Soldadura por fricción e axitación: unión económica de chapas de aceiro e outros materiais de alto punto de fusión

Data de publicación:

2025-06-11

Honda desenvolveu unha técnica para soldar aceiro e aliaxes de aluminio por fricción e axitación en produtos de serie. A Universidade de Tohoku e Hitachi desenvolveron unha ferramenta de aliaxe de cobalto capaz de soldar aceiro, titanio e outros metais de alto punto de fusión. As aplicacións da soldadura por fricción e axitación (FSW: Friction Stir Welding), antes limitadas en produción en serie a metais de baixo punto de fusión como aliaxes de aluminio, cobre e magnesio, comezan a estenderse ao aceiro e a metais de maior punto de fusión *1.

*1 Á presión atmosférica estándar, o punto de fusión do aluminio é de 660℃; o do cobre, de 1083℃; e o do magnesio, de 651℃. O do ferro alcanza os 1539℃ e o do titanio, os 1727℃.

A calor de fricción abranda o metal ata un estado viscoso

A soldadura por fricción e axitación emprega unha ferramenta cilíndrica cun saínte na punta, chamado pin. Desde a parte superior da zona que se soldará de dúas chapas a tope ou solapadas, a ferramenta xira e exerce presión para unilas.

A calor de fricción entre o pin rotativo e a chapa abranda o metal próximo ata un estado viscoso e permite que o pin penetre na chapa. O metal abrandado arredor do pin mestúrase por fluxo plástico, unindo ambas as chapas, ou forma enlaces metálicos na súa interface para integralas nunha soa peza.

Antes faltaban ferramentas de axitación resistentes ás altas temperaturas

A soldadura por fricción e axitación presenta catro vantaxes: (1) ao soldar sen fundir o material base (soldadura en estado sólido), produce poucas deformacións e defectos, mellorando a calidade e reducindo custos; (2) consome menos enerxía que a soldadura por fusión; (3) non precisa gas protector; (4) xera pouco ruído e non produce po. Tamén é moi eficaz para unir materiais distintos, polo que esperta gran interese no sector. Escoller o material axeitado para cada zona podería permitir reducir peso e obter outras vantaxes *2. Porén, como se explicou ao principio, antes a súa aplicación en produción en serie limitábase aos metais de baixo punto de fusión.

*2 En comparación coa soldadura por fusión, que funde o material base nunha fase líquida, a soldadura por fricción e axitación traballa a unha temperatura menor e permite controlar facilmente a achega térmica mediante os parámetros de soldadura. Isto facilita reducir a formación de compostos intermetálicos, principais responsables da perda de resistencia da unión. Diminuír o espesor da capa destes compostos pode aumentar a resistencia da zona soldada. Porén, unha axitación excesiva tamén xera grandes cantidades de compostos intermetálicos na soldadura por fricción e axitación.

A soldadura por fricción e axitación limitábase antes a metais de baixo punto de fusión porque faltaban ferramentas resistentes á calor, económicas e adecuadas para producir en serie. Para aliaxes de aluminio adoitan empregarse ferramentas de aceiro, como aceiro para ferramentas. Ao soldar con elas aceiro, titanio e outros metais de alto punto de fusión, a temperatura necesaria para abrandar estes metais tamén abranda a ferramenta, que se desgasta excesivamente e queda inutilizable. Aínda que se desenvolveron ferramentas de materiais non férreos como cerámicas e aliaxes de volframio e renio, resultan moi caras e inadecuadas para a produción en serie.

Expoñer unha superficie nova do aceiro sen axitalo

A técnica de Honda de unión de aceiro e aliaxe de aluminio por fricción e axitación úsase en materiais base solapados. A súa principal característica é axitar só o aluminio e non o aceiro (imaxe inferior da figura 1), evitando que a ferramenta alcance temperaturas excesivas.

Pódense unir aceiro e aliaxe de aluminio sen axitar o aceiro porque se forman enlaces metálicos entre eles. A técnica non axita o aceiro, senón que retira o seu revestimento e a película de óxido. Así expón unha superficie nova do aceiro que forma enlaces coa aliaxe de aluminio, activada pola axitación. Estes enlaces metálicos integran aceiro e aluminio nunha soa peza *3.

*3 A entrada de auga ou doutros medios entre o aceiro e a aliaxe de aluminio provoca corrosión bimetálica (galvánica). Esta tecnoloxía evita o fenómeno interpoñendo unha película de silicio entre ambos os materiais.

Honda aplicou esta tecnoloxía ao subchasis dianteiro do novo Accord para o mercado norteamericano e obtivo varias vantaxes (figura 2). En concreto, o peso reduciuse nun 25% fronte ao subchasis de aceiro anterior e o consumo eléctrico da soldadura nun 50% aproximadamente. A tecnoloxía tamén permitiu modificar a unión entre subchasis e suspensión e aumentar a rixidez da zona de montaxe nun 20%, contribuíndo a mellorar o comportamento dinámico do vehículo.

Ampliar aplicacións mediante novos materiais

Pola súa banda, a Universidade de Tohoku, Hitachi e Hitachi Metals Precision desenvolveron unha ferramenta de soldadura por fricción e axitación resistente ás altas temperaturas e de menor custo, ampliando as aplicacións deste proceso (figura 3). A Universidade de Tohoku e Hitachi desenvolveron conxuntamente o material da ferramenta, mentres que Hitachi e Hitachi Metals Precision desenvolveron a fabricación en serie dese material e da ferramenta fundida. Permite soldar por fricción e axitación metais de alto punto de fusión, como aceiro, aliaxes de titanio e aliaxes de circonio. Prevíase iniciar a comercialización no outono de 2013. Aínda que Hitachi Metals Precision indicou que «o prezo se debaterá máis adiante», estímase que se situará nun intervalo viable para a produción en serie.

O material desenvolvido pola Universidade de Tohoku e outras entidades para as ferramentas de soldadura por fricción e axitación é unha aliaxe de cobalto que contén compostos intermetálicos capaces de manter unha resistencia elevada a altas temperaturas. Concretamente, distribúese Co3(Al, W) nunha aliaxe de base cobalto. A clave é conseguir unha distribución fina e uniforme de Co3(Al, W), cunha cantidade e unha forma dos límites de gran próximas ás desexadas. Para iso empréganse composicións e tratamentos térmicos máis axeitados.

Os materiais previstos para esta ferramenta de axitación son aceiro ao carbono, aceiro de alta resistencia, aliaxes de titanio —como Ti-6Al-4V—, titanio puro e aliaxes de cobre. Aínda que a resistencia ou o espesor dificultan o seu uso nalgúns materiais, en termos xerais destínase a materiais cuxa temperatura máxima da ferramenta, ou de unión, na soldadura por fricción e axitación ronda os 1000℃.

Páxina anterior

Desenvolvido con éxito o anticorrosivo autorreparable Jufudun para prolongar a vida dos corpos metálicos

FCSE | Investigación de vangarda: recubrimento anticorrosivo «autorreparable» activado pola luz solar

Páxina seguinte

Páxina anterior:

Desenvolvido con éxito o anticorrosivo autorreparable Jufudun para prolongar a vida dos corpos metálicos

Páxina seguinte:

FCSE | Investigación de vangarda: recubrimento anticorrosivo «autorreparable» activado pola luz solar

Novas relacionadas

Oferta de mecanizado de 2026: solucións profesionais de Wuhan Kaiming High-Tech para reparar superficies metálicas de maquinaria

2026-08-15

Principios de funcionamento do mecanizado en 2026: explicación práctica da reparación profesional de superficies metálicas de maquinaria

2026-07-31

Preguntas frecuentes sobre mecanizado en 2026: guía práctica para resolver fallos do proceso e optimizalo con eficacia

2026-07-16

Precaucións en todo o proceso de mecanizado en 2026: guía práctica para reducir custos, mellorar a calidade e evitar avarías

2026-07-01

Panorama das aplicacións do mecanizado en todos os sectores en 2026: guía para reducir custos e mellorar a eficiencia coa reparación de superficies metálicas

2026-06-16

Actualidade do sector do mecanizado de 2026: análise da modernización tecnolóxica, da redución de custos e da mellora da eficiencia nas empresas manufactureiras

2026-06-01

Compartir en

Volver á lista