Sistema de respaldo para soldaduras por FSW circunferenciales

Abstract

En el proceso de soldadura por batido una herramienta cilíndrica no consumible compuesta de dos cuerpos concéntricos, el hombro y el pin, mientras gira sobre su eje es introducida lentamente por una fuerza axial entre la línea de unión de las dos chapas o placas a unir, las cuales se encuentran dispuestas a tope una con otra. Luego, el movimiento de avance de la herramienta a lo largo de la junta produce la unión metálica por arrastre y mezclado de material de una chapa a otra. Para lograr la unión entonces, debido a la presencia de importantes fuerzas axiales es necesario un respaldo firme del lado contrario, cuya función es contener el material en la zona de batido. Se diseñó en el presente trabajo un utillaje capaz de dar respaldo a la soldadura circunferencial de un tanque de aleación de aluminio de la serie 2xxx, el cual representa un demostrador tecnológico a menor escala de un tanque de combustible para vehículos aeroespaciales. La fabricación del mencionado tanque, se realizó mediante la construcción de una virola obtenida a partir de una chapa rolada con una costura longitudinal por soldadura por batido, a la cual se le adjuntan dos casquetes semielípticos con sus respectivas bocas de inspección, nuevamente unidos por una soldadura por batido. El desafío aquí, fue lograr un respaldo capaz de soportar las fuerzas axiales, continuo, solidario a las piezas a unir y desmontable; continuo para no producir defectos en la unión, solidario debido a que la pieza debe girar 180º para producir la completa costura y, tal vez la característica más importante, desmontable ya que debe ser retirado del tanque una vez terminada la soldadura por el evidente motivo de no sumar peso al componente. La alternativa a esta condición fue la de generar un sistema colapsable que se pudiera desarmar de manera relativamente sencilla y que permita su extracción del interior del tanque sin comprometer la integridad del mismo. La idea de una circunferencia divida en tres tramos solidaria al centro mediante bieletas de fácil desmonte generó el diseño buscado. Al ajustar las bieletas, la circunferencia se expande generando el apoyo y fuerza necesaria. Un aspecto importante del sistema interno es que al ser una rueda completa, permite transmitir las cargas verticales generadas por la herramienta hacia el apoyo del cilindro y ubicar bajo el mismo una cama de rodillos para que dichos esfuerzos se transmitan a través del sistema interno hacia la mesa y evitar cargar el eje central que es el encargado transmitir el movimiento rotacional. El sistema fue fabricado y probado con éxito, demostrando que es posible lograr un respaldo interno para la soldadura circunferencial de un tanque, que luego puede ser desarmado y extraído del mismo utilizando bocas de inspección tan chicas como 80 mm de diámetro; más aún, el sistema diseñado fue pensado de manera tal que pueda escalarse a taques de combustible de vehículos aeroespaciales de mayor tamaño, aumentando la robustez y eficacia del sistema.