Diseño y construcción de un equipo de soldadura por fricción con asistencia láser para la unión de ejes de acero AISI 1045 y aluminio 2017-T4

Abstract

La soldadura de materiales disímiles hace que los procesos de soldadura convencional no sean factibles de ser utilizados. La soldadura por fricción, por otro lado, ha demostrado ser una tecnología prometedora capaz de unir materiales sin que la temperatura supere su punto de fusión. Sin embargo, la obtención de las propiedades mecánicas de la junta soldada con características similares a los materiales base sigue siendo un desafío. En el desarrollo de este trabajo se diseñó y fabricó un equipo de soldadura por fricción rotatoria con asistencia láser. Para proporcionar el movimiento rotatorio se empleó un torno convencional de 3 HP de potencia y para generar fricción se diseñó un sistema hidráulico de presión el cual aplica fuerza axial mediante un cilindro de simple efecto para obtener la unión entre los materiales base. En el equipo implementado se realizaron uniones de ejes de acero AISI 1045 con aluminio 2017-T6; las uniones soldadas se evaluaron metalúrgicamente, haciendo hincapié en la composición química en la interfaz de la soldadura. Para la caracterización de la microestructura se empleó microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía de dispersión de energía (EDS) y espectrometría de emisión óptica de descarga luminiscente (GDOES) para medir la composición inicial de los materiales que se soldaron. Los resultados obtenidos muestran una adecuada unión entre los materiales base, denotando la utilidad del equipo fabricado para la unión de materiales disimiles.//Welding metal alloys with dissimilar melting points make conventional welding processes unfeasible to be used. On the other hand, friction welding has proven to be a promising technology capable of joining materials, while preventing the temperature from exceeding the melting point. However, obtaining a welded joint with mechanical properties that are similar to the base materials remains a challenge. In the development of this work, a laser-assisted rotary friction welding equipment was designed and manufactured. A 3 HP conventional lathe was used to provide rotary movement, and a hydraulic pressure system that applies axial force through a simple effect cylinder was designed to generate friction to obtain the union between the base materials. In the implemented equipment, joints of AISI 1045 steel and 2017-T6 aluminum shafts were made. The welded joints were metallurgically evaluated, emphasizing on the chemical composition at the weld interface. For microstructure characterization, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersion spectroscopy (EDS), and glow discharge optical emission spectrometry (GDOES) were used to measure the initial composition of the welded materials. The results obtained show an adequate joint between the base materials, denoting the usefulness of the equipment manufactured for the union of dissimilar materials.