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Asistencia técnica

¿Por qué soldar directamente desde un centro de mecanizado sin un cabezal FSW no es viable?

Análisis en profundidad de los obstáculos técnicos, las limitaciones operativas y la calidad comprometida de los resultados, destacando el papel esencial de los cabezales FSW avanzados para garantizar una eficacia óptima y una calidad superior de la soldadura.

soldadura FSW en CNC sin cabezal

FSW en CNC sin cabezal: Numerosos problemas para resultados inciertos

Al considerar la integración de la soldadura por fricción-agitación (FSW) directamente en su centro de mecanizado para la fabricación de piezas, es imperativo reconocer las importantes limitaciones y retos inherentes a este método. Este enfoque, aunque podría parecer aparentemente conveniente, se queda corto en varias áreas críticas, afectando tanto a la calidad de las soldaduras como a la eficacia del proceso de producción. A continuación, detallamos estos problemas clave para ilustrar por qué un cabezal de soldadura FSW específico para CNC no sólo es beneficioso, sino esencial para lograr resultados de soldadura de calidad industrial.

En primer lugar, la soldadura FSW en CNC sin cabezal requiere una planitud de pieza perfecta (inferior a 0,02 mm), lo que limita la versatilidad de los materiales y formas que pueden soldarse eficazmente. Esta restricción reduce considerablemente el alcance de los proyectos aptos para FSW sin equipo especializado.

En segundo lugar, la soldadura FSW en CNC sin cabezal requiere una pieza de trabajo con un grosor suficiente (> 70 mm de grosor) para soportar los retos de deformación, lo que pone de manifiesto la insuficiencia del control de la fuerza en las configuraciones CNC estándar. Sin un control preciso de la fuerza de soldadura, se incrementa el riesgo de dañar la pieza de trabajo, comprometiendo la integridad estructural de la soldadura.

En tercer lugar, sin cabezal, la incapacidad de gestionar una temperatura excesiva de la herramienta limita la longitud de la soldadura debido al déficit de capacidad de refrigeración de la herramienta. Esta restricción no solo afecta a la calidad de la soldadura, sino también a su longitud, lo que repercute en la escalabilidad de la producción.

Por último, para las entidades que se dedican a la producción en serie, la falta de protección contra vibraciones y fuerzas en el husillo CNC obliga a sustituir con frecuencia el costoso husillo CNC. Este requisito de mantenimiento constante introduce importantes tiempos de inactividad y aumenta los costes, lo que menoscaba la viabilidad de utilizar un centro de mecanizado para FSW a gran escala.

En conjunto, estas limitaciones ponen de manifiesto la falta de repetibilidad y escalabilidad del proceso de soldadura cuando se intenta utilizar un centro de mecanizado sin un cabezal FSW específico. Estos retos demuestran claramente la inviabilidad de este enfoque, lo que refuerza la necesidad de invertir en un cabezal de soldadura FSW para CNC especializado. Con el equipo adecuado, es posible lograr soldaduras uniformes y de alta calidad que cumplan las normas industriales, garantizando tanto la productividad como la rentabilidad de las operaciones de soldadura.

Soldadura FSW en CNC: las 4 funciones indispensables de nuestro avanzado cabezal de soldadura

Para evitar complicaciones, ahorrar tiempo y evitar costes adicionales de FSW en máquinas CNC, nuestro cabezal de soldadura por fricción-agitación para CNC tiene cuatro características clave: control de fuerza, refrigeración de la herramienta, protección de la máquina y registro de la fuerza.

Control de la fuerza en FSW: clave para superar la planitud y la distorsión térmica

En las situaciones reales de fabricación y soldadura, el ideal de una pieza perfectamente plana sigue siendo una utopía. Dos fenómenos principales afectan a la planitud de la pieza: las variaciones de fabricación, como las imprecisiones de laminado, extrusión o fundición, y el propio proceso de soldadura, que introduce distorsiones térmicas y imprecisiones en la localización de la pieza. Estos retos exigen un método adaptado para garantizar la integridad y la calidad de la soldadura, que es donde la funcionalidad especializada del cabezal de soldadura FSW es indispensable.

La función de “control de fuerza” de un cabezal FSW aborda estos retos de frente. En ausencia de control de fuerza, las inevitables irregularidades en la planitud de la pieza provocan un contacto intermitente entre el hombro de la herramienta FSW y la superficie de la pieza. Este contacto intermitente provoca porosidades en la soldadura, comprometiendo su resistencia e integridad. Por el contrario, con el control de la fuerza, el hombro de la herramienta FSW puede seguir de forma adaptativa la superficie de la pieza a lo largo de la junta de soldadura, manteniendo un contacto constante y garantizando así una soldadura de alta calidad sin porosidades.

friction stir welding with and without force control

La necesidad de controlar la fuerza va más allá cuando se consideran las deformaciones que se producen durante el proceso de soldadura:

before FSW process

Antes de iniciar el proceso de soldadura, la pieza conserva cualquier nivel de planitud que haya alcanzado después de la fabricación.

before FSW process

Durante el proceso de soldadura sin control de la fuerza, el calor generado por la fricción entre la herramienta FSW y el componente provoca una distorsión térmica. Esta distorsión, aunque sea menor, puede comprometer significativamente la calidad de la soldadura al alterar la trayectoria prevista de la herramienta o al crear huecos entre el hombro de la herramienta y la pieza.

before FSW process

Durante el proceso de soldadura con control de fuerza, la herramienta se adapta dinámicamente a las distorsiones térmicas, manteniendo un contacto constante con la pieza. Esta adaptabilidad garantiza que el hombro de la herramienta permanezca en contacto continuo con la superficie, contrarrestando la distorsión térmica y preservando la calidad de la soldadura.

No se puede sobrestimar la importancia de gestionar estas deformaciones, y el control de la fuerza es fundamental en este sentido. Consideremos el caso de un defecto de planeidad de 1 mm:

before FSW process

La soldadura sin control de la fuerza y con una penetración positiva hace que la herramienta penetre demasiado en la superficie de la pieza, lo que provoca un exceso de rebabas, el adelgazamiento de la pieza y la consiguiente reducción de la resistencia mecánica.

before FSW process

La soldadura sin control de la fuerza y con una penetración negativa hace que la herramienta pierda contacto con la superficie de la pieza, introduciendo porosidades o agujeros de gusano debido a una compactación insuficiente.

before FSW process

Con el control de la fuerza, el contacto constante entre la herramienta FSW y la superficie de la pieza se mantiene a pesar de un defecto de planitud de 1 mm, lo que da como resultado una soldadura sin defectos y de alta calidad.

Esta exploración detallada subraya el papel fundamental del control de la fuerza para superar los retos que plantean la planitud de la pieza y la distorsión térmica en FSW. Al garantizar un contacto uniforme entre la herramienta y la pieza de trabajo, el control de fuerza facilita un proceso capaz de producir soldaduras de alta calidad, lo que demuestra el valor indispensable de un cabezal de soldadura FSW específico equipado con esta funcionalidad.

Refrigeración precisa de herramientas: el camino hacia una calidad FSW superior

En el campo de la soldadura por fricción-agitación (FSW), la gestión de la temperatura del proceso de soldadura es esencial para garantizar soldaduras de alta calidad. El intervalo de temperatura ideal para soldar varía según el material, y cada uno requiere un control preciso para garantizar la integridad de la soldadura. En el caso del aluminio, la temperatura debe mantenerse entre 480°C (896°F) y 520°C (968°F), por debajo de su punto de fusión de 600°C (1112°F). Salirse de estos márgenes específicos da lugar a problemas importantes.

Si se supera el intervalo de temperatura óptimo, la herramienta FSW se sobrecalienta y la temperatura de la soldadura supera el punto de fusión del material. Esto crea porosidades en la soldadura, dando lugar a soldaduras que no cumplen los estándares de calidad. Además, este sobrecalentamiento también puede dañar el husillo del CNC, provocando costosas reparaciones y tiempos de inactividad.

Por lo tanto, la refrigeración de la herramienta en FSW no sólo es beneficiosa, sino esencial. Impide que la herramienta se sobrecaliente, evitando así daños en la máquina CNC y garantizando que la soldadura se mantenga dentro del rango de temperatura deseado. Para conseguir una soldadura sin defectos, la temperatura debe alcanzar al menos el 70% del punto de fusión de las aleaciones que se sueldan. Esto permite soldar en estado pastoso, facilitando una unión en estado sólido libre de defectos.

precision friction stir welding tool cooling

Los métodos de refrigeración tradicionales, como la pulverización de líquidos, no son viables durante la FSW, ya que reducen excesivamente la temperatura de las piezas soldadas, afectando negativamente a la temperatura de la pieza y evitando que se den las condiciones óptimas para la soldadura. Al mantener la temperatura correcta, nuestros equipos permiten la producción de soldaduras de alta calidad y sin defectos, lo que subraya la importancia de la refrigeración de la herramienta para lograr resultados FSW superiores.

Así, con nuestra solución, abordamos este reto con un sistema de bucle cerrado dentro de nuestros equipos. Este sistema refrigera la herramienta de forma eficaz sin afectar a la temperatura de la pieza de trabajo, lo que garantiza unas condiciones de soldadura óptimas.

Protección CNC: garantizar la durabilidad de las operaciones FSW

Nuestra solución está diseñada para proteger su máquina CNC con cuatro capas de protección: contra las temperaturas de soldadura, contra la fuerza excesiva durante la soldadura FSW, contra las condiciones de sobrecarga en FSW y contra las vibraciones inducidas por FSW.

Protección contra la temperatura de soldadura

protection against welding temperature in fsw
  • Innovador sistema de refrigeración: Nuestros equipos incorporan un mecanismo de refrigeración doble, que combina aire y agua para una regulación superior de la temperatura durante las operaciones de soldadura.
  • Proceso de refrigeración por agua: Utilizando un refrigerador, el agua fría circula a través del cabezal FSW en un circuito cerrado, enfriando internamente el cabezal antes de volver al refrigerador para su enfriamiento, garantizando una gestión eficaz de la temperatura. La temperatura del cabezal FSW se mantiene por debajo de los 40 °C (104 °F).
  • Refrigeración por aire: El aire se dirige al cabezal FSW para enfriar la herramienta, reduciendo eficazmente la temperatura tanto del cabezal como de la máquina CNC. La temperatura de la herramienta FSW se mantiene constante a una temperatura optimizada para garantizar una calidad de soldadura constante.

Protección contra la fuerza excesiva de la soldadura FSW

  • Sensor de fuerza integrado: Nuestro sistema incluye un sensor de fuerza para ajustar la fuerza de soldadura, con un máximo establecido por debajo del 80% de la capacidad del CNC.
  • Seguridad y eficacia: El cabezal FSW garantiza que la fuerza de soldadura se mantenga dentro de los límites de seguridad (80% de la capacidad del CNC), evitando roturas o atascos del motor.
  • Solución simplificada: Nuestro cabezal ofrece una alternativa sencilla. Su diseño universal permite añadir fácilmente el control de fuerza a cualquier máquina CNC, evitando la necesidad de complejas modificaciones y largos desarrollos.
¿Por qué no modificar la máquina CNC?

Es muy difícil modificar un centro de mecanizado para incluir el control de fuerza debido a la necesidad de realizar cambios mecánicos importantes y a las restricciones impuestas por las marcas. Este proceso es imposible en la mayoría de los centros de mecanizado.

protection against welding temperature in fsw

Protección contra la carga FSW

protection against welding temperature in fsw
  • Funcionalidad de los rodamientos: Nuestra solución está equipada con múltiples rodamientos que transmiten las cargas de soldadura directamente al bastidor del husillo, evitando que el husillo del centro de mecanizado esté expuesto a la carga. Solo se transmite el par al husillo.
  • Protección del husillo: El diseño garantiza que las cargas de soldadura no comprometan la integridad del husillo de mecanizado.
  • Durabilidad y capacidad: Los rodamientos del cabezal están sobredimensionados, capaces de soportar 25 kN, diseñados para una vida útil de hasta 5 años. Este diseño absorbe eficazmente las fuerzas de soldadura, protegiendo el cabezal CNC de tensiones y desgaste.

Protección contra las vibraciones derivadas del FSW

  • Problemas de vibración: La soldadura FSW genera vibraciones que pueden dañar el husillo del CNC si no se controlan.
  • Solución de acoplamiento especial: Un acoplamiento especial añadido al cabezal FSW mitiga las vibraciones, protegiendo el CNC al aislar las vibraciones en torsión o traslación, garantizando que ninguna vibración afecte al funcionamiento.
  • Sin transferencia de fuerza: El acoplamiento especial también dirige la fuerza de soldadura al pórtico CNC, diseñado para soportar estas fuerzas, mejorando la estabilidad operativa y la protección de la máquina.
protection against welding temperature in fsw

Registro de fuerzas: revolucionando la garantía de calidad de la soldadura FSW

El registro de la fuerza constituye una innovación fundamental para mejorar la calidad de las soldaduras mediante una gestión precisa de la fuerza. Esta técnica desempeña un papel crucial en la consecución de soldaduras sin defectos y de calidad superior, un punto de referencia al que Stirweld se compromete incorporando una avanzada tecnología de sensores. Veamos cómo este enfoque mejora el proceso de soldadura:

force recording during friction stir welding process
  • Control de calidad mediante la gestión de la fuerza: Mantener una fuerza constante sobre la pieza es fundamental para conseguir soldaduras sin defectos y de calidad. Stirweld mejora el control de calidad integrando un sensor para supervisar y registrar la fuerza de forja aplicada durante el proceso FSW.
  • Garantizar la integridad de la soldadura: Al asegurar que la fuerza aplicada se mantiene dentro de los límites predefinidos, garantizamos la calidad de la soldadura y un resultado sin defectos.
  • Supervisión y análisis en tiempo real: La fuerza se supervisa en tiempo real y se muestra en pantalla durante la soldadura, con la ventaja añadida de registrar estos datos para su posterior análisis. Este enfoque no solo garantiza una garantía de calidad inmediata, sino que también permite una evaluación detallada posterior al proceso.

Instalaciones del cabezal FSW para máquinas CNC

En conclusión, el uso directo de un centro de mecanizado CNC para la soldadura por fricción-agitación (FSW) sin un cabezal especializado presenta numerosas limitaciones, desde el requisito de una planitud perfecta de la pieza de trabajo hasta la inadecuación del control de la fuerza, la refrigeración de la herramienta y la falta de protección contra las distintas cargas ejercidas por la FSW. Estos retos afectan significativamente a la calidad de las soldaduras y a la eficacia general de la producción, lo que subraya la necesidad de un cabezal de soldadura FSW especializado para CNC.

Nuestro avanzado cabezal FSW aborda estos problemas con funciones indispensables: control de la fuerza, refrigeración de la herramienta, protección de la máquina y registro de la fuerza. Cada función está diseñada para superar obstáculos específicos inherentes a la FSW, garantizando soldaduras de alta calidad y sin defectos, y prolongando la vida útil de su equipo CNC. Desde la gestión de la planitud de la pieza y la distorsión térmica con el control de fuerza, pasando por el mantenimiento de temperaturas de soldadura óptimas con la refrigeración de la herramienta, hasta la protección de su máquina CNC frente a fuerzas, cargas y vibraciones excesivas, nuestra solución está diseñada para la excelencia.

Además, la integración de la tecnología de registro de fuerzas mejora la calidad de la soldadura mediante la supervisión y el análisis en tiempo real, ofreciendo una vía para la mejora continua de sus procesos FSW.

Invierta en las herramientas adecuadas para transformar su centro de mecanizado CNC en una estación de soldadura versátil y de alto rendimiento. Adopte el futuro de la fabricación con nuestro cabezal FSW específico, diseñado para ofrecer precisión, eficiencia y fiabilidad.

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