Soldadura per fricció

La soldadura per fricció és un mètode de soldadura per pressió que utilitza la calor generada per la fricció mútua durant el moviment relatiu de les superfícies extrems de contacte de les soldadures per aconseguir una connexió fiable dels materials. El procés de soldadura implica l'aplicació de pressió, induint la fricció entre els materials que s'estan soldant, provocant un augment de la temperatura a la interfície i les zones properes, arribant finalment a un estat termoplàstic. Sota la influència de la força perturbadora, la pel·lícula d'òxid de la interfície es trenca i el material pateix una deformació plàstica i un flux, formant juntes mitjançant la difusió d'elements d'interfície i reaccions metal·lúrgiques de recristal·lització. És important destacar que aquest procés de soldadura no requereix metall d'aportació, flux o gas protector, i tot el procediment es pot completar en pocs segons.

La fricció relativa induïda per alta pressió entre les superfícies dels dos components soldats a altes velocitats produeix dos efectes:

• Elimina la pel·lícula d'òxid o qualsevol altra capa contaminant a la superfície de la junta, revelant metall net.
• Genera calor i forma ràpidament una capa termoplàstica a la superfície de l'articulació. Sota el parell de fricció i la pressió axial posteriors, aquests òxids trencats i part de la capa de plàstic s'extrueixen de la superfície de la junta per formar flaix, i el metall deformat plàsticament restant constitueix el metall de soldadura. El revolt final permet que el metall de soldadura sigui forjat encara més, donant lloc a una unió soldada de bona qualitat.

Des del procés de soldadura es pot veure que la junta de soldadura per fricció es forma per sota del punt de fusió del metall a soldar, de manera que la soldadura per fricció és un mètode de soldadura en estat sòlid.

La soldadura per fricció es pot classificar en diversos tipus en funció dels diferents modes de moviment dels components soldats.

• La soldadura gira al voltant de l'eix i es pot dividir en soldadura per fricció d'accionament directe i soldadura per fricció inercial
• La soldadura no es mou i es pot dividir en soldadura per fricció radial i soldadura per fricció agitada
• Altres moviments i es poden dividir en superfície de fricció, soldadura per fricció lineal i soldadura per fricció orbital

Soldadura per fricció d'accionament directe

Aquest és un tipus comú de soldadura per fricció. Durant el procés de soldadura, la peça és impulsada contínuament pel motor de l'eix i gira a una velocitat constant. Fins que s'aconsegueix el temps de fricció o la deformació de fricció especificats, la peça de treball deixa de girar immediatament i es gira cap amunt per a la soldadura.

Soldadura per fricció per inèrcia

L'extrem giratori de la peça de treball està subjectat al volant. Al començament del procés de soldadura, el volant i l'extrem giratori de la peça de treball s'acceleren primer a una velocitat determinada i, a continuació, el volant es desconnecta del motor principal. Al mateix temps, l'extrem mòbil de la peça avança i l'escalfament per fricció comença després que la peça entri en contacte. Durant el procés d'escalfament de soldadura per fricció, el volant es frena pel parell de fricció i la seva velocitat de rotació disminueix gradualment. Quan la velocitat de rotació arriba a zero, finalitza el procés de soldadura.

Soldadura per fricció radial

A les superfícies extremes de dos tubs s'hi col·loca un anell bisellat amb bisells oposats. En el procés de soldadura per fricció, l'anell experimenta una rotació i s'exerceix una fricció radial sobre els dos extrems de la canonada. Un cop finalitzada la fase de fricció, s'atura la rotació de l'anell i s'aplica una pressió de revolt.

Soldadura per fricció

El principi de funcionament de la soldadura per fricció és el següent: una eina FSW giratòria d'una forma determinada feta de material dur resistent a altes temperatures es gira profundament a la vora on es connecten els dos materials a soldar i s'ajusta el capçal d'agitació i girat.Es genera una gran quantitat de calor de fricció a la vora de connexió de les dues soldadures, donant lloc a una zona de suavització metall-plàstica a la connexió. Aquesta zona de suavització de plàstic s'agita i esprem sota l'acció del capçal d'agitació.A mesura que l'eina del pin gira, flueix cap enrere al llarg de la soldadura per formar un flux metàl·lic de plàstic i s'extrudeix durant el procés de refredament després que el capçal d'agitació surti per formar una unió soldada en fase sòlida.

Superfície de fricció

La superfície de fricció és un mètode de soldadura en estat sòlid on es diposita un recobriment o una capa de material sobre un substrat mitjançant l'ús de la calor i la pressió generades per la fricció. Aquest procés s'utilitza per millorar les propietats superficials d'un material o crear una capa protectora amb les característiques desitjades. Normalment, inclou la utilització d'una vareta o filferro consumible giratori que fa contacte amb el material del substrat, donant lloc a la generació de calor de fricció important.

Soldadura per fricció lineal

Una de les dues peces destinades a soldar roman estacionària, mentre que l'altra es mou recíprocament a una velocitat determinada, o les dues peces es mouen reciprocament entre si. Mitjançant l'aplicació de pressió, la fricció a la interfície entre les dues peces de treball genera calor, facilitant així el procés de soldadura.

Soldadura per fricció lineal

Una de les dues peces destinades a soldar roman estacionària, mentre que l'altra es mou recíprocament a una velocitat determinada, o les dues peces es mouen reciprocament entre si. Mitjançant l'aplicació de pressió, la fricció a la interfície entre les dues peces de treball genera calor, facilitant així el procés de soldadura.

Soldadura per fricció orbital

La soldadura per fricció orbital és un mètode de soldadura recentment desenvolupat, utilitzat principalment per soldar peces de secció transversal no circular.

En la soldadura per fricció d'òrbita lineal, la peça de treball segueix una òrbita lineal específica amb una amplitud i freqüència definides. Això garanteix que la velocitat de vibració assoleixi el valor necessari, permetent que la superfície de soldadura sofreixi vibracions i friccions repetitives i relatives.

Cada partícula de la peça en la soldadura per fricció d'òrbita circular es mou en relació a la superfície de soldadura al llarg d'una òrbita circular amb un radi i una velocitat de rotació consistents. Un cop la unió arriba a la temperatura de soldadura, el moviment de fricció de la peça s'atura i comença el procés de soldadura.

En resum, al llarg de tot el procés de soldadura per fricció, la superfície metàl·lica destinada a la soldadura experimenta una progressió d'escalfament per fricció de baixes a altes temperatures. Experimenta transformacions contínues que impliquen deformació plàstica, excavació mecànica, adhesió i connexió molecular. Això dóna lloc a la formació d'una capa de deformació plàstica de fricció d'alta velocitat, on es concentren els fenòmens de generació de calor, deformació i difusió durant la soldadura per fricció. En les etapes d'estacionament i el procés de soldadura alterat, la capa deformada a la superfície de fricció i el metall a la zona d'alta temperatura són parcialment aixafats i expulsats. A continuació, el metall de soldadura passa per forja, donant lloc a la creació d'una unió soldada d'alta qualitat.

• Temps curt de construcció de soldadura i alta eficiència de producció
• La deformació de la soldadura causada pel cicle tèrmic de soldadura és petita, la precisió dimensional posterior a la soldadura és alta i no cal corregir la deformació posterior a la soldadura ni alleujar l'estrès.
• Alt grau de mecanització i automatització, qualitat de soldadura estable. Quan es donen les condicions de soldadura, el funcionament és senzill i no requereix tècnics especials de soldadura.
• Apte per a la soldadura de diversos materials diferents. Pot soldar alumini-acer, alumini-coure, titani-coure, compost intermetàl·lic-acer, etc. que no es poden soldar sota fusió convencional.
• Es pot aconseguir la soldadura de barres i canonades del mateix diàmetre o de diferents diàmetres
• Durant la soldadura no es produeix fum, llum d'arc, gasos nocius, etc. i el medi ambient no està contaminat. Al mateix temps, en comparació amb la soldadura per flaix, l'energia elèctrica s'estalvia 5-10 vegades.

Tanmateix, la soldadura per fricció també té els següents desavantatges i limitacions:

• És difícil soldar seccions transversals no circulars i requereix equips complicats; també és difícil soldar peces primes en forma de disc i accessoris de canonada de parets primes perquè són difícils de subjectar.
• És difícil aconseguir la soldadura per fricció de components la forma i la posició de muntatge dels quals s'ha determinat.
• Les juntes són propenses a fulminar i s'han de mecanitzar després de la soldadura.
• La part de subjecció és propensa a rascades o marques de subjecció

La soldadura per fricció, caracteritzada per la seva alta qualitat, eficiència, estalvi d'energia i respectuós amb el medi ambient, està guanyant progressivament una adopció generalitzada tant en els sectors industrials nous com en els tradicionals. Aquests inclouen aviació, aeroespacial, energia nuclear, armament, automoció, generació d'energia, desenvolupament oceànic i fabricació de maquinària.

Aeroespacial: motors d'avions, parts del cigonyal del motor de combustió interna

Fabricació d'automòbils: rodes, tirants, vàlvules d'escapament, rotors