Hi ha una gran varietat de mètodes de soldadura. Entre ells hi ha un procés tan exòtic com la soldadura per fricció. La seva característica distintiva és l'absència de consumibles com elèctrodes, filferro de soldadura, gasos de protecció. Un mètode desenvolupat recentment està guanyant una acceptació generalitzada.
Història de l'aparició
La història de la soldadura amb agitació per fricció (FSW) va començar l'any 1991. Va ser un desenvolupament innovador del British Welding Institute (TWI). Uns anys més tard, la tecnologia es va utilitzar en la construcció d'avions i vaixells.
Les primeres empreses que van posar la nova tecnologia en producció van ser la Norwegian Marine Aluminium i la nord-americana Boeing. Van utilitzar equips de soldadura de l'empresa ESAB, especialitzada en desenvolupaments en el camp de la soldadura per fricció rotacional (PCT), a les seves empreses.
Des de l'any 2003, l'empresa ha estat investigant contínuament les possibilitats de la soldadura per fricció. Per exemple, n'hi havias'han desenvolupat mètodes per soldar aliatges d'alumini i les seves modificacions, que s'utilitzen en la construcció d'avions, vaixells i contenidors ferroviaris.
A la indústria aeronàutica, es va trobar possible substituir les juntes reblades per les soldades. A més, la velocitat de soldadura pel mètode FSW supera significativament la velocitat de l'arc elèctric. Es pot formar una soldadura de 6 m de llarg en un minut, mentre que la velocitat de soldadura convencional és només de 0,8-2 m/min per a un gruix de part de 0,5 cm.
L'essència del procés
La unió metàl·lica es produeix a causa de l'escalfament a la zona de soldadura pel mètode de fricció. La principal eina de soldadura de la soldadura per fricció és una vareta metàl·lica, que consta de dues meitats: un coll i una espatlla.
Amb la seva part sobresortint, la vareta giratòria està immersa en el material, provocant un fort escalfament. El seu subministrament està limitat per l'espatlla, no permetent el pas de la peça a soldar. A la zona d'escalfament, el material augmenta significativament la seva plasticitat i, pressionat per l'espatlla, forma una sola massa.
El següent pas és el moviment de la vareta al llarg de la zona soldada. Avançant, l'espatlla barreja la massa metàl·lica escalfada que, després de refredar-se, forma una connexió forta.
Què afecta la qualitat de STP
La soldadura amb agitació per fricció és un procés en constant evolució. Però ara ja hi ha diversos paràmetres que afecten la qualitat de la connexió:
- Força generada per l'eina.
- Taxa d'alimentaciócapçal de soldadura.
- El valor de l'espatlla.
- La velocitat circumferencial de gir de la vareta.
- Angle d'inclinació.
- Força d'alimentació de la canya.
La manipulació de les característiques de la soldadura permet aconseguir la connexió de metalls diferents. Per exemple, alumini i liti. El liti, a causa de la seva baixa densitat i alta resistència, pot actuar com a component d'aliatge de peces d'aliatge d'alumini, cosa que permet utilitzar aquesta tecnologia a la indústria aeroespacial.
La soldadura per fricció pot substituir fàcilment la forja, l'estampació i la fosa quan s'utilitzen per produir peces de metalls difícils de combinar. Per exemple, acers amb estructura d'austenita i perlita, acers d'alumini o bronze.
En quines àrees s'utilitza
Indústries com la indústria de l'automòbil estan treballant constantment en com augmentar les propietats de resistència del producte alhora que redueixen el seu pes. En aquest sentit, hi ha una contínua introducció de nous materials que abans eren poc característics per la complexitat del processament. Cada cop més, els elements estructurals, com ara els submarcs i, de vegades, els cossos sencers estan fets d'alumini o d'una combinació d'alumini.
Així, el 2012, Honda va aplicar la fabricació additiva i la soldadura per fricció per produir bastidors secundaris per als seus vehicles. Van introduir una combinació d'acer i alumini.
La cremada de les làmines metàl·liques es pot produir durant la producció de soldadures corporals a partir d'alumini. Aquesta mancança està privada de STP. A més d'aixòel consum d'electricitat es redueix entre 1,5 i 2 vegades, el cost dels consumibles com ara filferro de soldadura, gasos protectors es redueix.
A més de la producció d'automòbils, STP s'utilitza en les àrees següents:
- Indústria de la construcció: encavallades de suport d'alumini, llums de pont.
- Transport ferroviari: bastidors, bogies de rodes, vagons.
- Construcció naval: mampares, elements estructurals.
- Aeronau: dipòsits de combustible, peces del fuselatge.
- Indústria alimentària: diversos envasos per a productes líquids (llet, cervesa).
- Producció elèctrica: carcasses de motors, antenes parabòliques.
A més dels aliatges d'alumini, la soldadura per fricció s'utilitza per obtenir compostos de coure, per exemple, en la producció d'envasos de coure per a l'eliminació de combustible radioactiu gastat.
Avantatges STP
L'estudi de la FSW va permetre seleccionar modes de soldadura en unir diferents grups d'aliatges. Malgrat que inicialment FSW es va desenvolupar per treballar amb metalls de baix punt de fusió, com l'alumini (660 °C), més tard es va començar a utilitzar per unir níquel (1455 °C), titani (1670 °C), ferro. (1538 °C).
La investigació demostra que la soldadura obtinguda d'aquesta manera es correspon plenament en la seva estructura amb el metall de les peces a soldar i té uns indicadors de major resistència, menors costos laborals i baixa deformació residual.
Correcteel mode de soldadura seleccionat garanteix la conformitat del material de soldadura i del metall que s'està soldant segons els indicadors següents:
- resistència a la fatiga:
- resistència a la flexió i a la tracció;
- duresa.
Avantatges respecte a altres tipus de soldadura
STP té molts avantatges. Entre ells:
- No tòxic. A diferència d' altres varietats, no hi ha arc elèctric, a causa del qual el metall fos s'evapora a la zona de soldadura.
- Velocitat de formació de costura augmentada, donant lloc a temps de cicle més ràpids.
- Reduir els costos energètics a la meitat.
- No cal un processament posterior de la soldadura. L'eina d'agitació per fricció forma una soldadura perfecta sense necessitat de desmuntar.
- Sense necessitat de consumibles addicionals (filferro de soldadura, gasos industrials, fluxos).
- La capacitat d'obtenir juntes metàl·liques que no estan disponibles per a altres tipus de soldadura.
- No cal una preparació especial de les vores de soldadura, excepte per a la neteja i el desgreixatge.
- Obtenció d'una estructura de soldadura homogènia sense porus, el que resulta en un control de qualitat més fàcil, que està regulat per a la soldadura per fricció i agitació GOST R ISO 857-1-2009.
Com es comprova la qualitat d'una soldadura
La qualitat de la soldadura es comprova mitjançant dos tipus de control. La primera implica la destrucció del prototip resultantconnexió de dues parts. El segon permet la verificació sense destrucció. S'utilitzen mètodes com el control òptic, l'examen audiomètric. Ajuda a determinar la presència de porus i inclusions no homogènies que degraden les característiques de la costura. Els resultats del control de so són un diagrama que mostra clarament els llocs on l'eco acústic es desvia de la norma.
Inconvenients del mètode
Amb nombrosos avantatges, el mètode de soldadura per fricció té els seus desavantatges:
- Manca de mobilitat. STP implica la connexió de peces fixes, rígidament fixades a l'espai. Això imposa certes propietats als equips de soldadura per fricció, com ara la immobilitat.
- Poca versatilitat. L'equip voluminós està configurat per realitzar el mateix tipus d'operacions. En aquest sentit, els dispositius de soldadura estan dissenyats per a tasques específiques. Per exemple, per soldar parets laterals d'un cotxe en una cinta transportadora, i per res més.
- La costura de soldadura té una estructura radial. En aquest sentit, amb certs tipus de deformació o quan la peça s'utilitza en un entorn agressiu, es pot acumular fatiga de la soldadura.
Varietats de STP segons el principi d'acció
Els processos de soldadura basats en la fricció es poden dividir en diversos tipus:
- Fregament lineal. L'essència del mètode és obtenir una connexió permanent no com a resultat de l'acció d'una punta giratòria, sinó a causa del moviment de les peces entre si. Actuant sobre la superfície en el punt de contacte, creenfricció i conseqüentment altes temperatures. Sota pressió, les parts adjacents es fonen i es forma una unió soldada.
- Soldadura radial. Aquest mètode s'utilitza per a la producció de contenidors de gran diàmetre, tancs de ferrocarril. Es redueix al fet que les articulacions de les peces s'escalfen mitjançant un anell giratori vestit a l'exterior. Per fricció, provoca una temperatura propera al punt de fusió. Un exemple d'empresa que utilitza aquesta tecnologia és Sespel, un fabricant de cotxes tanc de Cheboksary. La soldadura amb agitació per fricció ocupa la major part del treball de soldadura.
- Soldadura de perns. Aquesta varietat substitueix la connexió de reblons. Aquest tipus s'utilitza per a connexions superposades. El passador giratori al punt de contacte escalfa les peces a soldar. A partir de l' alta temperatura, es produeix la fusió i el pin penetra a l'interior. En refredar-se, es crea una connexió permanent forta.
Varietats de STP per nivell de dificultat
Les operacions de soldadura realitzades mitjançant fregament es poden dividir en planars i volumètrics. La diferència principal entre aquestes varietats és que en el primer cas, la soldadura es forma en un espai bidimensional i, en el segon, en un espai tridimensional.
Així, per a juntes planes, el fabricant d'equips de soldadura ESAB ha desenvolupat la màquina 2D LEGIO. És un sistema de soldadura per fricció personalitzable per a diversos metalls no fèrrics. Grups de diferents midesequip permet soldar peces de mides petites i grans. Segons el marcatge, l'equip LEGIO té diversos dissenys, que es diferencien pel nombre de capçals de soldadura, la capacitat de soldar en diverses direccions axials.
Hi ha robots 3D per a treballs de soldadura amb posicions complexes a l'espai. Aquests dispositius s'instal·len als transportadors d'automòbils, on es requereixen soldadures d'una configuració complexa. Un exemple d'aquests robots és el Rosio d'ESAB.
Conclusió
STP es compara favorablement amb els tipus tradicionals de soldadura. El seu ús generalitzat no només promet beneficis econòmics, sinó també la preservació de la salut de les persones ocupades en la producció.
