Métodos comunes de evaluación de la calidad de la soldadura por fricción-agitación en piezas fundidas de aleación de aluminio.
La soldadura por fricción-agitación puede soldar actualmente una amplia gama de materiales, como aleaciones de aluminio, aleaciones de magnesio, cobre, titanio, acero inoxidable e incluso materiales compuestos. Actualmente, este proceso se ha utilizado ampliamente en controles electrónicos, carcasas de carga o carcasas de controladores de dominio en vehículos de nueva energía. Además, debido a que el área de soldadura por fricción-agitación involucra canales de agua, los problemas de calidad, como los defectos de soldadura, provocan fugas y frecuentes problemas en el mercado. Por lo tanto, se necesitan métodos eficaces de detección y evaluación de la calidad de la soldadura por fricción-agitación (FSW). Fundición a presión de aleación de aluminio son particularmente importantes. La elección de métodos eficaces de detección y evaluación también requiere una consideración exhaustiva de las características del material, los tipos de defectos, los requisitos del proceso y los escenarios de aplicación.
Actualmente, los métodos de detección y evaluación comúnmente utilizados para la calidad de la soldadura por fricción-agitación de las carcasas de fundición de tres tensiones son los siguientes:
🔍Tipos de defectos comunes
- 1 Defectos internos: agujeros, soldadura incompleta, defectos de túnel, inclusiones de óxido, etc.
- 2 Defectos superficiales: surcos, rebabas, grietas superficiales.
- 3 Defectos microscópicos: engrosamiento del grano y ablandamiento de la zona afectada por el calor.
⚙️Métodos y principios de detección
Actualmente, las carcasas de fundición a presión con control electrónico, carga o control de dominio se utilizan comúnmente para detectar la calidad de las uniones de soldadura por fricción-agitación, tales como inspección visual, ensayos no destructivos (rayos X, arreglo de fases), ensayos destructivos, requisitos de estanqueidad al aire de la soldadura y pruebas de fresado de capas.
Cada método de detección se describe detalladamente a continuación:
1️⃣ Inspección visual
1) La inspección visual y los requisitos deben realizarse de acuerdo con la norma ISO 17637 o con los estándares de apariencia del cliente para el cordón de soldadura. La apariencia, el tamaño, la posición y el estado actual de la soldadura deben cumplir con los requisitos especificados en los planos y las normas pertinentes.
2) No se permiten ranuras superficiales ni defectos que penetren por la parte posterior en la superficie de soldadura.
3) No se permiten defectos graves de colapso de soldadura en la superficie soldada. Si se realiza mecanizado después de la soldadura y la profundidad del defecto de colapso en la superficie soldada no excede el margen de mecanizado, el defecto es aceptable. Se recomienda controlar el margen de mecanizado del cordón de soldadura. Si no es posible mecanizarlo, se debe evitar para no dañar la capa superficial densa y prevenir fugas.
4) No se permiten defectos de rebaba graves en la superficie de soldadura. Para rebabas leves que no dañen el espesor de la pieza, se pueden eliminar mediante Mecanizado CNC o moliendo.
5) Diferencia de altura de los productos soldados: ≤0,2 mm; separación entre dos productos soldados antes de la soldadura: dentro de 0,05 mm en un lado; deformación después de la soldadura: ≤0,4 mm; desplazamiento de la soldadura: ≤0,4 mm;
2️⃣ Ensayos no destructivos
Método de verificación: Las soldaduras pueden someterse a ensayos no destructivos de acuerdo con la norma ISO 17636, utilizando métodos de ensayo volumétricos no destructivos adecuados (ensayos de penetración, radiografía o ultrasonidos).
Criterios de evaluación: No hay túneles ni agujeros evidentes que afecten al rendimiento de la soldadura;
2.1 Inspección por líquidos penetrantes
Principio: La acción capilar se utiliza para permitir que el revelador penetre en la superficie, abriendo defectos y permitiendo que el líquido se muestre a través del revelador.
Aplicabilidad: Detección de microfisuras superficiales (>1 μm), defectos de apertura únicamente.
Plazos de solicitud: Generalmente, la superficie se ha confirmado claramente. Se utiliza para confirmar si hay penetración. Se utiliza principalmente para el análisis de problemas; no se usa comúnmente en el proceso real de producción en masa de aleación de aluminio en fábrica. piezas de fundición a presión.
2.2 Detección ultrasónica
Principio: Las ondas sonoras de alta frecuencia se propagan en los materiales, y la ubicación y el tamaño de los defectos se determinan mediante las señales reflejadas.
Tecnología mejorada: Las principales ventajas de las pruebas ultrasónicas con arreglo de fases son la alta precisión, la capacidad de escaneo multiángulo y la sensibilidad a defectos complejos, con una resolución de hasta 0,1 mm.
Aplicabilidad: La detección de defectos internos (como agujeros o soldaduras incompletas) requiere un agente de acoplamiento y la superficie debe ser lisa.
Actualmente, algunos fabricantes de equipos originales o fábricas de componentes de primer nivel han implementado pruebas al 100% en las carcasas de control electrónico o en las carcasas de carga.
2.3 Detección por rayos X
Principio: Los rayos X se utilizan para penetrar los materiales y revelar defectos internos mediante imágenes en película o digitales.
Aplicabilidad: Permite la visualización tridimensional de defectos (como agujeros e inclusiones), pero la resolución de pequeñas grietas es limitada.
Frecuencia de inspección: 3 piezas/primera pieza e inspección/sustitución de herramientas y pruebas anuales.
Nota: Actualmente, algunos fabricantes de equipos originales o fábricas de componentes de primer nivel han implementado pruebas al 100% en las carcasas de control electrónico o en las carcasas de carga.
2.4 Tomografía computarizada industrial
Principio: La proyección de rayos X multiángulo reconstruye la estructura tridimensional y analiza con precisión la distribución de los defectos.
Aplicabilidad: Análisis de defectos internos de alta precisión, alto costo, adecuado para laboratorios.
Frecuencia de inspección: verificación de procesos, análisis de problemas o pruebas anuales.
Objetivo: Se utiliza principalmente para analizar la ubicación, el tamaño y la porosidad de poros específicos, y también para comparar y confirmar la eficacia y la precisión de la detección de defectos mediante rayos X.
3️⃣ Detección de la estanqueidad al aire en la soldadura
Las pruebas de estanqueidad más comunes son las de gas o helio. Sin embargo, debido a la precisión de la detección de fugas mediante gas, no es posible identificarlas eficazmente en el mercado, por lo que actualmente la mayoría utiliza la detección de helio.
Las normas específicas de inspección de helio se formulan en función de escenarios de aplicación reales. Las más comunes incluyen: concentración de helio ≥80%, el resto nitrógeno, presión absoluta de 3,2 bar; vacío en la cabina: 20 Pa; temperatura ambiente entre 15 °C y 45 °C; tiempo de inflado: 20 s, tiempo de prueba: 10 s.
Estándar de juicio: Volumen de fuga ≤5*10⁻⁶ mbar L/s
Frecuencia de detección: 100%.
Nota: La relación de densidad entre el helio y el nitrógeno o el argón está relacionada con el estándar de evaluación.
4️⃣ Pruebas destructivas
4.1 Detección de fresado de capas
Método de verificación: Coloque el producto soldado en el dispositivo CNC, realice el procesamiento por capas CNC a lo largo de la pista de soldadura, 0,5 mm/0,2 mm 1 vez/día (cambio de herramienta) 0,2 mm, fresado de capas 15 veces.
Criterios de evaluación: No hay túneles ni agujeros evidentes que afecten al rendimiento del sellado.
Frecuencia de inspección: 1 pieza/primera pieza/cambio de herramienta y prueba anual
Objetivo: Principalmente para confirmar la profundidad y el tamaño específicos de los estomas. Cada capa de fresado debe ser verificada visualmente y se deben tomar fotografías para su registro.
4.2 Análisis metalográfico
Principio: Interceptar la sección de soldadura, observar la microestructura (tamaño de grano, distribución de defectos) después del pulido y el ataque químico.
Objetivo: Para evaluar el grado de ablandamiento, la recristalización dinámica y los defectos microscópicos en la zona afectada por el calor. También se suelen utilizar métodos metalográficos para confirmar la penetración efectiva de la soldadura y si el cordón está descentrado.
Criterios de evaluación: El tamaño del grano de la zona afectada por el calor no debe aumentar significativamente para evitar la degradación del rendimiento causada por el ablandamiento. La penetración de la soldadura cumple con los estándares de diseño y el desplazamiento cumple con los requisitos.
Frecuencia de inspección: 1 pieza/por turno/cambio de herramienta, verificación temprana del proceso, análisis de problemas o prueba de tipo anual.
Nota: El punto de máxima penetración no es necesariamente el punto central de la soldadura.
4.3 Ensayos de propiedades mecánicas
Ensayo de tracción: mide la resistencia y el alargamiento de la soldadura para determinar si se han alcanzado las propiedades del material base.
Ensayo de flexión: evalúa la ductilidad de la soldadura y la calidad de la unión.
Prueba de dureza: Analizar los cambios de dureza en la zona afectada por el calor para reflejar el grado de ablandamiento.
Criterios de evaluación: Cumplir con los estándares técnicos del cliente o alcanzar más del 80 % del rendimiento del material base (generalmente establecidos según los escenarios de aplicación); las pruebas pueden realizarse según la norma ISO 4136.
Frecuencia de inspección: 1 cambio de pieza/herramienta, verificación inicial del proceso, prueba de tipo anual.
📌Sugerencias sobre la selección del método
Inspección rápida en línea: detección visual + de defectos por corrientes de Foucault/ultrasónicas + X
Análisis de laboratorio integral: tomografía computarizada industrial + metalografía + ensayos mecánicos.
Escenarios de alta demanda como el sector aeroespacial: PAUT + CT industrial + pruebas de fatiga.
⚠️Precauciones
Características de las piezas de aleación de aluminio fundidas a presión: Los poros originales en el cuerpo de la pieza fundida a presión pueden afectar la calidad de la soldadura por fricción-agitación (FSW) y deben combinarse con una inspección previa por rayos X.
Tratamiento de la superficie: Limpie la capa de óxido superficial antes de realizar la prueba para evitar que interfiera con los resultados de las pruebas de corrientes de Foucault/penetración.
Adaptación estándar: Ajuste los parámetros de detección tomando como referencia los estándares de la industria (como la norma automotriz ISO 4063 o la norma aeronáutica NAS 410).