Lotura
teknologiak

Marruskadura bidezko soldadura

“Friction Stir Welding” (FSW) soldadura

Marruskadura eta asaldura bidezko soldadura teknologia, “Friction Stir Welding” (FSW) izenez ezaguna, egoera solidoan egiten den soldadura prozesua da, non kontsumitzen ez den tresna birakari bat (normalean sorbalda eta pin batez osaturikoa) presionatzen den soldatu nahi diren materialen kontra. Tresnaren eta materialen arteko marruskadura eta deformazioak tenperatura igotzen du, soldatu nahi diren materialak biguntzeko tenperatura lortu arte. Tresna junturan zehar mugitzen da, eta horrela bere biraketa eta diseinu espezifikoari esker, material plastifikatuaren fluxua eragiten du, lotura egoera solidoan finkatzen duen nahasketa bat sortuz.

FSW soldadura batez ere fusio-puntu baxua duten aleazioentzako (aluminioa, magnesioa, beruna, etab.) teknologia heldua da. Aluminiozko aleazioen FSW soldadura ISO25239 arauak erregulatzen du. LORTEKek arau horren erredakzioan parte hartu du, nazio mailako aitortza duen aditu gisa.

Hauek dira FSW soldaduraren ezaugarri nagusiak:

  • Modu sendo eta errepikakorrean soldatutako loturen propietate bikainak (propietate mekaniko handiak, distortsio txikiak eta hondar-tentsio txikiak).
  • Soldadurarako kontsumigarririk gabe (material erantsirik eta babeserako gasik gabe).
  • Prozesu garbia eta energetikoki eraginkorra (egoera solidoan, kerik, proiekziorik, txinpartarik, UV izpirik gabe...).
  • Produktibitate handia lortzeko aukera: lodiera handiak iraganaldi bakarrean edo soldaketa-abiadura handiko lodiera murriztuak.
  • Fusio-solidotze bidez soldatu ezin daitezkeen materialak soldatzeko aukera (porotasunik, pitzadurarik eta abarrik gabe).
  • Prozesuan sortutako esfortzu handiei aurre egiteko. Soldatzeko ekipoa eta eusteko tresnak behar bezain zurrunak izan behar dira.

“Friction Stir Spot Welding” (FSSW) soldadura

FSW soldaduraren puntukako soldaduraren aldaera da. Ondorengo irudian prozesuaren oinarrizko printzipioen eskema bat agertzen da:

Hauek dira FSSW soldaduren ezaugarri nagusiak:

  • Loturen kalitate trinkoa eta errepikakorra, normalean gainazalak prestatu beharrik gabe.
  • Prozesu garbia eta energetikoki eraginkorra (egoera solidoan, kerik, proiekziorik, txinpartarik, UV izpirik eta abarrik gabe).
  • Produktibitate handia lortzeko aukera (3-5 segundoko zikloko denborak).
  • Fusio-solidotze bidez soldatu ezin daitezkeen materialak soldatzeko aukera (porotasunik, pitzadurarik eta abarrik gabe).
  • Prozesuan sortutako esfortzu handiei aurre egiteko. Soldatzeko ekipoa eta eusteko tresnak behar bezain zurrunak izan behar dira.
  • Soldadura-ekipoa eta eusteko tresneria behar bezain zurrunak behar dira, prozesuan sortutako esfortzu handiei aurre egiteko.

FSSW soldadura teknologia heldua da, batez ere galdaketa-puntu txikiko aleazioetarako (aluminioa, magnesioa, beruna, etab.). Aluminiozko aleazioen soldadura, ISO18785 arauak erregulatzen du. LORTEKek arau horren erredakzioan parte hartu du, nazio mailako aitortza duen aditu gisa.

Marruskadura birakari bidezko soldadura

Marruskadura birakari bidezko soldadura-teknologia solido egoeran dagoen soldadura prozesu bat da, non pieza birakari bat beste estatiko baten aurka presionatzen den. Piezen aurrez aurreko aldean sortutako marruskadurak tenperatura igotzen du, materiala bigundu eta plastifikatu arte. Pieza birakariaren errotazioa gelditu egiten da eta presioa igo egiten da, pieza bat bestearekin forjatzeko eta solido-egoeran lotzeko.

Hauek dira marruskadura birakari bidezko soldaduraren ezaugarri nagusiak:

  • Loturen kalitate trinkoa eta errepikakorra, normalean gainazalak prestatu beharrik gabe.
  • Produktibitate handia lortzeko aukera, automatizazio handiko prozesuekin.
  • Propietate ezberdineko materialekin loturak egiteko aukera (aluminio-kobrea, aluminio-altzairua...).
  • Prozesu garbia eta energetikoki eraginkorra (egoera solidoan, kerik, proiekziorik, txinpartarik, UV izpirik eta abarrik gabe).
  • Prozesuan sortutako esfortzu handiei aurre egiteko. Soldatzeko ekipoa eta eusteko tresnak behar bezain zurrunak izan behar dira.

Marruskadura bidezko loturen beste prozesu batzuk

LORTEKek badu esperientziarik eta lankidetzarik beste teknologia batzuetan ere, horien artean:

  • Friction Surfacing.
  • Refill Friction Stir Spot Welding.
  • Friction Riveting.
  • Friction Bit Joining.

Zertan dihardugu gaur egun

  • Hainbat aplikazio industrialetarako FSW soldadura-ekipoen garapena.
  • FSW tresnen garapena, diseinu optimizatuekin eta iraunkortasun handiarekin.
  • Hainbat aplikazio industrialetarako marruskadura birakarizko soldadura-ekipoen garapena.
  • FSW bidez soldatutako loturen ikuskapenerako eta kalitate-kontrolerako teknologia automatiko ez-suntsitzaileen garapena (IR termografia).
  • FSW soldadurako datuen kontrol eta monitorizazioaren garapena: FSW soldadurako prozesu adimendunak.
  • Marruskadura birakariko soldadura-prozesua kontrolatzeko sistema aurreratuen garapena.
  • Aluminiozko estrusioen abiadura handiko FSW soldadura (4 m/min-ra arte).
  • Aluminiozko pieza moldekatuen abiadura handiko FSW soldadura (2m/min-ra arte).
  • “Taylor Welded Blanks” (TWB) lodiera ezberdineko FSW soldadura.
  • Galdaketa-puntu handiko aleazioen FSW soldadura (Ti64 soldadura, lodiera txikikoa – 0,8mm arte).
  • Erresistentzia handiko aluminio-aleazioen FSW soldadura - gradu aeronautikoa:
    • Hirugarren belaunaldiko Al-Cu-Li aleazio berriak fuselaje-egituraterako.
    • “Wing box” egituretarako lodiera handiko 7XXX serieko aleazioak, “buy-to-fly” ratioa nabarmen murriztuta.

Ekipamendu espezifikoa

LORTEK-ek 3 FSW unitate ditu ezaugarri eta osagarri desberdinekin:

FSW (i-STIR PDS4) soldadurarako makina espezifikoa

  • 6 ardatz serbokontrolatu (X, Z, giro, tilt, forge eta pin).
  • Laneko mahaia ~1800x1000x350 mm (FSW 1000mm X karrera erabilgarria).
  • 100kN arteko esfortzu axial ahalmena duten eragingailu hidrauliko serbokontrolatuak.
  • Posizio-kontrolean, indar-kontrolean edo kontrol mistoan FSW soldadura-prozesuak egiteko aukera.
  • “Test-Star TM” kontrolagailu aurreratua, abiadura handiko prozesua kontrolatzeko eta FSW soldadurako datuak erregistratzeko eta monitorizatzeko gaitasuna duena.
  • Buru hidraulikoa biratzeko ahalmena ±3000rpm eta 180Nm arteko parea duena.
  • Buruari akoplatzeko erreduktorea, biratzeko ahalmena ±800rpm-koa eta 900Nm-ra arteko parea duena.
  • Buru hoztu eta hozteko makina eramangarri akoplagarriak, galdaketa puntu handiko aleazioekin (altzairuak, titanioa, etab.) eginiko FSW soldadura-prozesuetarako.

FSW soldadurara egokitutako ekipo robotizatua

  • KUKA KR500-3MT robota egokitua eta KUKA KR C4 kontroladorea.
  • 8kN-ko karga nominaleko esfortzu axialak segidan egiteko gaitasuna.
  • FSW soldadurarako ACTEMIUM BP-6700 buru espezifikoa.
  • Biratzeko ahalmena ±3000rpm eta 32Nm-ra arteko parea.
  • Laneko mahaia ~2500x2000x1000 mm.
  • FSW soldadura-prozesuak posizio-kontrolean edo indar-kontrolean egiteko aukera.
  • “FSW welding cell supervisor” kontrol aurreratuko softwarea, FSW soldaduren erregistrorako eta datuen monitorizaziorako ahalmena duena.

CNC fresatzeko makina, FSW soldadurarako egokitutako buruarekin

  • CNC TWINHORN VP1500 fresatzeko makina, 4 ardatz serbokontrolatu dituena (X, Y, Z, giroa).
  • Laneko mahaia ~1500x600x600 mm.
  • 6kN-ko karga nominal jarraituko esfortzu axialak egiteko gaitasuna.
  • STIRWELD burua, 3.2 bertsioa, espezifikoa FSW soldadurarako, prozesua indar-kontrolean egiteko gaitasuna duena.
  • “StirWelding Monitoring” prozesua kontrolatzeko softwarea, ahalegin axiala erregistratzeko eta monitorizatzeko gaitasuna duena.

Lodiera eta oinarrizko material desberdinetarako garatutako FSW tresna-parkea

  • Lodierak: 1-20 mm-ko lodiera.
  • Tresnen materiala: M42, H13, WC-Co, W-25Re,etc.
  • Aplikazio berezien kasuetan, LORTEKek tresna berriak fabrikatzeko gaitasuna ere eskaintzen du, planteatutako aplikazioaren araberako diseinu espezifikoekin.

Argitalpenak
eta deskargak

Argitalpenak
2008
Echeverría, A.A.M. da Silva, P. Alvarez, E. Aldanondo
Efectos de Ciclos Térmicos en las Propiedades Mecánicas de la Aleación de Aluminio 6082-T6 en Uniones por Friction Stir Welding.
In: X Congreso Nacional de Materiales, San Sebastián, Spain, 18–20 June 2008.
2010
E. Aldanondo, A.A.M. da Silva, P. Alvarez, A. Echeverría
Dissimilar Joining of AA1050 Aluminium Alloy and DP600 and Hot-Stamped Boron Steels using Friction Stir and Friction Stir Spot Welding.
8th International FSW Symposium, Timmendorfer Strand, Germany, 10–20 May 2010.
2010
A.A.M. da Silva, E. Aldanondo, A. Echeverría, P. Alvarez, E. Arruti
Friction Stir Spot Welding of AA1050 Al Alloy and hot stamped boron steel (22MnB5).
Sci Technol Weld Joining, 15 (2010), 682-687.
2010
P. Alvarez, G. Janeiro, A.A.M. da Silva, E. Aldanondo, A. Echeverría
Material flow and mixing patterns during dissimilar FSW.
Sci Technol Weld Joining, 15 (2010), 648-653.
2011
A.A.M. da Silva, E. Aldanondo, A. Echeverría, P. Alvarez, M. Eiersebner
Mechanical and Microstructural Investigation of Dissimilar Resistance and Friction Stir Spot Welds in AA5754-H22 and AA6082-T6 Al Alloys and 22MnB5 Hot-Stamped Boron Steel. Proceedings of Friction Stir Welding and Processing VI.
140th TMS Annual Meeting, San Diego, USA, February 27-March 3, 2011.
2014
E. Aldanondo, E. Arruti, A. Ormaetxea, A. Echeverría
T-joints in Aluminium alloys: Stiffened panels by FSW.
10th International FSW Symposium, Beijing, China, 20–22 May 2014.
2016
C. Leitao, E. Aldanondo, E. Arruti, D.M. Rodrigues
Aluminium-steel lap joining by multipass Fiction Stir Welding.
Materials and Design, 106 (2016), 153-160.
2018
M. Balakrishnan, C. Leitao, E. Aldanondo, E. Arruti, D.M. Rodrigues
Influence of pin imperfections on the tensile and fatigue behaviour of AA7075-T6 friction stir lap welds.
The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 97 (2018), 3129-3139.
2019
E. Aldanondo, E. Arruti, A. Echeverría, I. Hurtado
Friction Stir Welding of lap joints using new Al-Li alloys for stringer-skin joints in Friction Stir Welding and Processing X.
77–88, Febr 2019.

Arrakasta-kasuak

FSW soldadurarako Ad-Hoc ekipamenduaren garapena eta industrializazioa

Erronka

FSW soldaduraren ezarpen industriala, arku-soldaduraren eta sugar bidezko soldaduraren ordez.

Irtenbidea

FSW soldadurarako Ad-Hoc ekipoa, prozesuaren datuak erregistratzeko eta monitorizatzeko gaitasuna duen kontroladorearen garapena barne, FSW tresnak, ISO25239ren araberako prozesu- eta homologazio-parametroak, lotzeko eta posizionatzeko tresnak, etab. Soldatutako loturen kalitatea hobetzea. Zikloaren denbora %80 inguru murriztea. Fabrikazio gastuak eta energia kontsumoa murriztea. Langileen lan-ingurunea eta osasuna hobetzea. LORTEKen kontrol-sistema propioa (Copyright “SOFTWARE DE CONTROL FSW” - TXu 2-023-714).

Abiadura handiko estrusioen soldadurarako FSW soldadura-prozesua garatzea

Erronka

Abiadura handiko (>3m/min) FSW soldaduraren beharra, automobilgintzaren sektoreko (e-mobility) fabrikazio-kadentziei erantzuteko kalitate-eskakizunak betez.

Irtenbidea

Abiadura handiko FSW soldadura (4 m/min arte), ISO25239 arauak ezarritako kalitate-baldintzak betetzen dituena, FSW tresnen garapena, prozesu-parametroak, lotzeko eta posizionatzeko tresnak, etab. barne hartzen dituena. Distortsioak eta fabrikazio-kostuen murrizketa esanguratsua, beste soldadura-prozesu batzuekin alderatuta.

Aluminiozko egituren fabrikazioa T loturen eta FSW soldaduraren bidez

Erronka

Aluminioz egindako egitura indartuetan distortsioak murriztea, (MIG) arku-soldaduraren.

Irtenbidea

FSW soldadura t loturetan, FSW tresnen garapena, prozesu-parametroak, lotzeko eta posizionatzeko tresnak eta abar barne. Distortsioak % 90era arte murriztea; fabrikazio-denborak eta kostuak murriztea.

Aluminio eta altzairuzko egitura disimilarraren fabrikazioa FSW soldadura bidez

Erronka

Egiturak arindu beharra aluminiozko eta altzairuzko osagaien soldadura bidez.

Irtenbidea

Leherketa bidez, arku-soldaduraren eta FSW soldaduraren bidez soldatutako material bimetalikoak fabrikatzeko egituraren diseinua. FSW soldadura-prozesua garatzea, FSW tresna, prozesu-parametroak, etab barne.

Kideak / Aliantza estrategikoak

I+G CAFekin elkarlanean egindako lana BIMETAL proiektuan. “METHOD FOR WELDING TOGETHER DISSIMILAR PARTS” (EP 3 178 600 A1) elkarlanean lorturiko patentearen argitalpena.

Tenperatura neurtzeko sistema garatzea FSW soldadura-prozesurako

Erronka

FSW soldadura-prozesuetan lortutako tenperatura maximoak neurtzeko beharra.

Irtenbidea

Tenperatura neurtzeko haririk gabeko sistema garatzea, FSW tresna birakarian bertan sartutako termopareen bidez, FSW prozesuan tenperatura neurtzeko gehieneko ahalmenarekin FSW tresnaren eta material soldatuaren aurrez aurreko aldeetan. "Frikzio-asaldura bidezko soldadura-prozedura batean tenperaturak neurtzeko sistema” (PCT/ES2017/070807), patentea argitaratzeko eskaera.

Kideak / Aliantza estrategikoak

Bordeleko Unibertsitatearekin lankidetzan garatutako sistema, MONITEMP proiektuaren esparruan.

DFSW prozesua kontrolatzeko softwarea garatzea ekipo robotizatuetarako

Erronka

FSW prozesua kontrolatzeko sistema optimizatzeko beharra, ekipo robotizatuetarako.

Irtenbidea

Kontrol-software garatua, FSW soldadura-prozesuko datuak eskuratzeko eta monitorizatzeko abiadura handiko gaitasunarekin. FSW soldadura-prozesuaren egonkortasuna eta errepikakortasuna hobetzea, KUKA KR500-3MT ekipo robotizatuan.

Kideak / Aliantza estrategikoak

ACTEMIUMekin lankidetzan garatutako eta Lortekek optimizatutako softwarea, MALGUROB proiektuaren esparruan.

FSW soldadura bidez zurrundutako egitura-panelen fabrikazioa

Erronka

Garraio-ibilgailuetarako egiturak arintzeko beharrak (automobilgintza, aeronautika, trenbidea).

Irtenbidea

Estrusioen bidez eta solapean soldatutako aluminiozko xafla laminatuen bidez zurrundutako egiturak fabrikatzeko FSW eta FSSW soldadura prozesuaren garapena. Dimentsioen kalitatea (distortsioak murriztea beste soldadura-prozesu batzuekin alderatuta) eta egituren zurruntasuna/pisua ratioa hobetzea. Fabrikazio-denbora eta kostuak murriztea.

Kideak / Aliantza estrategikoak

Gaur egun, ecoTECH proiektuaren esparruan garatzen ari diren teknologiak, Hellenic Aerospace Indutry (HAI), Israel Aerospace Industries (IAI), AeroMagnesium (AM), AkzoNobel, NLR, ALTRAN eta abarrekin lankidetzan.

Erronkak

Datozen urteetan aurre egin beharreko erronkak:

Prozesuak industrializatzea, FSW eta FSSW soldadurako ekipamenduko Ad-Hoc soluzioen eta marruskadura birakariko soldaduraren bidez.
Segida luzeen fabrikazio automatizatua (ibilgailu elektrikoen sektorea).
Prozesuak digitalizaziorantz eta 4.0 industriarantz bideratzea:
  • Prozesuen kontrolerako sistema aurreratuak (abiadura handiko komunikazioak, tenperaturen kontrola...).
  • FSW bidez soldatutako loturen ikuskapenerako eta kalitate-kontrolerako teknologia automatiko ez-suntsitzaileak (IR termografia, ikusmen artifiziala).
  • Datuen analisia eta Machine Learning”.
Material eta aplikazio berritzaileentzako prozesuen garapena (abiadura handiko soldadura, Al-Cu-Li aleazioak, Ti64, propietate ezberdinetako materialak eta loditzaileak, etab.).

Egoitz Aldanondo

Erreferentziazko Ikertzailea Marruskadura bidezko Loturetan.

Materialetan espezializatutako Ingeniari Industriala, Mondragon Unibertsitatean; MSc Nanoelectronics & Mechanics – Sheffieldeko Unibertsitatea; eta MSc Soldaduren Nazioarteko Ingeniaria - CESOL. 2005ean LORTEKeko Lotura prozesuen alorrean hasi zen, eta bertan, nagusiki, egoera solidoko lotura-prozesuak ikertzen eta garatzen lan egin du, hala nola marruskadura bidezko soldadura-teknologiak eta "Flash Butt Welding" soldadura. “Friction Stir Welding” (FSW) teknologian espezializatua. Bertan 3 patente eta nazioarteko aldizkari eta kongresuetako 30 argitalpen zientifiko baino gehiago ditu. Gaur egun, ikertzaile seniorra da LORTEKeko Batasun Prozesuen arloan, non ikerketa-proiektu ugaritan parte hartu duen, FSW soldadura-teknologiaren transferentzia eta industrializazio-proiektuetan parte hartzeaz gain.