Soldadura por fricción-agitación

Estado sólido: una herramienta giratoria agita bordes ablandados hasta unirlos

La soldadura por fricción-agitación une placas metálicas empujando una herramienta giratoria a lo largo de la unión: la fricción ablanda el metal y la herramienta agita ambos bordes hasta fundirlos en uno, sin llegar a fundirlos nunca. Es como amasar dos pellas de arcilla. Inventada en 1991 en TWI, en el Reino Unido, hoy construye depósitos de combustible de cohetes, carrocerías de tren y bandejas de baterías de coches eléctricos.

Foto: NASA, Public domain, vía Wikimedia Commons

Soldadura por fricción-agitación · herramienta giratoria, zona agitada y costura, vista lateralLos números en círculo corresponden a los pasos de abajo; la herramienta avanza hacia la derecha, dejando la costura detrás.

Cómo funciona

Sujeta con firmeza. Las placas se juntan a tope sobre una barra de respaldo y se sujetan con fuerza, porque la herramienta las empuja separándolas con grandes fuerzas.
Gira y penetra. Una herramienta dura, que gira normalmente de unos cientos a unas 2.000 rpm, hunde su pivote en la unión hasta que el hombro más ancho toca la superficie.
Calienta por fricción. El hombro, al rozar el metal, lo calienta hasta aproximadamente el 70–90 % de su temperatura de fusión. El metal se vuelve blando como plastilina pero sigue sólido.
Avanza y agita. La herramienta avanza a lo largo de la unión. El pivote roscado arrastra metal ablandado desde delante hasta atrás, mezclando los dos bordes.
Forja y termina. El hombro presiona hacia abajo el metal agitado mientras se enfría en una costura sólida de grano fino. Al final la herramienta se levanta, dejando un pequeño agujero de salida, a menudo en una pestaña de desecho.

Por qué ayuda no fundir. Fundir y volver a solidificar causa la mayoría de los defectos de soldadura: burbujas de gas, grietas y granos de colada débiles. Las soldaduras por fricción-agitación los evitan, así que las aleaciones de aluminio difíciles de soldar por fusión se unen bien, con poca deformación y sin humos, chispas ni material de aporte.

Datos clave

Materiales: Sobre todo aleaciones de aluminio; también magnesio, cobre y parejas de metales distintos; acero y titanio con herramientas especiales costosas
Piezas típicas: Depósitos de combustible de cohetes, carrocerías de vagones de tren, paneles de cubierta de barcos, bandejas de baterías, disipadores de calor
Tamaño de pieza: Chapas de aproximadamente 1 mm hasta placas de aluminio de varios centímetros de espesor; costuras de muchos metros de largo
Precisión: Poca deformación; posición de la costura dentro de una fracción de milímetro en máquinas CNC
Acabado superficial: Costura lisa con finas ondulaciones en media luna, ligeramente por debajo de la superficie; pequeña rebaba en los bordes
Tamaño de lote adecuado: Series medias a grandes de costuras largas, rectas o suavemente curvas
Coste de utillaje y máquina: Decenas de miles de dólares para una conversión de máquina CNC hasta mucho más de 1 millón para grandes máquinas dedicadas
Velocidad: Normalmente 0,1–2 m de costura por minuto, en una sola pasada

Ventajas y límites

Ventajas

Sin fusión, así que sin porosidad ni grietas en caliente
Une aleaciones de aluminio difíciles de soldar por fusión
Poca deformación y soldaduras resistentes de grano fino
Sin material de aporte, sin gas, sin humos ni chispas

Límites

Necesita máquinas pesadas y rígidas y una sujeción fuerte
Deja un agujero de salida al final de cada costura
Lo mejor en uniones sencillas rectas o planas
El acero y el titanio desgastan rápido las herramientas

Dónde se usa

EspacioDepósitos de combustible y de oxidante de lanzadores
FerrocarrilCarrocerías de aluminio de trenes de alta velocidad y de cercanías
Construcción navalGrandes paneles de cubierta y de casco de aluminio
AutomociónBandejas de baterías de coches eléctricos, ruedas, piezas de suspensión
Electrónica y calefacciónDisipadores de calor, placas frías, intercambiadores de calor de calderas

Cómo reconocerlo

Una costura lisa y plana con finas marcas en media luna espaciadas por igual y todas apuntando en el mismo sentido.
Una ligera depresión donde presionó el hombro, con finas rebabas rizadas a lo largo de los bordes.
Un agujero de salida redondo al final de la costura, salvo que se cortara.

Compáralo con

Soldadura por arco7.1funde el metal y añade material de aporte; más fácil en formas complejas pero causa más deformación y defectos en el aluminio.Soldadura por ultrasonidos7.7también en estado sólido, pero usa vibración para láminas y hilos finos, no para placas gruesas.Soldadura por explosión7.8otro método en estado sólido, que une placas enteras de una vez con una explosión.

Míralo

TheGrenzebachGroup · El principio, explicado por un fabricante de máquinas

RIFTEC GmbH - Videos · Penetración, avance y la unión en estado sólido, paso a paso

Manufacturing Technology, Inc. (MTI) · Una soldadura real desde la penetración hasta el agujero de salida

ESAB · Una máquina industrial trabajando

Ver fotos reales

Wikipedia: Soldadura por fricción-agitación — la herramienta, la zona agitada y los usos en ferrocarril, espacio, barcos y coches
Búsqueda de fotos en Wikimedia Commons

Recuerda

La fricción, y no una llama ni un arco, calienta el metal, y nunca se funde.
El pivote agita los dos bordes ablandados hasta unirlos, y el hombro los forja hacia abajo.
Brilla en costuras largas de aluminio: resistentes, limpias y con poca deformación.