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¿Cómo elegir la herramienta de FSW para mi aplicación?

Desde la aparición de la soldadura por fricción-agitación, muchas innovaciones han sido realizadas para mejorar la calidad de las herramientas de FSW. Estas mejoras se traducen en una mejor calidad, soldaduras más estables y una vida útil certificada. Hoy en día, muchos de ustedes se preguntan cómo elegir su herramienta de FSW y cómo esta elección influirá en la calidad de su soldadura. Nos proponemos responder a esta legítima pregunta a través de este artículo. Para empezar, es importante detallar la composición de una herramienta FSW.

friction stir welding machine

Los diferentes componentes de una herramienta de FSW: ¿qué es un hombro y qué es un pin?

Una herramienta FSW consta de tres partes: el cuerpo, el hombro y el pin.

El hombro es la parte que calienta el material por fricción para ablandar las piezas y permitir así la operación de soldadura. Esta es su función principal. Cuanto mayor sea el diámetro del hombro, mayor será el área de contacto, lo que aumenta la capacidad de fricción de la herramienta. Sin embargo, un hombro demasiado grande hará que la pieza se caliente demasiado y reducirá la resistencia de la soldadura. Por lo tanto, el tamaño del reborde dependerá del espesor a soldar.

Además, el hombro con su forma de espiral anticíclica permite empujar el flujo de material hacia el centro para evitar que salga de la zona de soldadura. Esta segunda característica mejorará el acabado superficial de la soldadura y la calidad de la misma. Con esta característica, no es necesario inclinar la herramienta durante la operación de soldadura. Esto se debe a que las espirales tiran del material hacia el eje, lo que evita que el material se deslice (véase la infografía siguiente: «El ángulo de inclinación en la herramienta de FSW ya no es necesario»).

friction stir welding tool design
Whistle notch
El hombro
Pin

Además, la forma en espiral mejora la tolerancia a la desviación del cordón de soldadura, reduce las rebabas (flash) y hace posible las soldaduras de espesor variable.

Segunda parte: el pin – el extremo de la herramienta.

El pin es la parte de la herramienta que penetrará en el material, mezclándolo por un efecto de cizallamiento: esto es la agitación. En efecto, debido a su forma cónica y a sus ranuras, el perno calienta el material y lo ablanda para garantizar la mezcla de los materiales y la calidad de la soldadura. La punta plana del pin permite una mejor penetración de la herramienta y, por tanto, reduce el riesgo de falta de penetración. El pin y sus ranuras permiten la agitación en el sentido de rotación de la herramienta, así como la mezcla vertical del material.

El calor se genera por la fricción entre la pieza y la herramienta, lo que produce una deformación plástica de la pieza y suelda las dos partes.

¿Cómo contribuye la calidad de mi herramienta FSW a la calidad de mi soldadura?

La calidad de la soldadura depende directamente de la calidad de la herramienta y de la elección de la misma. Más adelante veremos cómo elegir la herramienta adecuada para su aplicación específica.

Pero primero, veamos cómo la calidad de la herramienta afecta a la calidad de su soldadura FSW. Para entender esto, es importante tener en cuenta cómo funciona una operación de soldadura FSW.

Soldadura por fricción en 4 pasos:

Sujeción de las piezas a soldar: una al lado de la otra en una configuración de soldadura a tope, una encima de la otra en una configuración de soldadura de traslape. La herramienta no depende de la configuración de la soldadura. La misma herramienta se utiliza para soldar a tope y de traslape.

La herramienta se sumerge en el material: el hombro calienta el material por fricción y el pin ensambla las piezas entre ellas.

Operaciones de soldadura: la herramienta avanza a lo largo del cordón de soldadura y mezcla las piezas.

Fin de la soldadura: la herramienta se desplaza verticalmente hacia arriba, dejando un agujero.

Como puede ver, la herramienta y su geometría influyen en la calidad de la soldadura. La herramienta contribuirá directamente a la resistencia mecánica de la soldadura. ¿Cómo lo hace? Por la fuerte mezcla del material por el pin y por el calor generado por el hombro. Estos dos fenómenos provocarán una recristalización del aluminio, que dará lugar a la precipitación de granos finos y contribuirá así a la muy buena resistencia mecánica de las soldaduras FSW.

Sin embargo, al final del proceso de soldadura, la herramienta dejará un orificio de salida como se puede ver en el paso 4 de la infografía anterior. Esto no es un problema de calidad, pero para algunas aplicaciones es mejor eliminarlo. La solución: la herramienta con pin retráctil. Mientras que una herramienta FSW convencional deja un orificio de salida al final de la soldadura, una herramienta con pin retráctil sella el orificio directamente al final de la soldadura, sin necesidad de ninguna otra intervención.

Finalmente, se ha realizado una última mejora en las herramientas de FSW: la medición de la temperatura de la soldadura en tiempo real. Veremos cómo esta innovación hace que la herramienta sea inteligente. La herramienta de medición de la temperatura le permite comprobar su soldadura FSW en tiempo real: se trata de una herramienta de calidad.

Herramienta de medición de la temperatura: precisión para el éxito de la soldadura

Además de la funcionalidad de una herramienta estándar, la herramienta de medición de la temperatura le permite medir con precisión la temperatura de la soldadura para ajustar sus parámetros de soldadura y comprobar el 100% de las piezas.

¿Cómo funciona la herramienta de medición de la temperatura?

El medidor de temperatura FSW tiene dos soportes, uno fijo y otro giratorio, cada uno de los cuales contiene una tarjeta electrónica. Estas placas electrónicas reciben y envían la señal de la sonda de la herramienta al software. Gracias a este sistema, es posible controlar la temperatura de la soldadura para optimizar todos los parámetros de soldadura (velocidad de rotación, velocidad de avance, fuerza Z).

Las ventajas de la herramienta de medición de temperatura Stirweld son:

  • Medición de temperatura en tiempo real para piezas exigentes de FSW (aplicaciones espaciales, aeroespaciales y de automoción),
  • Control de calidad del 100% de las piezas FSW – compatible con la norma EN 9100,
  • Optimización de los parámetros de soldadura: aumento de la velocidad de soldadura (del 20 al 100%).

Por ejemplo, la herramienta de medición de la temperatura es muy útil para el montaje de componentes aeroespaciales según la norma EN 9100.

¿Cómo elegir la herramienta de FSW para mi aplicación?

Para elegir su herramienta de FSW, debe tener en cuenta 4 parámetros:

  • La distancia a soldar,
  • La profundidad a soldar, que determinará el tamaño del pasador y del hombro,
  • La geometría de la herramienta: para este punto, los expertos de Stirweld están presentes para ayudarle a definir la geometría de la herramienta que mejor se adapte a su configuración de soldadura, es decir, la mezcla óptima de calor y material.
  • El material de las piezas a soldar: aleaciones de aluminio estándar, aleaciones de aluminio de altas resistencias, aluminio fundido, cobre, disímiles de aluminio-acero o de aluminio-acero inoxidable.

Stirweld ha desarrollado una gama de herramientas estándar para diferentes mercados y materiales a soldar. Para que se haga una idea de qué herramienta FSW es la más adecuada para su aplicación, a continuación le mostramos algunos ejemplos de elección de herramientas FSW en función del sector de aplicación, el material utilizado y el espesor a soldar.

Herramienta FSW según mi aplicación

Por ejemplo, para el sector aeroespacial, la herramienta FSW será de aleación con altos límites elásticos para adaptarse a las piezas que se fabrican mayoritariamente con aluminio exigente (series 2xxx y 7xxx).

Otro ejemplo es el sector del automóvil, donde la mayoría de las piezas se fabrican en aluminio fundido. Estas aleaciones contienen silicio, un material inherentemente abrasivo. Para este tipo de aluminio, utilizamos herramientas de cerámica, un material altamente resistente a la abrasión.

Para sus herramientas, Stirweld le apoya con una gama completa de herramientas FSW de alta calidad. Una de nuestras principales referencias es la empresa Ariane, líder en el ámbito aeroespacial.

¿Cuál es la vida útil de una herramienta de FSW?

Hay dos factores que entran en juego cuando se habla de la vida útil de una herramienta FSW:

  • Fatiga cíclica: Fatiga ejercida en la base del pin que hace que éste se salga prematuramente. Se debe a la fuerza de arrastre, es decir, la fuerza ejercida cuando la herramienta se desplaza por la pieza.
  • Desgaste por abrasión: Fatiga ejercida en toda la herramienta por la fricción en el material soldado. Esto provocará un desgaste en la espiral del hombro que afecta a la calidad de la soldadura.

La vida útil de la herramienta también dependerá de los materiales que se suelden: aluminio/aluminio, aluminio/cobre, cobre/cobre, aluminio/acero.

Las herramientas FSW Stirweld tienen una vida media de 2000 metros de soldadura en una configuración de soldadura «clásica» de Al/Al con un espesor inferior a 8mm. Para garantizar la calidad de sus herramientas, Stirweld dispone de un banco de pruebas.

El papel de Stirweld en la elección de su herramienta

Los expertos de Stirweld le ayudarán a elegir su herramienta en función de sus parámetros (distancia y profundidad a soldar, geometría de la herramienta y material de las piezas a soldar).

Stirweld le ofrece toda una gama de herramientas en función del material de sus piezas:

Todas las herramientas Stirweld están disponibles en versiones de pin fijo y pin retráctil con la posibilidad de añadir la medición de la temperatura.

No dude en descargar nuestro catálogo para obtener más información sobre nuestras herramientas de FSW.

Gracias a nuestra oficina de diseño, también podemos desarrollar herramientas específicas para sus aplicaciones y requisitos.

Las ventajas de las herramientas Stirweld

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Se fabrican en grandes series para reducir el coste unitario.

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Calidad con control de material, tratamiento térmico y geometría de las herramientas – Proveedor de Ariane.

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Facilidad de uso gracias a la fijación Whistle Notch.

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Trazabilidad gracias a la identificación única de cada herramienta.

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Entrega en 48 horas gracias a nuestro stock de las herramientas más comunes.

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Rendimiento con geometría optimizada: minimiza los defectos y maximiza la productividad y la vida útil de la herramienta – banco de pruebas de desgaste.

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Calificación con preproducción para calificar la herramienta y el proceso para su aplicación

¿Preguntas sobre nuestras herramientas? ¿Sobre la tecnología FSW?

Le ayudaremos en la elección de su herramienta. Póngase en contacto con nosotros sin compromiso.