En cualquier proceso de soldadura, en general, es conveniente aumentar la velocidad de desplazamiento y minimizar el aporte de calor, ya que esto aumentará la productividad y posiblemente reducirá el impacto de la soldadura en las propiedades mecánicas de la soldadura. Al mismo tiempo, es necesario garantizar que la temperatura alrededor de la herramienta sea lo suficientemente alta para permitir un flujo adecuado de material y evitar fallas o daños en la herramienta.
Cuando se aumenta la velocidad de desplazamiento, para una determinada entrada de calor, hay menos tiempo para que el calor se conduzca por delante de la herramienta y los gradientes térmicos son mayores. En algún punto, la velocidad será tan alta que el material que se encuentra delante de la herramienta estará demasiado frío y la tensión de flujo será demasiado alta para permitir un movimiento adecuado del material, lo que dará lugar a fallas o fracturas de la herramienta. Si la "zona caliente" es demasiado grande, existe margen para aumentar la velocidad de desplazamiento y, por lo tanto, la productividad.
El ciclo de soldadura se puede dividir en varias etapas durante las cuales el flujo de calor y el perfil térmico serán diferentes:
HabitarEl material se precalienta mediante una herramienta giratoria estacionaria para alcanzar una temperatura suficiente antes de la herramienta para permitir el desplazamiento. Este período también puede incluir la inmersión de la herramienta en la pieza de trabajo.
Calentamiento transitorioCuando la herramienta comienza a moverse, habrá un período transitorio en el que la producción de calor y la temperatura alrededor de la herramienta se alterarán de manera compleja hasta que se alcance un estado esencialmente estable.
Pseudo estado estacionarioAunque se producirán fluctuaciones en la generación de calor, el campo térmico alrededor de la herramienta permanece prácticamente constante, al menos en la escala macroscópica.
Post estado estacionarioCerca del final de la soldadura, el calor puede "reflejarse" desde el extremo de la placa, lo que genera un calentamiento adicional alrededor de la herramienta.
La generación de calor durante la soldadura por fricción-agitación surge de dos fuentes principales: la fricción en la superficie de la herramienta y la deformación del material alrededor de la herramienta. A menudo se supone que la generación de calor se produce predominantemente debajo del hombro, debido a su mayor área de superficie, y que es igual a la potencia necesaria para superar las fuerzas de contacto entre la herramienta y la pieza de trabajo. La condición de contacto debajo del hombro se puede describir mediante fricción deslizante, utilizando un coeficiente de fricción y una presión interfacial P, o fricción de adherencia, basada en la resistencia al corte interfacial a una temperatura y una tasa de deformación adecuadas. Se han desarrollado aproximaciones matemáticas para el calor total generado por el hombro de la herramienta utilizando modelos de fricción deslizante y de adherencia:
donde es la velocidad angular de las herramientas, el radio del hombro de la herramienta y el del pasador. Se han propuesto otras ecuaciones para tener en cuenta factores como el pasador, pero el enfoque general sigue siendo el mismo.
