Advanced Friction Stir Welding Solutions - 1

¿Por qué Mazak MegaStir?

Mazak MegaStir es líder mundial en soldadura por fricción-agitación (FSW) y suministra máquinas FSW avanzadas, utillaje , portaherramientas , desarrollo de procesos y servicios de consultoría de ingeniería a fabricantes de una amplia variedad de sectores. Con un promedio de 20 años de experiencia especializada en unión en estado sólido, soldadura por fricción-agitación (Friction Stir Welding) y fabricación aditiva en estado sólido (deposición de sólidos), nuestro equipo posee una de las mayores concentraciones de experiencia técnica a nivel mundial.
 

A diferencia de la soldadura por fusión convencional, la soldadura por fricción-agitación produce uniones más resistentes y uniformes con una distorsión mínima, lo que la convierte en una solución ideal para aplicaciones en los sectores aeroespacial, automotriz, de vehículos eléctricos (VE), carcasas de baterías, ferroviario, naval, de defensa y de fabricación industrial.
 

Nuestra experiencia va mucho más allá de los equipos. Mazak MegaStir colabora estrechamente con los clientes para desarrollar procesos de soldadura optimizados, seleccionar la configuración de máquina adecuada y diseñar herramientas y portaherramientas FSW de alto rendimiento para cada aplicación. Nuestras tecnologías de utillaje exclusivas son reconocidas en toda la industria por su durabilidad, precisión y capacidad para maximizar la calidad de la soldadura y la productividad.
 

Ya sea que esté implementando la soldadura por fricción-agitación (Friction Stir Welding) por primera vez u optimizando un proceso de fabricación existente, Mazak MegaStir proporciona la tecnología, los conocimientos de ingeniería y el soporte de aplicaciones necesarios para ayudar a los fabricantes a mejorar la calidad del producto, aumentar la eficiencia de la producción y reducir los costos de fabricación.

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Visión general de la tecnología FSW

La FSW permite soldar de manera eficaz y consistente la última generación de aleaciones de aluminio, acero y níquel, así como una amplia gama de metales para altas y bajas temperaturas. La soldadura FSW realiza uniones sin generar residuos ni vapores tóxicos, une aleaciones disímiles y resuelve desafíos geométricos.

 

Inventada en 1991 por Wayne Thomas en el TWI (The Welding Institute), la soldadura por fricción-agitación se consideró inicialmente un proceso experimental con pocas aplicaciones prácticas, o incluso ninguna. Con el tiempo, sin embargo, pronto quedó claro que la FSW—que plastifica el material en lugar de fundirlo— no solo rivalizaba con las técnicas tradicionales de soldadura por fusión, sino que las superaba ampliamente. El resultado es una tecnología que revoluciona la fabricación y ofrece una forma más eficiente de realizar una amplia gama de aplicaciones de soldadura industrial.

Proceso FSW

En la soldadura por fricción-agitación (FSW), una herramienta cilíndrica con hombro y un perno perfilado se hace rotar y se introduce en la zona de unión entre dos piezas de chapa o placa. El calor por fricción generado entre la herramienta de soldadura —resistente al desgaste— y las piezas de trabajo provoca que estas se ablanden sin alcanzar el punto de fusión de los materiales, lo que permite que la herramienta se desplace a lo largo de la línea de soldadura sin necesidad de gas de protección ni hilo de aporte. El material plastificado, transferido al borde posterior del perno de la herramienta, se forja mediante el contacto con el hombro de la herramienta y el perfil del perno. Al enfriarse, se forma una unión en fase sólida entre las piezas.

  • 1: Temperatura de la unión por debajo del punto de fusión
  • 2: Dirección en la intersección
  • 3: Fuerza de empuje de la herramienta
  • 4: Sentido de rotación de la herramienta
  • 5: Hombro
  • 6: Sonda
  • 7: Flujo plástico en la dirección del eje
  • 8: Dirección de rotación del flujo de plástico
Unión a tope
Unión por solapamiento

Beneficios de producción de la FSW

  • La combinación de fresado y unión por FSW en una misma máquina elimina la necesidad de trasladar las piezas entre diferentes configuraciones y máquinas, lo que permite un mayor ritmo de producción.
  • Con una velocidad de unión de 10 m/min, la FSW solo es superada por la soldadura láser en cuanto a velocidad de unión automatizada.
  • La unión FSW realizada en la propia máquina ofrece un proceso repetible que elimina el riesgo de desechar piezas debido a la falta de consistencia del operador.
  • A diferencia de la soldadura tradicional, que a menudo requiere varias pasadas para crear una unión consolidada en todo su espesor, la FSW) genera uniones totalmente consolidadas en una sola pasada, utilizando herramientas intercambiables adaptadas al espesor y la profundidad de soldadura deseados.



Mejora de la resistencia de la unión

A diferencia de las soldaduras por haz de electrones, que presentan granos gruesos, las uniones FSW tienen granos más finos que el material base, lo que mejora la resistencia de la unión. La resistencia de la unión mejora no solo al unir materiales iguales, sino también al unir materiales diferentes.

El poder de DONE IN ONE®

Solo la combinación de MegaStir FSW con la tecnología de máquinas multitarea híbridas de Mazak ofrece las ventajas del procesamiento de piezas «DONE IN ONE» (terminado en una sola operación). Gracias a la capacidad de pasar de la materia prima a las piezas acabadas en una sola máquina, los fabricantes aumentan el rendimiento de la producción y, al mismo tiempo, mejoran la calidad de las piezas.

 

El procesamiento de piezas "Done in One" (completado en una sola operación) también conduce a una fabricación de "cero pasos", en la que los operadores no dan ningún paso y se eliminan por completo la chatarra, el retrabajo y los desperdicios operativos. Las máquinas multitarea híbridas de Mazak con capacidad FSW permiten realizar el ensamblaje directamente en la máquina, lo que ahorra tiempo de preparación y elimina los errores asociados a la retirada y el transporte de piezas a las áreas de montaje para las operaciones de unión. 

 

Con FSW, las máquinas Mazak HYBRID Multi-Tasking adquieren capacidad de fabricación aditiva. La FSW permite a los fabricantes añadir material base o unir componentes y conjuntos adicionales a piezas existentes, para luego mecanizarlas rápidamente hasta alcanzar las dimensiones finales.

Procesamiento por fricción-agitación (FSP)

Mazak MegaStir ofrece el procesamiento por fricción-agitación (FSP) como una solución de fabricación en estado sólido, fundamentada en la experiencia clave de la empresa en sistemas y herramientas para la soldadura por fricción-agitación (FSW). Mediante el uso de una herramienta giratoria no consumible —diseñada con geometrías de hombro y perno exclusivas de MegaStir, e incluyendo herramientas avanzadas de PCD (diamante policristalino) para aplicaciones exigentes que implican altas temperaturas y gran desgaste—, el proceso agita y refina localmente la microestructura de la pieza a través de la fricción y la deformación plástica, manteniendo el material base en estado sólido. Esto permite a los clientes de Mazak MegaStir obtener microestructuras de grano fino y libres de defectos —sin porosidad— en zonas específicas de un componente, eliminando problemas de solidificación como la porosidad y el agrietamiento en caliente que afectan a los métodos basados en fusión. La tecnología se aplica para refinar la estructura de grano, eliminar la porosidad de fundición, producir compuestos de matriz metálica localizados y mejorar la resistencia, la vida a fatiga y la resistencia a la corrosión en zonas críticas de una pieza, todo ello preservando las propiedades del material base en el resto de la misma.

Respaldada por las capacidades de Mazak MegaStir en diseño de herramientas, ciencia de materiales y desarrollo de procesos, la oferta abarca sistemas de aleaciones de aluminio, cobre, magnesio y otros materiales, proporcionando a los clientes de los sectores aeroespacial, de defensa y energético una solución de procesamiento en estado sólido —ajustable y repetible— para satisfacer exigentes requisitos de rendimiento.

Unión por fricción con elemento de inserción (FBJ)

Paralelamente a la tecnología FSW , Mazak MegaStir patentó un proceso conocido como Friction Bit Joining (FBJ). El proceso, al igual que la FSW, ofrece a los fabricantes la capacidad de unir dos metales diferentes sin comprometer sus propiedades o resistencias intrínsecas individuales. Mientras que otros procesos de unión no lograrían proporcionar una resistencia de unión significativa al unir dos materiales diferentes, el FBJ genera una potente unión metalúrgica entre la punta del proceso —que es un consumible— y el primer y segundo metal, creando una unión en estado sólido que queda enrasada por ambas caras.

Beneficios de FBJ

  • Obtenga una resistencia de sujeción superior a la de otros procesos tradicionales de autoperforación, así como a la de la soldadura por puntos.
  • Perforar y unir metales disímiles de alta resistencia —como el aluminio de la serie 7000 y los aceros avanzados de alta resistencia, tales como el DP 1200— que los remaches autoperforantes no logran penetrar.
  • Sustituir el remachado tradicional de orificio pasante, que sacrifica la resistencia de la unión y requiere una preparación adicional del material para realizar los orificios antes del remachado propiamente dicho.

Preguntas frecuentes (FAQ)

La soldadura por fricción-agitación (FSW) es un proceso de unión de metales en estado sólido que une materiales sin fundirlos, permitiendo que el material unido adquiera propiedades resultantes de forja en la zona de unión. Una herramienta giratoria genera calor por fricción y plastifica el material; posteriormente, mezcla mecánicamente la unión, produciendo una unión similar a una forja con una estructura de grano refinado en la zona de soldadura. Dado que no se genera arco, la FSW suele ser un proceso más limpio, con una mínima emisión de humos, proyecciones o chispas en comparación con muchos métodos de soldadura por fusión.

 

 

La soldadura por fricción-agitación se utiliza siempre que los fabricantes requieren uniones de alta resistencia y reproducibles en metales, especialmente en aluminio y otras aleaciones no ferrosas. Entre los casos de uso habituales se incluyen las soldaduras largas y continuas (como en paneles y extrusiones), los conjuntos estructurales y las aplicaciones en las que es necesario minimizar la deformación y el retrabajo. La FSW también puede utilizarse como método de procesamiento de materiales para reducir la porosidad en piezas fundidas, mediante la plastificación y consolidación local del material.

La soldadura por fricción-agitación (FSW) ofrece numerosas ventajas frente a los métodos de soldadura tradicionales, lo que la convierte en una solución ideal para la fabricación de alta calidad y gran volumen. Dado que el proceso une materiales sin fundirlos, produce soldaduras más resistentes y uniformes, con mejores propiedades mecánicas y una estructura de grano refinada. La FSW también ofrece un mejor rendimiento en cuanto a presión de estallido, lo que la hace muy adecuada para aplicaciones exigentes.

Desde una perspectiva de fabricación, la FSW permite velocidades de producción más elevadas —que a menudo superan los 10 metros (33 pies) por minuto—, al tiempo que elimina la necesidad de materiales de aporte, gases de protección y, en muchas aplicaciones, herramientas consumibles. El proceso requiere menos desplazamiento de piezas y menos preparaciones, lo que mejora la eficiencia y reduce los costes de producción.

Los beneficios adicionales incluyen:

  • Soldaduras más fuertes y fiables con una excelente repetibilidad
  • Estructura de grano del material refinada y rendimiento de la unión mejorado
  • Tasas de producción más elevadas
  • No se requiere material de aporte ni gas de protección.
  • Uso mínimo o nulo de herramientas consumibles, según la aplicación.
  • Reducción de la manipulación de piezas y menor número de preparaciones de fabricación
  • Sin humos tóxicos ni proyecciones de soldadura
  • Tasas más bajas de desechos y retrabajos
  • Menores requisitos de equipamiento y una huella de fabricación reducida
  • Consistencia y calidad general del proceso mejoradas

La soldadura por fricción-agitación se utiliza en sectores que dependen de metales ligeros, tolerancias estrictas y una alta fiabilidad de las uniones. Las áreas de aplicación típicas incluyen:

  • Aeroespacial y espacial (paneles, tanques, conjuntos estructurales)
  • Fabricación de vehículos y vehículos eléctricos (bandejas de batería, carcasas, estructuras ligeras)
  • Electrónica y gestión térmica (carcasas, disipadores de calor, conjuntos sellados)
  • Fabricación basada en extrusión (unión de extrusiones para formar conjuntos de mayor tamaño)
  • Fabricación general en la que la unión sustituye o reduce el uso de elementos de fijación y operaciones secundarias.

 

La unión por punta de fricción (FBJ) es el proceso patentado de unión en estado sólido de Mazak, diseñado para permitir la unión de metales disímiles —incluida la unión de aluminio con acero— a ritmos de producción. La unión por punta de fricción (*Friction Bit Joining*) utiliza una "punta" para crear una unión de alta resistencia mediante un mecanismo de estado sólido, lo que ayuda a los fabricantes a unir combinaciones de materiales que pueden resultar difíciles para los procesos convencionales de soldadura por fusión.

La unión por inserción mediante fricción (Friction Bit Joining) comparte las ventajas fundamentales de la unión en estado sólido y a menudo se presenta como una alternativa a diversos métodos de unión por puntos y de fijación. Los beneficios suelen incluir:

  • Características de unión en estado sólido similares a las de la FSW, lo que permite obtener uniones resistentes y uniformes.
  • Posible sustituto de la soldadura por puntos por fricción-agitación, el remachado, los remaches autoperforantes (SPR), la soldadura por puntos por resistencia y las fijaciones mecánicas.
  • Método de unión apto para la producción de conjuntos de metales disímiles (como aluminio y acero)
  • Menor dependencia de consumibles y operaciones de fijación secundarias, lo que puede simplificar los ensamblajes y mejorar la repetibilidad.

Vídeos de referencia