El diseño de la herramientaes un factor crítico ya que una buena herramienta puede mejorar tanto la calidad de la soldadura como la velocidad máxima posible de soldadura.
Es deseable que el material de la herramienta sea lo suficientemente fuerte, resistente y resistente al desgaste a la temperatura de soldadura. Además, debe tener una buena resistencia a la oxidación y un bajoconductividad térmicapara minimizar la pérdida de calor y el daño térmico a la maquinaria situada más arriba en el tren de transmisión.acero para herramientascomo AISI H13 ha demostrado ser perfectamente aceptable para soldar aleaciones de aluminio dentro de rangos de espesor de 0,5 – 50 mm, pero se necesitan materiales de herramientas más avanzados para aplicaciones más exigentes, como materiales altamente abrasivos.compuestos de matriz metálicao materiales con puntos de fusión más altos, como el acero o el titanio.
Se ha demostrado que las mejoras en el diseño de herramientas generan mejoras sustanciales en la productividad y la calidad. TWI ha desarrollado herramientas diseñadas específicamente para aumentar la profundidad de penetración y, por lo tanto, aumentar los espesores de placa que se pueden soldar con éxito. Un ejemplo es el diseño de "verticilo" que utiliza un pasador cónico con características de reentrada o una rosca de paso variable para mejorar el flujo descendente del material. Otros diseños incluyen las series Triflute y Trivex. El diseño Triflute tiene un sistema complejo de tres ranuras cónicas y roscadas de reentrada que parecen aumentar el movimiento del material alrededor de la herramienta. Las herramientas Trivex utilizan un pasador más simple, no cilíndrico, y se ha descubierto que reducen las fuerzas que actúan sobre la herramienta durante la soldadura.
La mayoría de las herramientas tienen un perfil de hombro cóncavo que actúa como un volumen de escape para el material desplazado por el pasador, evita que el material se salga por los lados del hombro y mantiene la presión hacia abajo y, por lo tanto, una buena forja del material detrás de la herramienta. La herramienta Triflute utiliza un sistema alternativo con una serie de ranuras concéntricas mecanizadas en la superficie que tienen como objetivo producir un movimiento adicional del material en las capas superiores de la soldadura.
Aplicaciones comerciales generalizadas del proceso de soldadura por fricción y agitación para aceros y otras aleaciones duras comoaleaciones de titaniorequerirá el desarrollo de herramientas rentables y duraderas. La selección de materiales, el diseño y el costo son consideraciones importantes en la búsqueda de herramientas comercialmente útiles para la soldadura de materiales duros. Se continúa trabajando para comprender mejor los efectos de la composición, la estructura, las propiedades y la geometría del material de las herramientas en su rendimiento, durabilidad y costo.
Velocidades de rotación y desplazamiento de la herramienta
En la soldadura por fricción y agitación se deben tener en cuenta dos velocidades de la herramienta: la velocidad de rotación de la herramienta y la velocidad de desplazamiento a lo largo de la interfaz. Estos dos parámetros tienen una importancia considerable y se deben elegir con cuidado para garantizar un ciclo de soldadura exitoso y eficiente. La relación entre la velocidad de rotación, la velocidad de soldadura y el aporte de calor durante la soldadura es compleja, pero, en general, se puede decir que aumentar la velocidad de rotación o disminuir la velocidad de desplazamiento dará como resultado una soldadura más caliente. Para producir una soldadura exitosa es necesario que el material que rodea a la herramienta esté lo suficientemente caliente para permitir el amplio flujo de plástico requerido y minimizar las fuerzas que actúan sobre la herramienta. Si el material está demasiado frío, pueden aparecer huecos u otros defectos en la zona de agitación y, en casos extremos, la herramienta puede romperse.
Por otra parte, una entrada de calor excesivamente alta puede ser perjudicial para las propiedades finales de la soldadura. Teóricamente, esto podría incluso dar lugar a defectos debido a la licuación de fases de bajo punto de fusión (similar al agrietamiento por licuación en las soldaduras por fusión). Estas demandas en pugna conducen al concepto de una "ventana de procesamiento": el rango de parámetros de procesamiento, es decir, la rotación de la herramienta y la velocidad de desplazamiento, que producirán una buena calidad.soldadura. Dentro de esta ventana, la soldadura resultante tendrá un aporte de calor suficientemente alto para asegurar una plasticidad adecuada del material, pero no tan alto como para que las propiedades de la soldadura se deterioren excesivamente.
