1. Principio de la soldadura por fricción.
I. Principio y clasificación de la soldadura por fricción
(1) El principio de la soldadura por fricción
Soldadura por fricción: es un método de soldadura a presión que utiliza el calor generado por la fricción mutua en el movimiento relativo de las superficies de contacto de las piezas soldadas para obtener una conexión de material confiable.
El proceso de soldadura se realiza bajo presión, donde los materiales a soldar generan fricción debido al movimiento relativo, provocando que la temperatura de la interfaz y las cercanas se eleven y alcancen un estado termoplástico.
Cuando la fuerza perturbadora entra en juego, la película de óxido de la interfaz se rompe, el material sufre deformación plástica y flujo, y se forma una junta mediante reacciones metalúrgicas de difusión y recristalización del elemento de la interfaz.
El proceso de soldadura no agrega metal de aportación, no requiere fundente y no utiliza gas protector. Todo el proceso de soldadura dura sólo unos segundos.
La fricción relativa a alta velocidad bajo presión entre las superficies de unión de las dos soldaduras produce dos efectos:
1) Destruye la película de óxido u otra capa de contaminación en la superficie de la junta, exponiendo el metal limpio;
2) Genera calor, formando rápidamente una capa termoplástica en la superficie de la junta. Bajo el par de fricción y la presión axial posteriores, estos óxidos rotos y parte de la capa de plástico se extruyen fuera de la superficie de la junta para formar rebabas, y el metal deformado por el plástico restante constituye el metal de soldadura. El torneado final hace que el metal de soldadura se forje aún más, formando una junta de soldadura de buena calidad.
Del proceso de soldadura, se puede ver que la junta de soldadura por fricción y agitación se forma por debajo del punto de fusión del metal soldado, por lo tanto, la soldadura por fricción pertenece al método de soldadura de estado sólido.
(2) Clasificación de la soldadura por fricción:
La soldadura por fricción se puede clasificar en tres tipos: rotación de pieza, pieza estacionaria y otros movimientos. Estos tres se pueden dividir de la siguiente manera:
1. Rotación de piezas:
- Soldadura por fricción continua
- Soldadura por fricción por inercia
2. Parte estacionaria:
- Soldadura por fricción radial
- Soldadura por fricción por agitación
3. Otros movimientos:
- Superficie de fricción
- Soldadura por fricción lineal
- Soldadura por fricción orbital
2. Clasificación de la soldadura por fricción
(1) Soldadura por fricción continua
Este es un tipo común de soldadura por fricción. Durante el proceso de soldadura, la pieza de trabajo es impulsada continuamente por el motor del husillo para que gire a una velocidad constante hasta que alcanza el tiempo de fricción especificado o la cantidad de deformación por fricción. Luego, la pieza deja de girar inmediatamente y comienza la soldadura de forja.
- 1. Rotación
- 2. Frenado
- 3a. Dispositivo giratorio
- 3b. Dispositivo no giratorio
- 4a. Parte giratoria
- 4b. Parte no giratoria
- 5. Cilindro de pieza de trabajo
(2) Soldadura por fricción por inercia
El extremo giratorio de la pieza de trabajo se fija al volante. Al comienzo del proceso de soldadura, el volante y el extremo giratorio de la pieza se aceleran a una cierta velocidad y luego el volante se desconecta del motor principal.
Al mismo tiempo, el extremo móvil de la pieza avanza. Una vez que la pieza de trabajo hace contacto, comienza a frotarse con calor. Durante el proceso de calentamiento de la soldadura por fricción, el par de fricción frena el volante y la velocidad disminuye gradualmente. Cuando la velocidad llega a cero, el proceso de soldadura finaliza.
- 1- Rotación
- 2- Cuerpo inercial ajustable
- 3a- Pinza giratoria
- 3b- Abrazadera antigiro
- 4a- Parte giratoria
- 4b- Parte no giratoria
- Cilindro de 5 partes
(3) Soldadura por fricción radial
En la superficie del extremo de un tubo con una abertura dividida se monta un anillo anular con una superficie biselada. Durante la soldadura por fricción, el anillo gira y se aplican fuerzas de fricción radial a ambos extremos de la tubería. Cuando termina la fricción, la rotación del anillo se detiene y se aplica presión perturbadora.
- 1 – Anillo giratorio
- 2 – Tubería a soldar
- n – Velocidad del anillo
- Polvo – Forjado Presión Axial
- P – Presión radial
(4) Soldadura por fricción y mezcla
El principio de funcionamiento de la soldadura por fricción y agitación es el siguiente: una aguja agitadora de cierta forma hecha de un material duro resistente a altas temperaturas se gira y se inserta profundamente en el borde de dos materiales a soldar.
El cabezal agitador ajusta la rotación, generando una gran cantidad de calor por fricción en los bordes de las dos soldaduras, formando así una zona de ablandamiento de metal y plástico en la conexión.
Esta zona de ablandamiento de plástico se agita y comprime bajo la acción del cabezal agitador y fluye hacia atrás a lo largo de la costura de soldadura con la rotación del cabezal agitador, formando un flujo de metal plástico. En el proceso de enfriamiento, después de que sale el cabezal agitador, se comprime para formar una junta de soldadura en fase sólida.
(5) Superficie de fricción
La varilla metálica de la superficie gira a alta velocidad y aplica presión por fricción al metal base. Debido al gran volumen del material base, la buena conducción del calor y la rápida velocidad de enfriamiento, la superficie de fricción se mueve desde la interfaz entre la superficie metálica y el material base hacia el lado metálico de la superficie.
Al mismo tiempo, el metal de la superficie se solidifica y pasa al metal base para formar una soldadura de superficie. Cuando el material base gira o se mueve con respecto a la varilla metálica de superficie, se forma una costura de soldadura superficial en el material base.
- 1- Varilla metálica de superficie
- 2- Pieza de superficie
- 3- Costura de soldadura superficial
(6) Soldadura por fricción lineal
Una de las dos piezas a soldar está fija y la otra se mueve hacia adelante y hacia atrás a una determinada velocidad, o las dos piezas se mueven entre sí. Bajo la acción de la presión, la interfaz de las dos piezas genera calor debido a la fricción, logrando así la soldadura.
(7) Soldadura por fricción orbital
La soldadura por fricción orbital es un método de soldadura desarrollado recientemente que se utiliza principalmente para soldar piezas de sección transversal no circular.
Para la soldadura por fricción orbital en línea recta, la pieza de trabajo se mueve a lo largo de una pista en línea recta, con una cierta amplitud y frecuencia que garantiza que la velocidad de vibración alcance el valor requerido, lo que hace que la superficie de soldadura sufra una fricción vibratoria relativa y repetitiva.
Para la soldadura por fricción orbital circular, cada punto de masa de la pieza de trabajo se mueve con el mismo radio y velocidad, moviéndose a lo largo de la órbita circular para hacer que la superficie de soldadura realice un movimiento de fricción relativo. Después de calentar la junta a la temperatura de soldadura, se detiene el movimiento de fricción de la pieza y se realiza el recalcado.
