La soldadura por fricción es una técnica relativamente nueva de unir componentes metálicos.
Este método de unión tiene aplicaciones en diversas industrias y cómo no, la automoción no se va a quedar fuera de las nuevas técnicas de soldadura.
Con el empleo de materiales para la carrocería menos pesados por parte de los fabricantes de vehículos como aleaciones de aluminio, la soldadura por fricción plantea una solución óptima y ventajosa.
Los fabricantes se han dado cuenta que para soldar aluminio por los métodos tradicionales consumen rellenos de soldadura y otros componentes.
La soldadura por fricción elimina este problema ya que es un método no fundible y se puede utilizar en aleaciones no tratables térmicamente como el aluminio extruido donde los materiales necesitan resistencia sin procesos de tratamiento térmico de seguimiento.
El proceso de soldadura por fricción puede unir metales que no se pueden unir mediante otros medios. Además se puede controlar y repetir.
A diferencia de otros procesos de soldadura, la soldadura por fricción retiene las propiedades del material base de las piezas.
La soldadura por fricción tiene variaciones, algunas bien establecidas y otras más desarrolladas recientemente.
Todas requieren maquinaria automatizada en lugar de procesos manuales y necesitan de una inversión mayor que la soldadura tradicional.
¿Qué es la soldadura por fricción rotativa?
La soldadura por fricción rotativa (RFW), es el tipo de soldadura por fricción más antiguo.
Se inventó a finales de la década de los 50 y se usa ampliamente para partes redondas.
Las variantes que se han utilizado durante más tiempo son las de accionamiento directo y de inercia.
En la actualidad, avances en los métodos de control y otros parámetros como la orientación rotacional y el control más estricto de la pérdida de longitud permiten un uso más amplio del proceso.
La soldadura de fricción rotativa (Rotary friction welding (RFW)), es una técnica que crea plasticidad en los metales, pero los mantiene a varios cientos de grados por debajo de su temperatura de fusión para luego forjarlos.
En el sector de la automoción la soldadura por fricción rotacional se utilizará para aligerar el peso de los materiales de las carrocerías a medida que los fabricantes continúen con la transición de aceros al carbono a aceros de alta resistencia y alternativas no ferrosas.
Con la soldadura por fricción se consigue una resistencia mayor sin necesidad de sobredimensionar los espárragos para alcanzar la resistencia deseada, lo que se traduce en una reducción del peso de las piezas.
Soldadura por fricción lineal
La soldadura por fricción lineal (LFW), conceptualizada a fines de la década de 1960 para soldar juntas a tope no circulares, de sección transversal en aplicaciones aeroespaciales.
Las áreas de desarrollo para LFW incluyen aumentar las frecuencias de oscilación y herramientas y mecanismos de accionamiento más rígidos.
Las frecuencias más altas ofrecen potencial para materiales con mayor conductividad térmica y secciones transversales más pequeñas.
Las nuevas aplicaciones de la soldadura por fricción lineal, como los marcos aeroespaciales y las piezas de automoción de alto volumen, están en camino.
La maquinaria para la soldadura por fricción lineal es cara por lo que si no hay un gran volumen de producción y aplicaciones es difícil que los fabricantes puedan justificar su coste.
En el sector de la automoción, las reducciones del peso y la necesidad de ciclos reducidos impulsan la adopción de esta tecnología.
Una de las ventajas de la soldadura de rotación por fricción es que se puede soldar más rápido y sin necesidad de material de aportación.
Entre sus limitaciones se encuentran la necesidad de una alta fricción y las fuerzas de forjado requeridas.
Soldadura por fricción y agitación
La soldadura por fricción y agitación (Friction Stir Welding (FSW)), fue inventada en 1991 por Wayne Thomas y produce soldaduras de muy alta calidad.
En la soldadura por fricción y agitación, una herramienta giratoria no consumible gira para crear fricción con las partes estacionarias.
Las patentes que cubren el proceso básico y los métodos para mejorar el flujo de materiales recientemente expiraron, lo que hace que sea menos costoso usar la soldadura FSW.
Aunque las aplicaciones más habituales de este tipo de soldadura son la industria aeroespacial y los vagones de ferrocarril, los fabricantes de automóviles y vehículos de transporte también están implementando esta tecnología.
La mejora en la calidad de la soldadura y la mejora en la productividad son factores clave para la utilización de la soldadura por fricción y agitación.
Un ejemplo de utilización es la soldadura de las baterías de los vehículos eléctricos del fabricante Tesla.
Usos de la soldadura por fricción en la industria de automoción
En el sector de la automoción, la soldadura de aplicación tiene diversas aplicaciones y se puede emplear en materiales como acero, aluminio y titanio.
Entre los componentes susceptibles a la utilización de esta técnica se encuentran:
– Monobloques con carga especial
– Pistones y válvulas del motor de combustión
– Árboles de transmisión
Entre sus ventajas destacan:
– Resistencia al calor y a la corrosión
– Reducción de peso
– Construcción multi-metal
– Eliminación de puntos débiles mecánicos
Conclusiones
Compañías aeronaúticas y aeroespaciales como Airbus, Boing o Space X llevan tiempo utilizando este método para la unión de piezas críticas.
Tesla es uno de los primeros fabricantes que está empleando este método en sus vehículos y tiene la fábrica llena de robots kuka para todo tipo de funciones que van desde ensamblaje a soldaduras.
Gracias al desarrollo y aprendizaje que tuvieron en Space X, empresa perteneciente también a Elon Musk (CEO de Tesla Motors), han podido extrapolar la tecnología a su fábrica de automóviles.
Los fabricantes de vehículos han empezado a utilizar el aluminio y otros materiales más livianos para reducir el peso de los vehículos y optimizar su autonomía y la soldadura por fricción para una solución para ayudar a reducir el peso.
Parece que vivimos una época evolución constante en la que dentro de 5 años se producirán cambios que no creíamos.
Nosotros estamos esperando con expectación estos cambios, ¿y tú?
Os dejamos un vídeo de las aplicaciones de soldadura por fricción de vehículos. (Está en inglés pero se pueden poner subtítulos y traducirlos)
