Friction stir welding (FSW) of aluminium foam sandwich panels

Soldadura por fricción de paneles sándwich de espuma de aluminio

El artículo se centra en la influencia de la velocidad de soldadura y el ángulo de inclinación de la herramienta sobre las propiedades mecánicas en la soldadura por fricción-agitación de paneles sándwich de espuma de aluminio. Se utilizó soldadura de doble cara para producir soldaduras a tope de paneles sándwich de aluminio aplicando inserción de perfil de aluminio extruido. Dicha inserción proporcionó una menor presión de la herramienta sobre los paneles de aluminio, proporcionando también un volumen suficiente del material necesario para la formación de la soldadura. Se ha determinado la resistencia última a la tracción y la resistencia a la flexión para el ensayo de flexión en tres puntos de las muestras tomadas de las uniones soldadas. Los resultados han confirmado los efectos previstos de las variables independientes.

INTRODUCCIÓN

Los paneles sándwich de espuma de aluminio (AFS) son estructuras en forma de lámina compuestas por dos capas de láminas de aluminio y un núcleo de espuma de aluminio entre ellas que confiere a la estructura un alto grado de rigidez. Las propiedades específicas de las espumas de aluminio son la baja densidad del material, la alta rigidez del material, la buena resistencia al impacto, la alta absorción de energía, la resistencia al fuego y el aislamiento térmico [1-3]. Las láminas frontales de los AFS soportan las fuerzas de tracción y compresión de las cargas de flexión; la capa central, por su parte, contrasta las cargas de cizalladura y compresión [4]. Una capa central de gran grosor aumenta el momento de inercia del sándwich con un bajo incremento de peso y soporta las láminas frontales contra el pandeo.

La construcción ligera basada en paneles AFS depende en gran medida de la eficacia de las técnicas de unión. Deben tenerse en cuenta otros aspectos críticos: a) la integridad de la célula y/o la estabilidad de la espuma, b) los diferentes puntos de fusión de la espuma y la lámina de recubrimiento. Aplicando cualquier tecnología de unión, la unión sólo afecta a la región próxima a las láminas de recubrimiento, mientras que los dos bordes de la espuma permanecen separados [5].

La diferencia de densidad entre la espuma y la piel limita la ejecución de soldaduras a través del espesor. La soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG), la soldadura con gas inerte metálico (MIG) y la soldadura láser han demostrado ser técnicas adecuadas para unir paneles AFS, pero cualquier intento de aumentar la densidad de potencia de soldadura provoca graves daños en la espuma [5, 6]. Dado que la soldadura por fricción (FSW) es un proceso de soldadura en estado sólido con bajo aporte de calor adecuado para la soldadura de aleaciones de aluminio, también podría ser apropiado para la soldadura de paneles de AFS. El principal problema para utilizar la FSW en la soldadura de paneles de AFS es la baja resistencia a la indentación del núcleo de espuma [6].