Artículo Científico / Scientific Paper |
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pISSN: 1390-650X / eISSN: 1390-860X |
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INFLUENCE OF THE PARAMETERS OF THE FRICTION-STIR WELDING PROCESS (FSW) IN THE MECHANICAL PROPERTIES AT THE ALUMINUM 6061 JOIN |
César Arroba-Arroba1,*, Wilson Vaca-Ortega1, Francisco Peña-Jordán1, Diego Núñez-Núñez1, Raúl Toapanta-Bautista1 |
Resumen |
Abstract |
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Existe una clara tendencia en la industria del transporte para la reducción de peso en los componentes estructurales con el objetivo de mejorar la eficiencia del consumo energético. Los materiales utilizados para este propósito son aleaciones de aluminio y magnesio; pero al utilizar el método de soldadura por fusión, las juntas presentan bajas propiedades mecánicas en comparación con el material base. La soldadura por fricción es una alternativa para unir en estado sólido estos materiales y ha mostrado una buena compatibilidad y alta eficiencia. El objetivo de este trabajo es el análisis del efecto de la velocidad de soldadura sobre la resistencia mecánica de las juntas para la aleación de aluminio 6061 T6 soldadas por FSW. Del estudio se obtiene curvas de resistencia a la tracción, doblado guiado y dureza en la soldadura mostrando un mejor comportamiento en probetas unidas a mayor velocidad de rotación de la herramienta.
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There is a clear trend in the transportation industry for the reduction of weight in structural components with the objective of improving the efficiency of energy consumption. The materials that are used for this purpose are aluminum and magnesium alloys; however the same as when bonded by fusion welding methods, the joints have low mechanical properties compared to the base material. Friction welding is an alternative to solid join these materials and has shown good compatibility and high efficiency. The objective of this work is the analysis of the effect of the welding speed on the mechanical strength of the joints for the 6061 T6 aluminum alloy welded by FSW. From the study, we obtained curves of tensile strength, guided bending and hardness in the weld showing better behavior in specimens that were joined to a higher speed of rotation of the tool. |
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1,*Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica - Universidad Técnica de Ambato, Ambato - Ecuador. Autor para correspondencia : ch.arroba@uta.edu.ec. http://orcid.org/0000-0001-5656-7549, http://orcid.org/0000-0003-4321-5864, http://orcid.org/0000-0002-0140-3827, http://orcid.org/0000-0001-5248-4084, http://orcid.org/0000-0001-5248-4084.
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Tabla 1. Calor y temperatura generados en el cordón de soldadura
Figura 1. Dimensiones de la herramienta de soldadura (mm). |
El proceso FSW se aplicó en una fresadora universal. Para evitar los desplazamientos longitudinales y trasversales de las láminas durante el proceso de soldadura se fabricó un dispositivo de sujeción, ver Figura 2. Este dispositivo consta de tres partes: 1) Placa base fabricado en lámina de 38 mm que va sujeta al carro longitudinal de la fresadora. 2) Dos placas de fijación de 18 mm de espesor sujetadas en sus extremos a la placa base con pernos de 12,7 mm, a lo largo de la placa de fijación y con separación de 50 mm se realizó taladros de 6,35 mm que alojan pernos de la misma dimensión. 3) Pernos de 12,7 mm que sujetan las láminas a soldar contra la placa base.
Figura 2. Dispositivo de sujeción.
2.2. Materiales
Las pruebas de soldadura se realizaron en láminas de 6061-T6 aleación de AlMgSi endurecida por precipitación según [18]. La composición química de este material es mostrada en la Tabla 2. Las configuraciones utilizadas para el proceso FSW fueron láminas a tope.
Tabla 2. Composición química y propiedades mecánicas de la aleación de aluminio 6061-T6
2.3. Procedimiento de ensayo
Las muestras se identificaron con letras desde la A hasta la F y se realizó el proceso FSW a velocidades indicadas en la Tabla 2, de cada muestra se extrajo probetas según indica la Figura 3, utilizándolas para el ensayo de tracción según la norma AWS D17.3, en el ensayo de doblado se realizó con tres puntos de apoyo. Los rodillos de apoyo son de 10 mm de radio y 15 mm de radio el punzón. La medición de dureza en la soldadura se evaluó en la escala Brinell según norma
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ASTM E-10. En ensayos de tracción de las probetas se determinó la resistencia a la tensión, el módulo de elasticidad. En el proceso de doblado de la soldadura se evaluó el porcentaje de deformación plástica. Para el ensayo dureza en la soldadura se aplicó una carga de 1839 N con un penetrador de bola de 2,5 mm de diámetro.
Figura 3. Extracción de probetas 1) probeta para medición de dureza, 2) probeta para el ensayo de tracción, 3) probeta para el ensayo de doblado.
3. Resultados y discusión
En la Figura 4 se muestra los aspectos superficiales de cada uno de las soldaduras para las diferentes velocidades de rotación de la herramienta según la Tabla 1. Se observa que para las probetas A, B, C, D la soldadura no tiene un buen acabado, mostrando discontinuidad en el cordón de soldadura y la presencia de pedazos de material que no han logrado forma la unión con el material base. Las probetas E y F muestran un buen acabado en la soldadura, sin embargo, en la probeta F tiene un acabado menor al de la probeta E.
Figura 4. Aspectos superficiales de la soldadura para las diferentes velocidades de rotación de la herramienta.
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Figura 6. Resistencia a la tensión de las uniones soldadas. |
Para velocidades de la herramienta comprendidas entre 400 hasta 1000 rpm no existe una variación considerable de la resistencia a la tracción; sin embargo, para velocidades mayores a 1000 rpm la resistencia a la tracción aumenta según se muestra en la Figura 6 coincidiendo con las probetas que presentan mejor soldadura.
3.2. Ensayo de doblado
El comportamiento de las probetas luego del ensayo de doblado se muestra en la Figura 3.2. Las probetas A, B, C, D presentan falla por fractura en la soldadura; en cambio, en las probetas E y F no hay falla por fractura. Sin embargo, la probeta F es la que mayor porcentaje de deformación tiene durante el ensayo.
Probeta A doblada, deformación plástica 2,2 %
Probeta B doblada, deformación plástica 3,3 %
Probeta C doblada, deformación plástica 6,3 %
Probeta D doblada, deformación plástica 6,5 %
Probeta E doblada, deformación plástica 17 %
Probeta F doblada, deformación plástica 23,5 %
Figura 7. Pobretas ensayadas a flexión |
Figura 8. Dureza en la soldadura. |
of aluminium matrix composite,” Transactions of Nonferrous Metals Society of China, vol. 26, no. 8, pp. 2003-2018, 2016. [Online]. Available: http://dx.doi.org/10.1016/S1003-6326(16)64318-2 [14] M.-N. Avettand-Fènoël and A. Simar, “A review about friction stir welding of metal matrix composites,” Materials Characterization, vol. 120, pp. 1-17, 2016. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.matchar.2016.07.010 [15] Specification for Friction Stir Welding of Aluminum Alloys for Aerospace Applications, American Welding Society Std., 2010. [16] B. S. Yilbas and A. Z. Sahin, Friction Welding: Thermal and Metallurgical Characteristics, ser. SpringerBriefs in Applied Sciences and Technology. Springer, 2017. [Online]. Available: https://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-54607-5 [17] R. S. Mishra, P. S. De, and N. Kumar, Friction Stir Welding and Processing. Springer International Publishing, 2014, vol. 31. [Online]. Available: https://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-07043-8 [18] M. Reimann, T. Gartner, U. Suhuddin, J. Göbel and J. F. dos Santos, “Keyhole closure using friction spot welding in aluminum alloy 6061-t6,” Journal of Materials Processing Technology, vol. 237, pp. 12-18, 2016. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2016.05.013 |