Friction stir welding (FSW) process of copper alloys

Proceso de soldadura por fricción (FSW) de aleaciones de cobre

En el presente artículo se analiza la estructura de la unión soldada de cobre técnicamente puro, realizada mediante soldadura por fricción (FSW). Se ha identificado el mecanismo de los procesos termomecánicos del método FSW y se ha establecido una correlación entre la zona de soldadura y su microestructura. Se han analizado los parámetros de la tecnología de soldadura FSW que influyen en la zona del material de unión y en las propiedades mecánicas de la unión resultante. La unión física consiste en una mezcla intensa del material base a lo largo de la línea de unión en la fase "pastosa". Las importantes deformaciones plásticas que se producen inmediatamente debajo de la superficie frontal de la herramienta proporcionan una estructura de grano fino y una unión de buena calidad. La forma óptima de la herramienta y el régimen óptimo de soldadura (fuerza de presión, velocidad de rotación y velocidad transversal de la herramienta) en la zona afectada por el calor permiten obtener las mismas propiedades mecánicas que las del material de base, lo que justifica su uso en la soldadura de estructuras fiables.

INTRODUCCIÓN

La tecnología de soldadura FSW fue introducida por primera vez en 1991 por el The Welding Institute (TWI) como resultado de años de investigación relacionados con la soldadura de aleaciones de metales ligeros, principalmente aleaciones de aluminio [1-3].

En las tecnologías de soldadura convencionales (MMA), (TIG), (MIG), (MAG), etc. los materiales se unían basándose en el proceso de difusión en la zona afectada por el calor (HAZ).

Este proceso requiere calentar la zona de unión a la temperatura que garantice la difusión, pero, por otro lado, requiere cantidades considerables de energía. Este calentamiento da lugar a algunas consecuencias negativas, como la aparición de deformaciones significativas, tensiones residuales, porosidad, estructura de la ZAT no homogénea y de grano grueso, etc.

Una desventaja particular de las tecnologías de soldadura convencionales es su incapacidad para soldar la mayoría de los metales ligeros y sus aleaciones (aleaciones de cobre, algunas aleaciones de aluminio, etc.).

Además de su capacidad para unir materiales similares y disímiles que los métodos convencionales no pueden lograr, la ventaja de la tecnología FSW también se refleja en el segmento de propiedades mecánicas mejoradas en la ZAT [4].

La idea que subyace a la técnica de soldadura FSW se basa en los principios de la unión termomecánica de los materiales mediante una herramienta especial, sin el uso de materiales de aportación ni escudo de gas. Paralelamente a la tecnología FSW, también se han desarrollado métodos analíticos y procedimientos numéricos con el fin de identificar los parámetros que afectan predominantemente a los procesos térmicos y mecánicos que tienen lugar en este tipo de soldadura [5].