SISTEMAS DE UNIÓN Soldadura por fricción, soldadura por rayo láser y soldadura por ultrasonido EQUIPO 2: Regina Bolaños / Andrés Córdova / Elsa García / Cristina Padilla 29/enero/2013 Profesor MD Gustavo Adolfo Pérez Bolde sábado 19 de octubre de 2013 Soldadura por fricción (fsw) • Friction Stir Welding. • Desarrollado por el TWI (“Technological Welding Institute”) de Inglaterra desde hace aproximadamente 20 años. • Proceso de unión de dos piezas que se realiza en estado sólido, sin necesidad de un material de aporte. sábado 19 de octubre de 2013 • Una herramienta cilíndrica con un perno en su extremo ejerce cierta PRESIÓN y VELOCIDAD DE ROTACIÓN que permite soldar piezas juntas a tope y a solape de gran longitud. sábado 19 de octubre de 2013 • Supera la mayor limitación del proceso convencional por fricción que consiste en la restricción de su aplicación a piezas con simetría de revolución. Soldadura convencional por fricción para piezas con simetría de revolución VIDEO: http://www.youtube.com/watch? v=xLXBQmSFOE0 sábado 19 de octubre de 2013 Soldadura por fricción-agitación FSW VIDEO: http://www.youtube.com/ watch?v=EyPZz0w6O_I FASE DE FRICCIÓN – El perno adquiere la velocidad necesaria para empezar a penetrar en la junta de los dos materiales que se quieren unir. – Se da un aumento de temperatura debido a la fricción que se produce al presionar el mismo sobre la unión de los materiales. sábado 19 de octubre de 2013 FASE DE CALENTAMIENTO Y UNIÓN – Los materiales a unir se ablandan adquiriendo un estado plástico. – La herramienta empieza a moverse a lo largo de la junta manteniendo la fuerza de la presión y el movimiento de rotación para ablandar y unir toda el área a soldar. sábado 19 de octubre de 2013 FASE DE FRENADO – Se finaliza la unión de toda la línea de soldadura. – Disminuyen la velocidad de rotación y la presión del perno. – La parte sobrante del perno es removida. FASE DE ENFRIAMIENTO Y UNIÓN – El material al enfriarse pasará de nuevo a un estado sólido quedando así lista la soldadura. sábado 19 de octubre de 2013 VENTAJAS • Puede ser automatizado. • Ciclos cortos de operación. • No emite radiación ni gases nocivos. • No requiere gas de protección. • Se ahorran material y operaciones. sábado 19 de octubre de 2013 • No necesita lijado ni cepillado posterior porque no hay porosidad ni cavidades internas. • Se consiguen soldaduras de alta calidad con baja distorsión, superando uniones de difícil soldadura por métodos de fusión convencionales. • Es muy versátil por todo el tipo de uniones que se pueden realizar (juntas lineales por una o dos caras, piezas superpuestas, unión en esquina o en forma de T, circunferencias, ángulos, 3 dimensiones). sábado 19 de octubre de 2013 RESTRICCIONES Y CONSIDERACIONES • Las piezas a unir deberán estar firmemente ancladas. • Quedará un pequeño agujero al final de la soldadura a menos que se utilice un perno especial. • Los materiales a soldar deben ser forjables; no se permiten cerámicas, hierros fundidos, etc. • Los materiales deben de generar fricción en la interfase de contacto a través de la presión y la rotación; no se pueden soldar sábado 19 de octubre de 2013 • Se tendrá que tener en cuenta el material empleado para la herramienta de soldadura en función a los materiales que se van a querer soldar. • Si se quieren soldar hierros fundidos o aceros endurecidos, se requerirá una temperatura más elevada que para otro tipo de materiales. sábado 19 de octubre de 2013 MATERIALES • Aleaciones de aluminio (Al) de hasta 75 mm (3”) de espesor • Cobre (Cu) y sus aleaciones • Plomo (Pb) • Titanio (Ti) y sus aleaciones • Aceros suaves • Aceros inoxidables austeníticos y martensíticos • Aleaciones de níquel (Ni) • Aleaciones de magnesio (Mg) sábado 19 de octubre de 2013 APLICACIONES • Reparaciones de fisuras en estructuras de plataformas, barcos y tuberías. • Industria naval y la marina (páneles para cubiertas, tabiques, cascos, etc. sábado 19 de octubre de 2013 • Industria aeroespacial (alas y colas de los aviones, tanques de combustible, etc.). • Medios de transporte terrestre (cuerpos de camiones, motores y chasis. sábado 19 de octubre de 2013 • Tanques de gas. • Equipos de cocina. • Intercambiadores de calor en la industria química. • Almacenes para la industria agrícola, entre otros… sábado 19 de octubre de 2013 MÁQUINA DE SOLDADURA POR FRICCIÓN FSW • Motor con bomba hidráulica. • Distribuidor. • Controles de velocidad. • Sensores. • Soporte de cilindro. • Tubos hidráulicos y mangueras. • Pórtico de trabajo. sábado 19 de octubre de 2013 Soldadura láser • Proceso de unión por fusión utilizado por primera vez a mediados del siglo XX. • Usa la energía aportada por un haz de luz láser que genera un punto de densidad de alta energía de aproximadamente 2 mm de diámetro para poder unir dos materiales a partir de su fundición. • No necesita de un material externo de aporte. sábado 19 de octubre de 2013 • Por medio de espejos, se manda toda la energía que el láser emite a una zona reducida del material que es justo el espacio que quiere ser unido. • Estos espejos también permiten controlar la profundidad de penetración así como el ancho de cordón de soldadura que se requiere. Esquema de proceso de soldadura láser VIDEO: http://www.youtube.com/watch?v=OhKatfrk3Cs sábado 19 de octubre de 2013 • Cuando el material llega a la temperatura de fusión, se da una ionización de la mezcla del material fundido con los vapores que se van generando en el proceso y por estas reacciones se forma una especie de plasma. • Para que el cordón de soldadura aplicado por láser sea lo más homogéneo posible se puede aportar un gas inerte como pueden se Argón (Ar) o Helio (He) evitando la sábado 19 de octubre de 2013 VENTAJAS • Muy buena calidad con niveles de distorsión mínimos. • Es el tipo de soldadura de más alta precisión por su alto grado de control. • Tiene gran flexibilidad mediante su salida por fibra óptica. • Es una soldadura dúctil y libre de porosidades. • Ahorro de costos de procesos postsoldadura. • Se puede automatizar y alcanzar altas velocidades. sábado 19 de octubre de 2013 • La reparación de elementos utilizando soldadura por láser ofrece una resistencia superior al desgaste y resiste la erosión. • Es una soldadura especialmente eficaz en piezas delgadas, sin embargo, es posible soldar materiales de hasta 1” de espesor. • No hay desgaste de herramientas porque no hay contacto directo con la soldadura. • Generalmente no se necesita material de sábado 19 de octubre de 2013 • Se pueden soldar materiales disimilares. • Permite soldar en campo sin necesidad de desmontar moldes o matrices. • No hay riesgos de distorsión, debilitamiento o aparición de fisuras. • Se produce concentración de calor sobre la pieza en zonas muy limitadas y definidas. sábado 19 de octubre de 2013 RESTRICCIONES Y CONSIDERACIONES • El equipo necesario para la soldadura por láser es de costo elevado y consume mucha potencia eléctrica. • No es posible realizar cordones muy anchos. • Es difícil soldar materiales con alta reflexión de la luz. • Si la intensidad de la luz del láser no se controla adecuadamente se puede llegar a perforar el material. sábado 19 de octubre de 2013 MATERIALES • • • • • • • • Aluminio (Al) Titanio (Ti) Metales ferrosos (Fe) Cobre (Cu) Níquel (Ni) Acero inoxidable Columbio (Cb) Superaleaciones sábado 19 de octubre de 2013 APLICACIONES • Trabajos de reparación repetitivos y de alta precisión. • Ensamblaje de láminas metálicas sin deformación. • Aeronáutica y ferrocarriles. • Piezas de electrodomésticos. sábado 19 de octubre de 2013 • Muebles metálicos. • Aerogeneradores. • Máquinas de procesado y embalaje de alimentos. • Instrumental medico, quirúrgico y dental. sábado 19 de octubre de 2013 MÁQUINA DE SOLDADURA LÁSER • • • • • • • Base de la máquina. Mesa de cruz x/y motorizada. Láser. Suministro de gas (Helio/Argón). Microscopio. Arreglo de prensado. Brazo mecánico. sábado 19 de octubre de 2013 Soldadura por ultrasonido • Se originó en Alemania desde 1936, hasta 1950 cuando comenzó a darse a conocer en ciertos sectores de la industria. • Proceso utilizado tanto para unir plásticos como para unir metales. sábado 19 de octubre de 2013 • Se colocan los materiales uno encima de otro, se emite una onda ultrasónica que mueve las moléculas de ambos materiales provocando que éstas se fundan. Soldadura por ultrasonido VIDEO: http://www.youtube.com/watch?v=q7w3DkdS3_c • Las piezas a soldar no se calientan hasta el punto de fusión, sino que se sueldan sábado 19 de octubre de 2013 SOLDADURA ULTRASÓNICA DE PLÁSTICOS • Para la unión de piezas con soldadura ultrasónica de plásticos las vibraciones son introducidas verticalmente. SOLDADURA ULTRASÓNICA DE METALES • Para la unión de piezas con soldadura ultrasónica de metales las vibraciones son introducidas horizontalmente. sábado 19 de octubre de 2013 VENTAJAS No utiliza productos consumibles. Ciclos menores a 1 segundo. Consume poca energía. No produce gases ni olores nocivos. Puede ser controlada electrónicamente. Se pueden unir metales diferentes. La calidad de la soldadura es alta y uniforme. • No hay acumulación de calentamiento. • • • • • • • sábado 19 de octubre de 2013 RESTRICCIONES • No se pueden hacer soldaduras de cordón. • Sólo se pueden soldar piezas con espesores menores a 3 mm. • Sólo se pueden unir superficies planas o con poca curvatura. • Tiene un costo alto. sábado 19 de octubre de 2013 MATERIALES • Metales (aluminio (Al), cobre (Cu), níquel (Ni), latón, etc.). • Plásticos termosoldables (ABS, poliamidas, polipropilenos, etc.). sábado 19 de octubre de 2013 APLICACIONES • • • • • Unión de cables a terminales. Industria automotriz. Aparatos electrodomésticos. Industria de las comunicaciones. Industria electrónica. sábado 19 de octubre de 2013 MÁQUINA PARA SOLDADURA ULTRASÓNICA • Los equipos de soldadura por ultrasonido están constituidos principalmente por el generador, el convertidor eléctrico y el sonotrodo reflector. sábado 19 de octubre de 2013 EQUIPO DE SEGURIDAD sábado 19 de octubre de 2013 BIBLIOGRAFÍA (2006). ¿Qué es la soldadura ultrasónica?. ( en línea): http://www.quiminet.com/articulos/que-es-lasoldadura-ultrasonica-6721.htm consultado el 26/enero/2013. (2012). Soldadura por láser. (en línea): http://www.ecured.cu/index.php/Soldadura_por_láser consultado el 26/enero/2013. (2013). Ventajas de la soldadura láser. (en línea): http://www.argimetal.com/op6.asp?1 consultado el 26/ enero/2013. (2013). Soldadura de aluminio por fricción. (en línea): http://www.esabna.com/mx/sp/educacion/ Procesos/Soldadura-de-Aluminio-mediante-Batido-por-Friccion.cfm consultado el 26/enero/2013. Soldadura por ultrasonido. (en línea): http://www.construccion-civil.com/2011/03/soldadura-porultrasonido-existe-si.html consultado el 27/enero/2013. sábado 19 de octubre de 2013