La soldadura por fricción y agitación fue inventada en 1992 por “The Welding Institute”, y la patente pasó a ser de dominio público en 2015. Este proceso representa un avance reciente para los fabricantes de la industria del aluminio al igual que, una técnica en extremo ventajosa para ensamblar piezas de pocos centímetros a varios metros de largo.
La maquinaria de SBB cuenta con el quipo necesario para realizar la soldadura FSW, y el mecanizado final en un mismo equipo. Nosotros colaboramos con nuestros clientes para evaluar la viabilidad de sus proyectos, y para permitirles beneficiarse de las ventajas de este nuevo método de producción.
Principio
Para resumir el principio de funcionamiento, esta soldadura consiste en realizar una unión entre dos componentes en estado sólido, ejerciendo conjuntamente una intensa presión y fricción en el punto de contacto entre las dos superficies. La herramienta específica utilizada para ello, en virtud de su movimiento rotatorio, crea un calentamiento que "plastifica" el material en el eje de soldadura, para luego mezclar las interfaces. Sin embargo, el calor está particularmente controlado y restringido al área de soldadura. De hecho, durante la soldadura, no se alcanza la temperatura de fusión del metal, sino que permanece a un 60-80% del punto de fusión.
Soldadura por fricción agitación / FSW : una tecnologia innovadora en aluminio, ¿pero cuales son sus ventajas?
Sin fundir ni agregar material, la técnica reduce significativamente las pérdidas de resistencia, así como los fenómenos de contracción y distorsión : la deformación del material es mínima, incluso para grandes longitudes. Dado que las soldaduras se realizan en estado sólido, por tanto a baja temperatura, no hay fase de solidificación evitando la formación de fisuras. A diferencia de las soldaduras por fusión, que eventualmente pueden requerir un tratamiento térmico para aumentar la resistencia de las piezas, este tratamiento es opcional en la soldadura FSW para las series 2000, 6000 y 7000.
Si SBB ha optado por invertir en este innovador método de soldadura de aluminio y en su nuevo equipo, es porque representa un excelente potencial de automatización y aumento de productividad, al igual que numerosas ventajas para sus clientes:
- Mayor confiabilidad y repetitividad, una vez definidos los parámetros de soldadura.
- Proceso rápido de una pasada.
- Alta resistencia y estanqueidad de la soldadura, ausencia de porosidades, inclusiones, encogimientos o ampollas.
- Resultado estético debido a la regularidad del movimiento y la planicidad de la soldadura minimizando la necesidad de mecanizado o limpieza. Finalmente, el acabado del reverso de la junta es bastante aceptable y su reprocesamiento es opcional.
- Mejora de las propiedades mecánicas de los ensamblajes: tracción, fatiga, tensión, flexión.
- Con tal calidad y un acabado tan limpio, la fase de inspección visual también se acelera.
La soldadura por fricción y agitación FSW permite conservar propiedades cercanas al material base.
Como resultado, las dimensiones de las piezas antes del ensamblaje son, prácticamente, idénticas a las dimensiones posteriores al ensamblaje. Esto mejora la capacidad de asegurar las medidas de la pieza final, una gran ventaja en presencia de requerimientos de alineación, deslizamiento o acoplamiento con otras piezas para formar el producto final.
Mayor seguridad para los empleados y un proceso más ecológico
El método proporciona a los empleados un entorno de trabajo más seguro, ya que está libre de radiación, salpicaduras fundidas, polvo y humos tóxicos que generalmente acompañan a la soldadura por arco o fusión (incluidos GMAW, GTAW, SMAW). Ningún producto químico es utilizado en esta soldadura. Por tanto, podemos calificar la producción como "limpia". El gas protector tampoco es necesario, lo que elimina todos los problemas asociados con su uso y almacenamiento.
Los técnicos simplemente necesitan gafas de seguridad para acercarse y controlar la máquina. Incluso el calor (limitado) no causa molestias y una pieza de aluminio se puede tomar con las manos poco después de efectuar la soldadura FSW.
¡Sin mencionar el aspecto silencioso de este proceso que constituye un beneficio final para el personal de la fábrica!
Nuevas y multiples posibilidades, particularmente para el sector de transporte
Este proceso suelda eficientemente extrusiones de aluminio de alta resistencia, como las de aleaciones de las series 2000, 6000 y 7000. Éstas son difíciles de soldar por fusión convencional debido a su susceptibilidad al agrietamiento por solidificación y a la degradación de sus propiedades mecánicas por el calor.
FSW también es adecuado para aluminios de uso común en la carpintería metálica (Series 3000 y 5000), así como el aluminio de fundición (A356). Finalmente, esta tecnología es también utilizada en el contexto de juntas de materiales diferentes, como aluminio y cobre o aluminio y acero.
De este modo, SBB puede satisfacer una amplia gama de necesidades de soldadura de alta calidad, para diversos usos:
- Soldadura de extrusiones.
- Soldadura de piezas fundidas.
- Soldadura de piezas fabricadas con materiales no soldables por fusión, de hasta 12 mm de espesor.
Dado que los productos soldados FSW son más livianos en comparación con la soldadura convencional (especialmente las aleaciones 2000, 6000 y 7000), ciertos sectores, donde el peso es un factor crítico, prestan especial atención a todas estas cualidades de fabricación, notablemente el campo del transporte: ferroviario, automotriz, naval, aeronáutico y aeroespacial, además de la producción de energía y la defensa.
De hecho, la soldadura por fricción-agitación (FSW) es una excelente alternativa al remachado y atornillado. Normalmente, en aeronáutica, las aleaciones de aluminio de alta resistencia utilizadas para el fuselaje no son soldadas por métodos convencionales, razón por la que los aviones utilizan miles o millones, de remaches. Sin embargo, la FSW puede soldar estas aleaciones eficientemente evitando en gran parte el uso de remaches (hasta un 60%), lo que genera reducciones significativas en peso.
El uso de remaches reduce la integridad de las piezas: los agujeros crean lugares propensos a la degradación y corrosión. El FSW elimina este problema aumentando la vida útil de las piezas en cuestión, lo que resulta invaluable, por ejemplo, en puentes y en la construcción naval.
SpaceX comprendió rápidamente el valor de esta tecnología y la utiliza en la fabricación de tanques de aluminio para su cohete Falcon 9. Estos elementos están sometidos a altas presiones y las soldaduras FSW, más resistentes, permiten adelgazar las paredes y garantizar la hermeticidad de las juntas, logrando la reducción del peso total del cohete.
Tesla y Honda están utilizando FSW en las cajas de batería de sus vehículos eléctricos. BRP, la división de productos recreativos de Bombardier, aplica FSW a los radiadores de moto nieves (Skidoo).
También encontramos el uso de este proceso como soldadura de: paneles de la superestructura de navíos, extrusiones para la fabricación de trenes, chasis de automóviles, etc ...
Último ejemplo: las barras de cobre que transportan electricidad deben unirse a una pieza de aluminio para disipar adecuadamente el calor. Esta unión se suele realizar colando una pieza sobre la otra. El FSW permite fusionar los 2 materiales para obtener una transferencia óptima de calor.
En resumen, los 10 beneficios principales de la soldadura por fricción agitación FSW son :
- Alta velocidad de soldadura.
- No requiere material de aporte.
- Propiedades mecánicas superiores: una soldadura con resistencia, estanqueidad y durabilidad mejoradas.
- Menos distorsión y, por tanto, dimensiones finales mejor controladas.
- Reducción del peso final del conjunto.
- Una soldadura estética.
- Una mayor vida útil de los productos en cuestión.
- Proceso adecuado para la unión de aleaciones de aluminio, sea de chapa, de fundición y con materiales diferentes.
- Producción más ecológica.
- Un lugar de trabajo más seguro.
SBB fue uno de los pioneros en utilizar la technología de soldadura pro fricción agitación (FSW) a partir de 2015 en Quebec
A manera de nota histórica, fue en 2015 cuando la empresa se asoció con la Universidad de Quebec en Chicoutimi (UQAC) para la aplicación de esta tecnología. No se trataba de realizar pruebas para diseñar prototipos, sino de iniciar una producción concreta de piezas grandes y complejas con varias etapas de fabricación. Diseñadas para componer los techos de los vagones de trenes ligeros fabricados por Alstom. Estas estructuras con tamaños extraordinarios forjaron la experiencia de SBB en FSW.
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Este proyecto galvanizó el espíritu vanguardista de nuestros equipos de ingeniería y mecanizado, que están profundamente involucrados en el dominio de esta última generación de soldadura.
A ello se sumó una fructífera participación en foros organizados por los principales actores del mercado, que respaldaron el interés y compromiso de SBB por esta innovación : AluQuébec, CQRDA (Centro de Quebec para la investigación y el desarrollo del aluminio), Alcoa Innovation, CMQ (Cenro de Metalurgia de Quebec) y RTMQ (Red de Transformación de Metales de Quebec).
Desde 2019, nuestro módulo FSW es instalado en uno de nuestros centros de mecanizado CNC en nuestra planta de Blainville. Numerosas etapas han forjado nuestra experiencia y es para nosotros una gran satisfacción haberlas atravesado con éxito, para internalizar esta herramienta y esta habilidad que nos aporta nuevas perspectivas de fabricación.
Nuestros departamentos de Producción e Ingeniería están a su disposición para discutir sus proyectos que requieren soldaduras innovadoras y resultados de alto rendimiento, sea a nivel de prototipos como a la producción.
