Soldadura por fricción rotativa es un proceso de soldadura en estado sólido en el que se hacen dos materiales similares o diferentes para frotar uno contra el otro para producir suficiente calor en la interfaz y una fuerza de distorsión posterior fusiona los dos materiales. Las impurezas en la interfaz se eliminan como destello y el enlace formado será más fuerte que cualquiera de los dos materiales.
El fenómeno físico de la soldadura por fricción es la generación de calor, la conducción de calor, la deformación plástica, la abrasión de las superficies de fricción y la difusión del material.
Se puede utilizar para unir una amplia variedad de geometrías de piezas como
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| Tubo a tubo | Tubo a disco | Tubo a barra |
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| Bar a Bar | Barra a la placa | Tubo a placa |
Cómo funciona
La unión de metales se puede definir como el logro de una unión metálica a través de la interfaz. En un enlace metálico ideal, los electrones de valencia no están unidos a ningún átomo en particular, sino que se mueven libremente por todo el metal. La razón de este comportamiento es que los electrones de valencia en un metal se encuentran mucho más lejos del núcleo del átomo que los de los no metales. Moviéndose a lo largo de órbitas más amplias, los electrones de valencia pasan a regiones alejadas de sus átomos originales y están expuestos a la atracción de núcleos vecinos. En consecuencia, los electrones de valencia en los metales nunca están asociados permanentemente con ningún átomo en particular, sino que fluyen libremente en una disposición aleatoria como una especie de "gas de electrones" libre. Por tanto, la estructura de un metal puede considerarse como un ensamblaje de iones positivos, cada uno de los cuales consta del núcleo de un átomo (núcleo más electrones sin valencia) sumergido en un "gas" o nube de electrones libres. La atracción entre los iones positivos y el gas de electrones le da al metal su estructura y coherencia. Esta atracción forma el enlace metálico.
En la soldadura de dos piezas del mismo material, si las dos superficies a unir se liberan de las capas de óxido y de todos los demás contaminantes, entonces se ponen en contacto íntimo entre sí para que haya movilidad entre los electrones de ambas superficies y el atractivo y se establecen fuerzas repulsivas entre los átomos, entonces las dos superficies se soldarán y la unión entre ellas será similar a la que existe entre dos granos del mismo material. Si las dos piezas son de diferentes materiales, la capacidad de establecer una unión metálica entre sus superficies no contaminadas aún es posible, pero la resistencia de la unión dependerá de los materiales en cuestión.
El proceso
Soldadura por fricción rotativa es un proceso de soldadura en estado sólido en el que se hacen dos materiales similares o diferentes para frotar uno contra el otro para producir suficiente calor en la interfaz y una fuerza de distorsión posterior fusiona los dos materiales. Las impurezas en la interfaz se eliminan como destello y el enlace formado será más fuerte que cualquiera de los dos materiales.
El fenómeno físico de la soldadura por fricción es la generación de calor, la conducción de calor, la deformación plástica, la abrasión de las superficies de fricción y la difusión del material.
Se puede utilizar para unir una amplia variedad de geometrías de piezas como
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| Tubo a tubo | Tubo a disco | Tubo a barra |
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| Bar a Bar | Barra a la placa | Tubo a placa |
Cómo funciona
La unión de metales se puede definir como el logro de una unión metálica a través de la interfaz. En un enlace metálico ideal, los electrones de valencia no están unidos a ningún átomo en particular, sino que se mueven libremente por todo el metal. La razón de este comportamiento es que los electrones de valencia en un metal se encuentran mucho más lejos del núcleo del átomo que los de los no metales. Moviéndose a lo largo de órbitas más amplias, los electrones de valencia pasan a regiones alejadas de sus átomos originales y están expuestos a la atracción de núcleos vecinos. En consecuencia, los electrones de valencia en los metales nunca están asociados permanentemente con ningún átomo en particular, sino que fluyen libremente en una disposición aleatoria como una especie de "gas de electrones" libre. Por tanto, la estructura de un metal puede considerarse como un ensamblaje de iones positivos, cada uno de los cuales consta del núcleo de un átomo (núcleo más electrones sin valencia) sumergido en un "gas" o nube de electrones libres. La atracción entre los iones positivos y el gas de electrones le da al metal su estructura y coherencia. Esta atracción forma el enlace metálico.
En la soldadura de dos piezas del mismo material, si las dos superficies a unir se liberan de las capas de óxido y de todos los demás contaminantes, entonces se ponen en contacto íntimo entre sí para que haya movilidad entre los electrones de ambas superficies y el atractivo y se establecen fuerzas repulsivas entre los átomos, entonces las dos superficies se soldarán y la unión entre ellas será similar a la que existe entre dos granos del mismo material. Si las dos piezas son de diferentes materiales, la capacidad de establecer una unión metálica entre sus superficies no contaminadas aún es posible, pero la resistencia de la unión dependerá de los materiales en cuestión.
El proceso
ETAPA 1 - Preparación
Hay dos requisitos básicos que deben cumplirse antes de que la soldadura por fricción pueda tener lugar entre metales. Son:
i) Producir dos superficies absolutamente limpias y no contaminadas;
ii) Ponga esta superficie limpia y no contaminada en contacto íntimo entre sí para que se pueda producir un enlace metálico a través de la interfaz.
La superficie de una pieza de metal real está lejos de la superficie ideal o virgen.
Muestra tanto ondulación como aspereza. La ondulación es un atributo macroscópico de una superficie metálica real y la rugosidad es su calidad microscópica. Los contaminantes superficiales son de tres tipos. Son:
a) Películas orgánicas
b) gases absorbidos
c) Compuestos químicos del metal base, generalmente óxidos.
Para comenzar el proceso, un componente se coloca en una abrazadera que es estacionaria y el otro componente se carga en un eje giratorio. El husillo giratorio se mueve hacia adelante para que los dos componentes se toquen entre sí. El husillo se lleva a una velocidad angular predeterminada y posteriormente se aplica una fuerza axial predefinida.
ETAPA 2 - Calefacción
El calor generado debido al roce aumenta la temperatura de los componentes y reduce el límite elástico. Una vez que las superficies en contacto alcanzan un estado plástico, cede y fluye hacia afuera para formar el flash. Este proceso elimina la capa oxidada en ambos materiales. Ya no están en contacto con la atmósfera y, por lo tanto, no se puede formar una nueva capa de óxido. Las superficies nacientes entran en contacto entre sí. Las superficies enfrentadas generalmente tienen grietas diminutas y este paso ayuda a nivelar las superficies en un área plana perfecta.
Una vez que se alcanza la combustión deseada, el proceso pasa a la siguiente etapa: la Etapa de forja.
ETAPA 3 - Forja
En este paso, el movimiento de rotación se detiene y se aplica una fuerza de forja durante un tiempo predeterminado. Esta fuerza resulta en la fusión de las dos superficies en un enlace permanente.
Las fuerzas interatómicas de atracción entran en juego con los movimientos atómicos de átomos y valencias que tienen lugar para completar la soldadura.
Parámetros de proceso y gráfico
La calidad de la soldadura como resultado de la soldadura por fricción está determinada por los siguientes parámetros
- Eje de velocidad
- Fuerza axial
- Desplazamiento
- Torque
El siguiente gráfico muestra los parámetros de soldadura en las tres fases:
Posibles combinaciones soldables
Soldadura por fricción rotativa brinda una oportunidad única para unir tipos de materiales diferentes que de otra forma serían difíciles de soldar. La tabla a continuación detalla qué se puede / no se puede forjar juntos usando este proceso: -
Fuente: https://lib.ugent.be/fulltxt/RUG01/001/805/267/RUG01-001805267_2012_0001_AC.pdf
Ventajas
Hay bastantes ventajas de Soldadura por fricción rotativa, en comparación con otros procesos. Significativos entre ellos son
- Tiempo de ciclo muy corto (pocos segundos)
- Ideal para la producción en masa.
- Ahorro en material costoso si se utiliza un componente bimetálico (p. Ej., Taladros, HSS / MCS)
- Zona afectada por el bajo calor y, por lo tanto, los componentes semiacabados pueden soldarse
- Sin preparación de bordes, material de relleno, gas protector, salpicaduras, humos y radiación.
- Excelente soldadura: junta tan fuerte o más fuerte que el material original
- Se pueden soldar metales tan diversos como Cu a Al, Cu o Al a acero, Titanio a acero inoxidable, etc.
- Sin inclusiones como la capa de óxido.
- El pretratamiento y el postratamiento solo se requieren para algunos metales no ferrosos específicos y algunos aceros aleados.
- Altamente productivo con bajo tiempo de ciclo.
- Se pueden soldar metales diferentes.
- El proceso es ecológicamente limpio.
- No hay humo, escorias o consumibles como gas, fundente o material de relleno.
- Se pueden soldar componentes de forma como hexagonal, cuadrado, elíptico, etc.
- Bajo consumo de energía en comparación con otros procesos de soldadura.
- El monitoreo de soldadura proporciona un 100% de verificación de calidad del proceso.
