Factibilidad técnica de realizar soldadura por fricción-agitación (FSW) en cobre puro, para centro de mecanizado CNC, CCHEN

Abstract

El cobre es uno de los materiales más versátiles disponibles en la industria, dadas sus propiedades físicas y mecánicas, con aplicaciones en la electrónica, piping, la industria metalmecánica y la construcción. Sin embargo, su utilización se ve limitada a los procesos de manufactura disponibles, donde los sistemas de unión de materiales suponen un problema. En los procesos de soldadura tradicionales, arco eléctrico protegido por fundente o gases inertes, es necesario una gran densidad de energía para poder alcanzar el punto de fusión del material (1083°C), además estos generan defectos de soldadura que reduce considerablemente sus propiedades, como la resistencia a la tracción y la dureza. La soldadura por fricción-agitación (FSW), es un sistema de soldadura creado para la unión de materiales que presentan problemas en su soldado, en un principio fue creado para soldadura de aluminios de la serie 2XXX y 7XXX, para luego ser aplicados en cobre, aleaciones de titanio y algunos aceros. El proceso consiste en generar una unión de superficies aprovechando el aumento de temperatura y la deformación plástica generadas por la fricción de una herramienta cilíndrica rotativa en su paso por la línea de soldadura. El objetivo general de este trabajo fue determinar la posibilidad de realizar un proceso de FSW en un centro de mecanizado (CM) modelo HATFORD HCMC 2082, disponible en la Comisión Chilena de Energía nuclear (CCHEN). Para esto fueron realizadas las siguientes etapas, el desarrollo de un modelo teórico para calcular la potencia necesaria para realizar FSW y comparar con las características del CM; determinar la evolución de las propiedades mecánicas de la unión (resistencia a la tracción, dureza y ductilidad) y la microestructura respecto de la velocidad de rotación de la herramienta; y determinar los parámetros con los cuales se obtienen los mejores resultados de propiedades mecánicas. Las experiencias fueron realizadas en placas de cobre comercial de 8 mm de espesor, utilizando una herramienta carburo tungsteno, a una velocidad constante de avance de herramienta de 5 mm/min. Se utilizó como variable del estudio la velocidad de rotación de la herramienta en el rango de los 800 RPM a 1600 RPM. A partir del estudio, concluyó que el centro de mecanizado reúne las condiciones para FSW. De la experimentación se obtuvieron soldaduras de superficie regular, sin defectos visibles. Los ensayos realizados a estas, radiografía, metalografía, tracción, dureza, mostraron que la calidad de soldadura disminuye al aumentar las RPM de la prueba, obteniendo los mejores resultados en condiciones de operación 5 mm/min de velocidad de avance y 800 RPM de velocidad de rotación de herramienta.