreparable Jufudun

Pàgina següent:

FCSE | Recerca d'avantguarda: recobriment anticorrosiu «autoreparable» activat per la llum solar

Notícies relacionades

Presentació de productes de mecanització del 2026 Solucions professionals de Wuhan Kaiming High-Tech per a la reparació de superfícies metàl·liques d'equips mecànics

2026-08-15

Explicació detallada dels principis de funcionament de la mecanització el 2026 Divulgació pràctica sobre la reparació professional de superfícies metàl·liques d'equips mecànics

2026-07-31

Anàlisi completa dels problemes freqüents de mecanització el 2026 Guia pràctica per resoldre incidències del procés i optimitzar-lo de manera eficient

2026-07-16

Precaucions en totes les fases de la mecanització el 2026 Guia pràctica per reduir costos, millorar la qualitat i evitar avaries

2026-07-01

Repàs dels àmbits d'aplicació de la mecanització en tots els sectors el 2026 Guia per reduir costos i millorar l'eficiència mitjançant la reparació complementària de superfícies metàl·liques

2026-06-16

Últimes notícies del sector de la mecanització el 2026 Anàlisi completa de l'actualització tecnològica, la reducció de costos i la millora de l'eficiència per a empreses manufactureres

2026-06-01

Comparteix a

Torna a la llista