La soldadura de espárragos por fricción es una técnica de soldadura en fase sólida que implica que un espárrago o accesorio se gira a alta velocidad mientras se fuerza contra un sustrato , generando calor por fricción . Las superficies metálicas alcanzan una temperatura a la que fluyen plásticamente bajo presión, se expulsan las impurezas de la superficie y se forma una soldadura forjada .
Esta técnica es bastante más costosa que la soldadura por arco de pernos y, por lo tanto, se utiliza para aplicaciones especiales donde la soldadura por arco puede presentar problemas, tales como:
- soldar bajo el agua
- soldadura en tuberías submarinas activas para unir ánodos
- Soldadura en ambientes explosivos y áreas zonificadas.
- Soldar materiales que son difíciles de unir mediante procesos de soldadura por fusión.
- soldadura por fricción
El equipo portátil para la soldadura de espárragos por fricción está disponible para su uso en obras de construcción, en alta mar , bajo el agua y en talleres. Estas unidades portátiles son mucho más ligeras y pequeñas que las grandes máquinas de soldadura por fricción estática que se utilizan, por ejemplo, en las fábricas para soldar componentes de motores como ejes de transmisión .
Principio de funcionamiento
Una herramienta portátil para soldar espárragos por fricción consta de un motor para girar el espárrago a alta velocidad y un pistón para aplicar la fuerza necesaria al espárrago. El equipo puede ser accionado por aire o hidráulicamente. También se requiere un sistema de sujeción para sujetar la herramienta sobre la pieza de trabajo y proporcionar reacción a la fuerza sobre el perno. Las abrazaderas utilizadas son típicamente abrazaderas magnéticas o de vacío para superficies planas, abrazaderas de cadena o garras para tuberías y varias abrazaderas mecánicas para soldar en vigas en I u otras formas.
La soldadura se realiza girando el perno a alta velocidad y forzándolo sobre el sustrato, lo que provoca una fricción que calienta la punta del perno y la superficie del sustrato. El metal en la interfaz entre el espárrago y el sustrato fluye plásticamente bajo presión, eliminando las impurezas de las superficies metálicas y se forma una soldadura en fase sólida . A continuación, se detiene la rotación del perno, pero la fuerza sobre el perno se mantiene durante unos segundos. Las temperaturas máximas alcanzadas durante la soldadura son mucho más bajas que el punto de fusión de los metales.
Ventajas y desventajas
Algunas ventajas notables del proceso son:
- La temperatura relativamente baja a la que se forma la soldadura significa que el proceso se puede adaptar para aplicaciones como la soldadura en tuberías activas y en entornos explosivos.
- La ausencia de un arco eléctrico y una fase líquida en el metal evita algunos de los problemas potenciales encontrados con la soldadura por arco , como la contaminación de la soldadura con hidrógeno , nitrógeno y oxígeno .
- El rápido tiempo del ciclo de soldadura (típicamente de 5 a 10 segundos) y el método de formación de la soldadura dan como resultado una estructura de grano fino.
En la condición "como soldada", las tensiones residuales son de compresión, lo que tiende a dar como resultado una buena vida útil a la fatiga . Los pernos también se pueden soldar con pintura epoxi o recubrimientos de caucho.
Las principales desventajas de este proceso son:
- El proceso solo se puede utilizar para soldar componentes relativamente pequeños (como espárragos o tapones) que se pueden girar a alta velocidad en una pieza de trabajo. Los sistemas utilizados se limitan a montantes de hasta 25 mm de diámetro y tapones para rellenar orificios de hasta 25 mm de diámetro (soldadura de tapones).
- El sistema requiere una abrazadera rígida para sostener la herramienta de soldadura en la pieza de trabajo y soportar la fuerza aplicada al perno durante la soldadura. Aunque estas abrazaderas se pueden mover de un lugar de soldadura a otro con bastante rapidez, generalmente son más grandes y más engorrosas que en el caso de los sistemas de soldadura por arco.
Aplicaciones
Para el tipo de aplicaciones enumeradas aquí, es especialmente importante que los procedimientos de soldadura y operación estén completamente probados y certificados tanto para la integridad de la soldadura como para la seguridad operativa antes de su uso en la producción. Los operadores deben estar completamente capacitados y los sistemas deben estar en su lugar para garantizar que los procedimientos se apliquen correctamente y los riesgos se evalúen adecuadamente.
Soldar bajo el agua
Cuando este proceso se usa bajo el agua, se coloca una cubierta alrededor del perno que evita que la soldadura se enfríe demasiado rápido por el agua circundante. Los sistemas accionados por aire pueden operar bajo el agua hasta una profundidad de aproximadamente 20 my son relativamente simples de usar para los buceadores. Los buzos también pueden utilizar los sistemas de propulsión hidráulica y se han soldado a profundidades superiores a los 300 m desde un vehículo operado a distancia (ROV). Los sistemas de soldadura de pernos por fricción actuales están diseñados para funcionar a una profundidad de aproximadamente 1000 m.
Soldadura en tuberías submarinas activas para unir ánodos
La soldadura de espárragos por fricción se ha utilizado para adaptar ánodos de sacrificio a tuberías submarinas mientras la tubería está "viva" (es decir, continúa transportando hidrocarburos a presión). En algunos casos, los ánodos se colocan en el lecho marino junto a la tubería y un terminal de un cable del ánodo se conecta al perno soldado en la tubería. Otra opción es una soldadura tripartita en la que la orejeta del cable del ánodo está hecha de acero con un orificio cónico. El extremo cónico del espárrago se suelda a través del orificio en la tubería, soldando tanto a la orejeta como a la tubería y proporcionando una conexión completamente soldada entre el cable del ánodo y la tubería. La ventaja de este método es que no hay un aumento significativo en la resistencia eléctrica de la conexión debido a la corrosión durante la vida útil de la tubería. Muchas tuberías submarinas tienen un recubrimiento de peso de concreto y una pequeña área de esta se puede eliminar con un chorro de agua para permitir la soldadura.
Soldadura en ambientes explosivos y áreas zonificadas
La soldadura de pernos por fricción se ha utilizado para unir rejillas a plataformas petrolíferas en alta mar en áreas donde no se permite la soldadura por arco debido al riesgo de provocar un incendio o una explosión. Una cubierta similar a la que se usa para soldar bajo el agua actúa como una barrera entre la soldadura y la atmósfera circundante. También se puede utilizar una pantalla de agua como barrera adicional.
Materiales de soldadura que son difíciles de unir mediante procesos de soldadura por fusión.
La soldadura de pernos por fricción es un proceso de soldadura en fase sólida donde los metales no se licuan. Esto permite metálicos combinaciones tales como soldadura de aluminio espárragos a acero que sería problemático con la soldadura de arco debido a la formación de quebradizas compuestos inter-metálicos .
Soldadura de tapones de fricción
En la soldadura de tapones por fricción, un tapón de forma cónica se suelda por fricción en un orificio cónico en el sustrato. Este método de soldadura se puede utilizar para reparar defectos en piezas fundidas . También se ha utilizado para rellenar los orificios que se producen al completar una pasada de soldadura por fricción y agitación cuando la sonda de agitación se retira de la soldadura.
Las aplicaciones recientes específicas de la soldadura de espárragos por fricción incluyen:
- Reacondicionamiento de ánodos en un tanque de almacenamiento de aceite FPSO en un área de Zona 1.
- Reacondicionamiento de equipos en áreas de Zona 1 en plataformas marinas.
- Colocación de ánodos en el interior de las tuberías de descarga de agua de mar en una planta de procesamiento de gas .
Referencias
- Nicholas, ED (1983). "Soldadura por fricción bajo el agua", Soldadura subacuática : Actas de la conferencia del Instituto Internacional de Soldadura, 27-28 de junio de 1983, Trondheim, Noruega. Pergamon Press, Oxford, Reino Unido. ISBN 0-08-030537-7
- Blakemore, GR (1994). "Aplicación subacuática de equipos portátiles de soldadura de pernos por fricción de última generación", Taller internacional sobre soldadura subacuática de estructuras marinas , 7 a 9 de diciembre de 1994, Nueva Orleans, Luisiana, EE. UU. American Bureau of Shipping, Nueva York, Estados Unidos. ISBN 0-918062-77-2