SOLDADURA DE PUNTO POR FRICCION

SOLDADURA DE PUNTO POR FRICCION-AGITACIÓN (FSSW) EN
UNIONES ALUMINIO-ACERO GALVANIZADO PARA
APLICACIONES AUTOMOTRICES
Joaquín Piccini1,2, Hernán G. Svoboda1
1
Grupo de Tecnología de la Soldadura y Comportamiento Mecánico de Materiales
Metálicos
LAME, INTECIN, Facultad de Ingeniería, Universidad de Buenos Aires.
2 PSA Peugeot Citroën.
Introducción
• Soldadura por Fricción Agitación (FSW)
•
•
•
•
Proceso de soldadura en fase sólida (patentado 1991, TWI).
Desarrollado originalmente para soldadura de Al, empleado actualmente en una
gran variedad de materiales (Titanio, Acero, Acero inxoidable, Cobre, Magnesio,
juntas disímiles, materiales compuestos, polímeros, etc.).
Consiste en una herramienta rotante con dos cuerpos cilíndricos concénctricos
(hombro y pin) que se inserta en la junta y se desplaza a lo largo de la misma.
Aplicaciones en industria aeronáutica, aeroespacial, automotriz, naval, ferroviaria,
etc.
Hombro
Pin
Mishra, R. S. y Mahoney, M. W., 2007
www.twi.co.uk
Friction Stir Spot Welding (FSSW)
Variante del proceso FSW (TWI, 1991).
Estado Sólido.
Reemplaza RSW.
Aplicaciones en industria automotriz.
Una herramienta rotante.
Cierto periodo de tiempo.
Cierta carga axial.
Calor generado por fricción.
Ventajas:
Soldadura de Al, Mg, St, etc.
Menor Consumo de Energía.
Ambiente Seguro.
No requiere material de aporte.
Desventajas:
Sujeción más rígida.
Menos versátil.
Alto costo del equipamiento.
Friction Forging Spot Welding (FFSW)
International Journal of Fatigue 32 (2010) 1167–1179.
• La herramienta no penetra dentro del acero.
• La herramienta es fabricada en un acero H13.
• Se forja el aluminio contra el acero.
• Las propiedades mecánicas son similares a las obtenidas mediante FSSW.
FFSW 6063 2mm – GSt
• Parámetros de soldadura
Sample
3-1-L
4-1-L
4,5-1-L
5-1-L
6-1-L
8-1-S
9-1-S
10-1-S
11-1-S
13-1-S
Top sheet
material
6063
6063
6063
6063
6063
6063
6063
6063
6063
6063
Sample
type
P, M
P, M, C
P
P, M, C
P, C
P, M, C
P, C
P, M, C
P, M, C
P, M, C
• Velocidad de rotación = 1200 RPM
Welding
tool
L
L
L
L
L
S
S
S
S
S
H
(mm)
0,3
0,4
0,45
0,5
0,6
0,8
0,9
1
1,1
1,3
Dwell
Time (s)
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
• Velocidad de penetración = 19 mm/s
• Dureza y análisis dimensional
• Cross tension
• Peel test
FFSW 6063 2mm – LC - GSt
• Resultados
• Excelente soldabilidad.
• Interface continua libre de defectos.
• Buen flujo plástico y dispersión de las partículas de Zinc.
• La herramienta no hace contacto con las chapas de
acero.
FFSW 5182 1,2 mm – LCLC-GSt
• Herramienta 7
Pin: Cilíndrico liso
L = 0.4 mm.
D = 9.6 mm.
• Herramienta 8
Pin: Cilíndrico liso
L = 0.6 mm.
D = 9.6 mm.
1,2 mm
• Herramienta 9
Pin: Cilíndrico liso
L = 0.8 mm.
D = 9.6 mm.
Propiedades Mecánicas
H7
H8
H9
4000
PEEL TESTS
3000
2000
1000
0
0,7
0,9
1,1
1,3
P (mm)
1,5
1,7
400
Carga de Rotura (N)
Carga de Rotura (N)
5000
1,9
350
H7
300
H8
H9
250
200
150
100
50
CROSS TENSION TESTS
0
0,7
0,9
1,1
1,3
P (mm)
1,5
1,7
1,9
FFSW 5052 1 mm – LCLC-St
• Herramienta 4
Pin: Cilíndrico liso
L = 0.3 mm.
D = 5 mm.
• Herramienta 7
Pin: Cilíndrico liso
L = 0.4 mm.
D = 9.6 mm.
• Herramienta 6
PinLess
L = 0 mm.
D = 9.6 mm.
Carga de rotura (N)
3500
Herramienta 4
3000
Herramienta 6
2500
Herramienta 7
2000
1500
1000
500
0
0,7
0,9
1,1
1,3
P (mm)
1,5
1,7
FSSW AA6063AA6063-AA5052
La carga de rotura aumenta con el valor de la indentación hasta un máximo y luego disminuye.
FSSW de Polímeros
• UNIONES SOLDADAS
Buen aspecto superficial
PE-HMW, 3 mm
No se observan defectos macroscópicos
Carga de rotura (N)
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0
0,25
0,5
0,75
1
1,25
Indentación H (mm)
1,5
1,75
2
Conclusiones
Se obtuvieron puntos de soldadura FFSW/FSSW en diferentes materiales metálicos
disimilares (Al-Acero, Al-Al) y en polímeros, obteniéndose buen aspecto
superficial, bajo tiempo de ciclo y buenas propiedades mecánicas.
La geometría de la herramienta presenta una fuerte influencia sobre la
conformación del punto de soldadura y consecuentemente sobre las propiedades
mecánicas de la unión.
La indentación de la herramientas presenta una fuerte influencia sobre las
características de la unión, optimizándose para valores intermedios de
indentación.
Gracias!
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