Soldadura por fricción lineal a gran escala

Es posible que la máquina de soldadura por fricción lineal no parezca tan imponente como sugieren sus dimensiones porque la mayor parte se encuentra en un pozo profundo.

Todos podemos perder un poco de peso y los fabricantes estadounidenses no son diferentes. Esto explica el creciente interés por “aligerar” determinados productos.

No es difícil entender el interés: si se quita peso a un avión, barco o vehículo, el usuario final no necesita tanto combustible para impulsar el medio de transporte. Incluso frente a costos de combustible que están por debajo de máximos históricos, todos están interesados ​​en ahorrar costos donde sea posible.

La investigación sobre el aligeramiento tiene otros beneficios. Se están investigando materiales nuevos y menos costosos para ver si pueden ofrecer el mismo rendimiento que los materiales usados ​​desde hace mucho tiempo. En algunos casos, estas alternativas también podrían mostrar propiedades de rendimiento incluso mejores que los materiales tradicionales que podrían reemplazar. Además, se están realizando investigaciones para buscar nuevas tecnologías para fundir, tratar térmicamente, dar forma, unir y recubrir estos nuevos materiales.

Lightweight Innovations for Tomorrow (LIFT), con sede en Detroit, lidera esta investigación sobre el aligeramiento. Fue creado como resultado de un consorcio que ganó un programa del Departamento de Defensa en febrero de 2014. El Instituto Estadounidense de Innovación en la Fabricación de Materiales Ligeros, que comprende la organización sin fines de lucro de tecnología de fabricación EWI, la Universidad de Michigan y la Universidad Estatal de Ohio, estableció su sede de 100.000 metros cuadrados. -foot casi un año después y anunció formalmente su nombre LIFT. Desde entonces, la organización ha estado trabajando para acelerar la transferencia de nueva tecnología de fabricación desde el laboratorio de investigación a la planta de producción.

LIFT recientemente recibió una gran incorporación a sus esfuerzos de investigación, y esta nueva herramienta promete tener un gran impacto en la forma en que se fabrican ciertas piezas metálicas de gran tamaño.

LIFT está instalando lo que se cree que es una de las máquinas de soldadura por fricción lineal (LFW) más grandes del mundo en sus instalaciones de Detroit. De hecho, Alan Taub, ex director de tecnología de LIFT y ahora asesor técnico senior de LIFT, dijo que la bahía alta que se construyó en 2016 se construyó con este equipo en mente.

"Tenemos empresas industriales a las que llamamos nuestros miembros oro y plata, y realizamos encuestas con ellas durante un período de 18 meses", dijo Taub. "Les preguntamos a qué tipo de equipo no tenían acceso y qué les gustaría que pusiéramos en nuestras instalaciones".

El resultado es una máquina que pesa 122.000 libras, aproximadamente el mismo peso que un Boeing 737. La mayor parte de la máquina se encuentra en un pozo de 15 pies que fue excavado al mismo tiempo que se construyó la bahía alta. Tiene un tamaño de 22 por 8 por 14 pies. envolvente, capaz de unir algunas piezas muy grandes.

"Esta no es una tecnología nueva", dijo el director de tecnología de LIFT, Hadrian Rori. “Se ha utilizado para otros procesos de unión y en investigaciones a lo largo de los años. Lo que hace que esta máquina sea única es que tiene la capacidad más grande para ajustar algunos de estos procesos”.

MTI Welding, South Bend, Indiana, construyó el equipo para LIFT. Es un fabricante de equipos de soldadura por fricción para otros fabricantes y también ofrece servicios de fabricación por contrato. Un par de máquinas LFW son propiedad de grandes empresas aeroespaciales de América del Norte, y otras máquinas que se encuentran en todo el mundo se utilizan principalmente con fines de investigación y desarrollo. Se cree que ninguno es tan grande como el equipo LIFT.

Lo que se cree que es una de las máquinas de soldadura por fricción lineal más grandes del mundo se entrega a las instalaciones de Lightweight Innovations for Tomorrow en Detroit.

Entonces, ¿por qué la soldadura por fricción para estas aplicaciones de aligeramiento? El proceso crea una unión tan fuerte como el material original sin la distorsión que normalmente se asocia con las tecnologías de soldadura por fusión y sus enormes zonas afectadas por el calor. Además, este método de unión evita otros defectos de la soldadura por fusión convencional, como la contracción, el agrietamiento por solidificación y la porosidad.

En un sentido amplio, la soldadura por fricción de cualquier tipo en realidad se parece más a la forja. Se utilizan movimiento relativo y fuerza elevada para crear calor por fricción en la interfaz de soldadura. Cuando esto ocurre, el metal se plastifica, no necesariamente derritiéndose pero aún siendo receptivo a la alteración en la superficie. El resultado es una mezcla molecular en la interfaz de soldadura y una unión de calidad forjada.

Si se habla de tipos particulares de soldadura por fricción, la mayoría de los fabricantes pueden estar más familiarizados con la soldadura por fricción y agitación, en la que se introduce una herramienta de pasador no consumible, unida a un husillo, en la unión entre dos piezas de metal sujetas. Cuando la herramienta de pasador giratorio, acompañada de una fuerza constante hacia abajo, se acopla a la trayectoria de soldadura entre las piezas metálicas, "remueve" el metal, creando esa deformación plástica que se convierte en la nueva unión.

En LFW, una parte metálica se mantiene estacionaria mientras la otra oscila en una trayectoria lineal. Este movimiento lineal crea la fuerza necesaria para permitir que se unan piezas con diferentes geometrías en la interfaz de soldadura.

Taub dijo que esta fuerza es la razón por la que LIFT necesitaba especificar una máquina LFW tan grande. Las fuerzas necesarias para generar el movimiento requerido para la soldadura por fricción de grandes componentes metálicos requieren una máquina de masa sustancial, si se espera que la máquina permanezca en su lugar durante el proceso.

Uno de los proyectos actuales que se investigará en la nueva máquina LFW involucra blisks, componentes de motores a reacción que comprenden tanto un disco de rotor como palas. Como puede decirle cualquiera que haya volado en avión últimamente, las burbujas pueden ser bastante grandes.

Tradicionalmente, estos artículos se mecanizan a partir de una sola pieza de material. Cuando se habla de titanio, esta se convierte en una operación muy costosa.

Taub dijo que la industria aeroespacial está buscando mejorar su relación "vuelo-compra". Cuando compra un inmenso lingote de titanio que luego se mecaniza para crear un blisk, la compañía aeroespacial ve que la mayor parte de su compra original va al contenedor de chatarra en forma de virutas. La proporción entre vuelos y compras podría ser del 20 por ciento.

El equipo LFW brinda a una empresa aeroespacial una mejor oportunidad de crear una forma casi neta que luego pueda mecanizarse. Las piezas de titanio más pequeñas se pueden soldar por fricción lineal a una pieza estacionaria más grande. El resultado final es una forma que se acerca más a la del blisk, lo que significa que la compañía aeroespacial no está pagando tanto por sus piezas en bruto de titanio.

LFW también permite el uso de diferentes metales que no serían compatibles con los métodos de soldadura convencionales. Los ingenieros de diseño pueden considerar combinaciones de metales que puedan ofrecer propiedades de rendimiento sólidas y que sean menos costosas que los materiales típicamente especificados para tales aplicaciones.

Rori dijo que la nueva máquina LFW se configuró para adaptarse a formas grandes y "únicas". Los carneros, que sujetan los útiles a los que se adhieren las piezas metálicas, están ligeramente desplazados. Parecen casi abrazaderas en C. Este diseño deja espacio para una variedad de formas grandes e incómodas.

Taub dijo que el nuevo equipo está listo y calificado para trabajar también con diferentes aleaciones de acero. Esto era necesario para llegar a otros fabricantes fuera de la industria aeroespacial.

"Queremos tomar estas tecnologías y, con nuestros socios, transmitir algunas de estas cosas a otras personas que de otro modo no podrían ser parte de este desarrollo tecnológico", dijo Rori.

Fotos cortesía de Lightweight Innovations for Tomorrow, https://lift.technology.

Soldadura MTI, www.mtiwelding.com