Estado de la aplicación y tendencias de desarrollo de la soldadura por fricción y agitación de aleaciones de aluminio.

La soldadura por fricción-agitación (FSW) fue inventada por el Instituto de Soldadura (TWI) en 1991. Desde entonces, basándose en las ventajas obvias de esta tecnología de conexión de estado sólido, como una excelente resistencia de la unión, la ausencia de necesidad de rellenar materiales de soldadura, la ausencia de humo y salpicaduras de soldadura, preparación previa a la soldadura y pequeñas deformaciones de la soldadura, países de todo el mundo han llevado a cabo muchos trabajos de investigación y desarrollo en el marco de la cooperación internacional. Además, la soldadura por fricción y agitación también puede soldar materiales de aleación de aluminio, como las aleaciones de aluminio de alta resistencia de las series 2000, 5000 y 7000 utilizadas en los campos de la aviación y aeroespacial. También se pueden obtener conexiones de alta calidad utilizando este método de soldadura avanzado. . Dave NICHOLAS del Instituto de Investigación de Soldadura cree que la soldadura por fricción y agitación es el método de soldadura más llamativo desde la llegada de la soldadura láser, y su aparición revolucionará la tecnología de unión de metales no ferrosos como las aleaciones de aluminio.

En abril de 2002, el Instituto de Ingeniería de Fabricación Aeronáutica de Beijing y el Instituto de Soldadura (TWI) firmaron un contrato formal sobre tecnología patentada de soldadura por fricción y agitación, obtuvieron los derechos exclusivos de licencia secundaria para la tecnología patentada de soldadura por fricción y agitación y comenzaron Soldadura por fricción y agitación: la puerta a la investigación y el desarrollo tecnológico y a la aplicación industrial a gran escala en el mercado chino.

2. Estado de aplicación actual de la soldadura por fricción y agitación de aleaciones de aluminio

La tecnología de soldadura por fricción y agitación tiene muchas ventajas únicas para el procesamiento de materiales de aleaciones ligeras (como aluminio, cobre, magnesio, etc.). zinc, etc.) La conexión tiene ventajas incomparables sobre otros métodos de soldadura en términos de métodos de soldadura, propiedades mecánicas y eficiencia de producción. ).La soldadura por fricción y agitación (FSW) es un método de unión de estado sólido. La junta soldada tiene excelentes propiedades mecánicas y pequeña deformación por soldadura. No es necesario agregar gas protector ni alambre de soldadura durante el proceso de soldadura, y no se derrite, no se produce humo, salpicaduras ni luz de arco. Es una nueva tecnología de conexión respetuosa con el medio ambiente. Éste también es el caso. Tan solo unos años después de la llegada de la tecnología FSW, se han logrado grandes avances en los mecanismos de soldadura, los materiales aplicables, los equipos de soldadura y las aplicaciones de ingeniería. La tecnología de soldadura por fricción-agitación se utilizó inicialmente principalmente para resolver la soldadura de aleaciones de aluminio, aleaciones de magnesio y aleaciones de zinc. El Instituto de Soldadura ha investigado mucho sobre las características y aplicaciones de la tecnología de soldadura por fricción y agitación y solicitó protección de patente a nivel mundial en 1993 y 1995. En la actualidad, el instituto coopera principalmente con fabricantes de equipos de soldadura y empresas internacionales de aviación, aeroespacial, barcos, trenes de alta velocidad, automóviles, etc., para desarrollar tecnología de soldadura por fricción y agitación en forma de patrocinio o cooperación grupal (proyecto GSP de TWI). y continúa ampliando su alcance de aplicación.

Los proyectos de investigación actuales patrocinados por empresas industriales incluyen: soldadura por fricción y agitación de aleaciones de aluminio gruesas, soldadura por fricción y agitación de acero, soldadura por fricción y agitación de aleaciones de titanio, soldadura por fricción y agitación de componentes ligeros de automóviles, etc. El Edison Welding Institute (EWI) de Estados Unidos, en estrecha colaboración con TWI, también está realizando investigaciones sobre la tecnología FSW. Lockheed Corporation de América. Martin Aerospace Company, el Marshall Space Flight Center, el U.S. Naval Research Year, la Universidad de Dartmouth en Alemania, la Universidad de Stuttgart, la Universidad de Adelaida en Australia y el Instituto Australiano de Soldadura han llevado a cabo investigaciones especiales sobre la soldadura por fricción-agitación desde diferentes anglos.

1 Aplicación de la soldadura por fricción-agitación de aleaciones de aluminio en el campo aeroespacial Con el mayor desarrollo de la investigación sobre la soldadura por fricción-agitación, los equipos de soldadura por fricción-agitación han pasado gradualmente del uso de laboratorio al comercial. TWI utilizó esta tecnología para producir tres tanques de combustible de aleación de aluminio para transbordadores espaciales Serie 2000 para Boeing. Lockheed Corporation de América. Martin Corporation, Boeing-McDonnell Douglas, Rockwell Group, Edison Welding Institute y muchas otras instituciones están actualmente comprometidas con la investigación, la evaluación de aplicaciones y el desarrollo de la soldadura por fricción y agitación. Las estructuras adecuadas para la soldadura con tecnología FSW en el campo aeroespacial incluyen: revestimientos de aviones militares o civiles, tanques de combustible criogénico en naves espaciales, tanques de combustible de aviones, tanques de combustible auxiliares de aviones militares, cohetes de exploración militar o tecnológica, etc. Lockheed Corporation de América. Martin Aerospace utilizó esta tecnología para soldar contenedores criogénicos para almacenar oxígeno líquido al exterior del transbordador. Esta tecnología también la utiliza el Centro Espacial Marshall para soldar grandes naves cilíndricas.

Boeing está invirtiendo millones de dólares para construir grandes soldadores de fricción y agitación especializados para los grandes contenedores de combustible criogénico del vehículo de lanzamiento Delta. BAE Airbus está validando el enfoque, el rendimiento y la viabilidad de la tecnología FSW para la producción de aviones comerciales medianos y grandes.

La máquina de soldadura por fricción y agitación utilizada es producida por la empresa GRAWFORD-SWIFT de Helivax y se dice que es una máquina de soldadura eléctrica europea. ECLIPSE Airlines utilizará FSW para construir un avión de tamaño mediano con una longitud de 10,86 m y una envergadura de 11,88 m. La compañía estima que FSW puede reducir el tiempo de montaje de refuerzos y estructuras en las paredes del fuselaje en un 80%, reduciendo el coste. del avión a 837.000 dólares EE.UU. Las principales piezas estructurales y el revestimiento de este avión se fabrican utilizando la última tecnología de conexión internacional: tecnología de soldadura por fricción y agitación. El fuselaje del avión de pasajeros se fabrica básicamente mediante soldadura por fricción y agitación, incluido el revestimiento del avión, las nervaduras de las alas, los soportes de las cuerdas y los pisos del avión. y Montaje de piezas estructurales.

La aplicación de la soldadura por fricción-agitación se utiliza principalmente para mejorar la eficiencia de la producción y reducir los costes de fabricación. La tecnología de soldadura por fricción-agitación para piezas estructurales de aviación fue desarrollada conjuntamente por la empresa estadounidense TWI y ALCOA, y se aplica a la soldadura de piezas estructurales de aeronaves ECLIPSE500. En septiembre de 2000, la empresa pasó la revisión preliminar del diseño y la certificación por parte de la Junta de Seguridad de Aeronaves, y en junio de 2001, se determinó la viabilidad de la fabricación de aviones con soldadura por fricción y agitación. En junio de 2001, la empresa comenzó a fabricar piezas estructurales de aviones soldadas por fricción y agitación, y el primer vuelo tuvo lugar en junio de 2002. Actualmente, cientos de clientes se apresuran a encargar este nuevo avión.

2 Aplicación de la soldadura por fricción-agitación de aleaciones de aluminio en el campo de la construcción naval En la actualidad, la soldadura por fricción-agitación se utiliza ampliamente en la construcción naval debido a sus enormes ventajas y perspectivas potenciales de aplicación industrial en métodos de soldadura, propiedades mecánicas y costos de fabricación. , medio ambiente, etc. El campo ha sido investigado y desarrollado exhaustivamente. La construcción naval no solo requiere un aumento de la velocidad, sino también un aumento del rendimiento de la carga unitaria. Por lo tanto, la construcción naval debe utilizar materiales de aleación de aluminio tanto como sea posible para reducir el peso del barco. Los métodos de conexión tradicionales de materiales de aleación de aluminio son la conexión por remache y la conexión por soldadura por arco. El remachado aumenta el tiempo de fabricación, la mano de obra y el consumo de material, mientras que las aleaciones de aluminio son propensas a deformarse, defectos y humo durante el proceso de soldadura, lo que también limita el uso de soldadura por arco en componentes de aleación de aluminio. Por lo tanto, con el desarrollo de la tecnología de soldadura por fricción y agitación, el uso de la soldadura por fricción y agitación para lograr una fabricación modular prefabricada altamente integrada para reemplazar la estructura tradicional de placas reforzadas con placas de barco es un progreso inevitable y revolucionario en el desarrollo de la tecnología de construcción naval.

La aplicación de la soldadura por fricción-agitación a piezas estructurales prefabricadas de aleación ligera de barcos tiene ventajas evidentes en apariencia, peso, rendimiento, coste y tiempo de fabricación. Puede utilizarse no sólo para la fabricación de piezas estructurales de aleaciones ligeras de barcos, sino también para el montaje in situ. Proporciona un nuevo método de conexión para la construcción naval moderna, informando que la soldadura por fricción y agitación reemplaza la soldadura por fusión para realizar la fabricación de piezas estructurales de aleaciones ligeras, lo que es otro salto en el desarrollo de la tecnología de soldadura moderna.

La tecnología FSW tiene amplias perspectivas de aplicación en la construcción naval, la industria marina y la industria aeroespacial. Las estructuras adecuadas para soldar con tecnología FSW incluyen: soldadura personalizada de cubiertas, paneles de pared y tabiques, soldadura de extrusiones de aluminio, soldadura de cascos y refuerzos, soldadura de plataformas de aterrizaje de helicópteros, etc. Actualmente, esta tecnología se ha utilizado para soldar piezas estructurales de aleación de aluminio con una longitud superior de 20 m en lanchas rápidas, con una longitud total de soldadura de más de 500 km.

3. Tendencia de desarrollo de la soldadura por fricción y agitación de aleaciones de aluminio

En China, el Instituto de Ingeniería de Fabricación de Aviación de Beijing y el Centro de Soldadura por Fricción y Agitación de China - el Centro Británico de Cooperación Tecnológica de Soldadura por Fricción y Agitación TWI, en Greater Se han logrado avances en la investigación de métodos básicos de soldadura por fricción y agitación, investigación y desarrollo de aplicaciones de materiales, diseño, fabricación y ventas de equipos de soldadura por fricción y agitación.

(1) Actualmente, el centro lleva a cabo soldadura por fricción y agitación en la fabricación de barriles de cohetes aeroespaciales, soldadura por fricción y agitación de estructuras, revestimientos y revestimientos de aviones, fabricación de aleaciones ligeras para barcos y fabricación rápida de aluminio. Perfiles de aleaciones para trenes de alta velocidad Investigación integral e investigación de ingeniería en otros aspectos. Además, mientras lleva a cabo proyectos de investigación científica y montaje final de defensa nacional, también ha fortalecido la cooperación horizontal y técnica con empresas y universidades.

(2) En términos de fabricación de equipos de soldadura por fricción-agitación, se diseñaron seis tipos de equipos de soldadura por fricción-agitación en tres categorías, y en marzo de 2003, se fabricaron y entregaron dos unidades al Instituto de Tecnología de Harbin y al Este. Instituto de la Industria de Construcción Naval de China. Equipos especiales de soldadura por fricción y agitación.

(3) En términos de aplicaciones de ingeniería, la soldadura por fricción y agitación de aleaciones de aluminio se utilizará primero en transmisión y transformación de potencia, trenes de alta velocidad, aviones de combate de nueva generación y nuevos vehículos de lanzamiento.

Cuarto, conclusión

Como nueva tecnología de soldadura, la soldadura por fricción y agitación tendrá un impacto revolucionario en la conexión y fabricación de materiales de aleaciones ligeras como las aleaciones de aluminio. Con base en el avance de esta tecnología de conexión en los métodos de soldadura, se espera que la tecnología de soldadura por fricción y agitación cambie fundamentalmente la base de diseño y fabricación de productos militares y civiles como aviones, cohetes, trenes de alta velocidad, lanchas rápidas con misiles y todo tipo de vehículos. Tanques de aleación de aluminio.